Фотоупругий динамометр

 

3466И

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресоублик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 22Х1.1970 (№ 1452396. 18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 28.Ъ 11.1972. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 22Л III.1972

М, Кл. G 011, 1/24

Комитет оо делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

УДK 531.781(088.8) Лвторы изобретения

И. И. Слезингер и Г. М. Белицкнй

Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова

Заявитель

ФОТОУПРУГИЙ ДИНАМОМЕТР

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть исполь овапо для измерения малых сил в микроманомст;):-)ê, гравиметрах, акселерометрах и других приборах.

Известные фотоупругие дипамомстры, содержащие источник света, конденсор, cBcTQделитсльную систему, нейтральный оптический клин, модулятор, поляризатор, чувствительный элемент, анализатор, собирающую систему, объектив и фотоприемник, обладают малой чувствительностью и пслинсйпостью характеристики.

Предлагаемый динамометр отличается тем, что в нем чувствительный элемент выполя н в виде консольной балки, на боковых поверхностях которой вблизи заделки закреплена непрозрачная маска с вырезами, расположен:ыми по обе стороны от нейтральной осп балки, а на ее свободном конце закреплена катгшка магнитоэлектрического преобразователя, которая соединена через усилитель, фазовый дс-ситор, фильтр и измерительный прибор с фотоприемником.

Такое выполнение устройства повышает точность измерения, улучшает линейность характеристики и уменьшает чувствитель. i)«òü к неизмеряемым компонентам силы.

На чертеже показана схема описываемого динамометра, содержащего источник 1 света, в качестве которого может быть использована, например, лампа накаливания, расположенный перед линзовым конденсором 2. За последним на пути света помещена призма 3 с двумя зеркальными гранями. По обеим сторонам этой призмы расположены два зеркала

4 и 5. Призма 8 и два зеркала образуют светодслительную систему. На пути одного из лучей света от зеркала 4 помещен нейтраль10 ный оптический клин б. Далее по ходу света расположен механический прерыватель света — модулятор 7, прорези которого расположены в два ряда в шахматном порядке, поатярпзатор 8 и чувствитсльный элемент 9 в виде

15 консольной балки, установленной целиком илп, в крайнем случае, в просвечиваемых участках из твердого прозрачного материала, обладающего значительной фотоупругостью.

На чувствительном элементе 9 вблизи задел20 кп закреплена непрозрачная маска 10 с двумя вырезами, расположенными на периферийных участках балки по разные стороны от ее нейтральной оси. За чувствительным элементом 9 разлтетцен анализатор 11, в качестве ко2s торого может быть использован такой же поляроид, как и поляризатор 8. Лналпзатор 11 и поляризатор 8 установлены так, что их плоскости поляризации взаимно перпендикулярны.

Далее на пути лучей света размещена соби30 рающая система в виде двух зешсал 12 и 18.

346611

50 располо>кенных так, что оба луча направляются в объектив 14, в плоскости изобра>кения которого находится фотоприемник 15. Фотоприемник соединен через усилитель 1б, фазочувствительный детектор 17, фильтр 18 низких частот и измерительный прибор 19 с .итушкой 20 магпитоэлсктрнчсского преобразователя 21. К свободному концу элемента 9 прикреплены три винтовые пружины 22 — 24.

Ось пру>кипы 22 совпадает с осью чувствитсльного элемента, а оси пружин 23 и 24 параллельны направлению измеряемой силы F.

Пру>кипы снабжены натяжными устройствами

25 — 27. С модулятором 7 механически связан генератор 28 опорного напряжения, выход которого соединен с фазочувствительным детектором 17.

Динамометр работает следующим образом.

Свет, излучаемый источником 1, собирается кондспсором 2 и направляется на призму 3, гдс разделяется па два луча А и Б примерно одинаковой интенсивности. Эти лучи после отра>кешгя от зеркал 4 и 5 направляются в модулятор, где поочередно прерываются вращающимся диском модулятора 7 так, что в каждый момент времени дальше проходит только один из них. Проходя через поляризатор 8, свет становится плоскополяризованным.

Затем луч А проходит через участок чувствительного элемента 9, расположенный выше его нейтральной оси, а луч Б — через участок, расположенный в том же поперечном сечении ниже нейтральной оси симметрично первому.

В чувствительном элементе, нагруженном измеряемой силой F, каждый из лучей (например, луч А) распадается на два, имеющих взаимно перпендикулярные плоскости поляризации. Эти лучи распространяются в чувствительном элементе с разной скоростью, благодаря чему на выходе из него имеют некоторую разность хода. Разность хода в конечном счете пропорциональна измеряемой силе Г.

Лнализатор 11 выделяет из компонент каждой пары лучей составляющие, параллельные его плоскости поляризации, которые являются когерентными лучами. В результате интерференции этих лучей после анализатора интенсивность верхнего (А) и нижнего (Б) лучей зависит от силы F. Эта зависимость имеет наибольшую крутизну при некотором начальном напряжении в фотоупругом материале, создаваемом натяжением пружины 22. После анализатора верхний и нижний лучи зеркалами 12 и 13 направляются в объектив, который фокусирует их на фотоприемник. При различной интенсивности этих лучей фотоприемник выдает переменный сигнал на частоте модуляции. При наличии некоторого начального напряжения в чувствительном элементе приложение измеряемой силы приводит к тому, что интенсивность одного из лучей уменьшается, а другого увеличивается. На выходе фотоприемника появляется переменный сигнал, частота которого равна частоте модуляции. При помощи нейтрального оптического клина величины свеговых потоков обоих лучей предварительно ьыравниваются так, что в отсутствии измеряемой силы с фотоприемника не поступает переменной составляющей сигнала.

Выходной сигнал фотоприемника через полосовой усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр, отсеивающий несущую частоту, и измерительный прибор подается на ка. тушку магнитоэлектрического преобразователя. Ток в преобразователе, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает на катушке силу, которая оказывает на балку воздействие, уменьшающее почти до нуля изгибающий момент в просвечиваемом сечении.

Таким образом, выходной сигнал, регистрируемый амперметром, пропорционален измеряемой силе, Для выравнивания начальных напряжений в обоих просвечиваемых участках служат пружины 22 и 23.

Предмет изобретения

Фотоупругий динамометр, содержащий источник света, конденсор, светоделительную систему, нейтральный оптический клин, модулятор, поляризатор, чувствительный элемент из фотоупругого материала, анализатор, собирающую систему, объектив и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем чувствительный элемент выполнен в виде консольной балки, на боковых поверхностях которой вблизи заделки закреплена непрозрачная маска с вырезами, расположенными по обе стороны от нейтральной оси балки, а на ее свободном конце закреплена катушка магнитоэлектрического преобразователя, которая соединена через усилитель, фазовый детектор, фильтр и измерительный прибор с фотоприемником.

346611

Составитель Л, Мильдзихова

Техред Л. Богданова

Корректор Е. Михеева

Редактор С. Хейфиц

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2486/5 Изд. No 1067 Тираж 406 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий прп Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5