Устройство для измерения усилий

ОП ИИЗОБРЕТЕНИЯ Сееоз Советских Сфциаектичесиих Ресеубпик(22)Заявлено 28.05.76 (21) 2363057/18-10с присоединением заявки Йо -.СССР во дмвм изобретений и открытий(72) Авторы изобретения И.К,Бронштейн, В.Л.Ширяев и Б.Г.Букин Государственный ордена Октябрьской Революции научноисследовательский и проектный институт редкометаллическойпромышленности и Научно-исследовательский институт механикиМосковского государственного университета им. М.В.Ломоносова(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСИЛИЙ О 30 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения усилий.Известно устройство, содержащее два оптических канала, каждый из которых содержит последовательно расположенные источник света, поляризатор, фазосдвигающую пластинку, упругий элемент, общий для обоих каналов, анализатор и фотоприемник. Упругий элемент выполнен из материала, в котором проявляется эффект Фотоупругости, и жестко закрепленопсе 1 Аак ру Г 1Принцип действия известного устройства основан на использовании эффекта Фотоупругости. Однако это устройство обладает невысокой чувствительностью. 20 Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для измерения усилий,содержащее корпус, упругодеформируемую балку,две пары упругих элементов и преобразователь деформацииупругой балки в выходной сигнал 2.Недостатком устройства являетсяневысокая точность измерения,Цель изобретения - повышение точности измерения и расширения диапазона измеряемых сил.Цель достигается тем, что устройство снабжено силопередающей пластиной и двумя Г-образными кронштейнами, одни концы которых жестко прикреплены к концам упругой балки и через пару упругих элементов - к корпусу, а другие концы кронштейнов связаны через вторую пару упругих элементов с силопередающей пластиной.На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1. Устройство для измерения усилий содержит корпус 1, упругодеформируемую балку 2, выполненную, например из материала, в котором проявляется пьезооптический эФфект, две пары упругих элементов 3-5 и б, силопередающую пластину 7, два Г-образных кронштейна 8 и 9, одни концы которых жестко прикреплены к концам упругой балки 2 и через пару упругих элементов 3 и 4 - к корпусу 1, а другие концы связаны через пару упругих элементов 5 и б с силопередающей пластиной 7С одной стороны упругой балки 2 размещены, образующие оптические каналы, источники 10 и 11 света, поляризатор 12, Фазосдвигающая пластина 13, а с другой стороны - анализатор 14 и фотоприемники 15 и 16,Измеряемая сила Р прикладывается к середине силопередающей пластины 7 параллельно гибким элементам 3-5 и б. В качестве источников 10 и 11 света Могут быть использованы светодиоды типа АЛ 107, а в качестве Фотоприемников 15 и 16 - фотодиоды типа ФДК. При использовании этих, элементов работа электрической части преобразователя (источников света 10 и 11 и фотоприемников 15 и 16) может осущестф вляться как в режиме постоянного тока, так и в режиме переменного тока, который обеспечивается путем питания светодиодов импульсными токами, сдвинутыми по фазе на 180 20Работа данного устройства в режиме постоянного тока осуществляется следующим образом.Световые потоки от источников 10 и 11 света, проходя через поляриза тор 12 и фазосдвигающую пластину 13, становятся соответственно сначала ,плоско-, а затем циркулярнополяризованными. Поступая далее через не- нагруженную упругую балку 2 и анализатор 14 на фотоприемники 15 и 16, световые потоки изменяются одинаково и на входах Фотоприемников 15 и 16 имеют равную величину, Вследствие этого фототоки фотоприемников 15 и 16 также одинаковы и сигнал на выходе мостовой схемы (не показана), в которую включены дифференциально Фотоприемники 15 и 16, равен нулю.При действии измеряемой силы Р на силопередающую пластину 7 упругая 4 О балка 2 нагружается изгибающим моментом и в ней создаются нормальные напряжения разного знака по разные стороны от нейтральной плоскости.указанные механические напряжения вызывают появление в упругой балке 2 оптической анизотропии и циркулярно поляризованные световые потоки, пройдя упругую балку 2, приобретают эллиптическую поляризацию с разным йаклоном осей эллипсов поляризации, ,Световые потоки на выходе анализатора 14, зависящие от параметров соответствующих эллипсов поляризации, получают одинаковые по величине, но разные по знаку приращения. На выходах Фотоприемников 15, и 16 также появляются противоположные по знаку приращения Фототоков и в измерительной диагонали моста возникает сигнал, равный сумме абсолютных значений приращений сигналов на Фотоприемниках 15 и 16. Этот сигнал пропорционален измеряемой силе Р и по величине, и по знаку сигнала, снимаемого - ,с измерительной диагонали моста, определяют величину и знак измеря 1 емой силы Р.Подобное конструктивное выполнение позволяет увеличить механические напряжения, поскольку измеряемая сила, направленная перпендикулярно продольной оси упругой балки 2, создает два одинаковых по величине, но противоположных по знаку момента, приложенных с помощью Г-образных кронштейнов 8 и 9 к концам упругой балки 2. Оси оптических каналов в данной конструкции могут быть размещены в максимальном удалении от концов упругой балки 2 без уменьшения величины выходного сигнала устройства. Это позволяет установить оптические каналы в том участке упругой балки 2, где темйературный сигнал блнзок к нулю.Таким образом, предложенное устройство увеличивает температурную стабильность, позволяет повысить чувствительность и точность измерения. Данное устройство может быть использовано для измерения сил при различных технологических процессах.формула изобретенияУстройство для измерения усилий,содержащее корпус упругодеформируемую балку, две пары упругих элементов и преобразователь деформацииупругой балки в выходной сигнал,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности измеренияи расширения диапазона измеряемых сил,оно снабжено силопередающей пластиной и двумя Г-образными кронштейнами,одни концы которых жестко прикреплены к концам упругой балки и черезпару упругих элементов - к корпусу,а другие концы кронштейнов связанычерез вторую пару упругих элементовс силопередающей пластиной.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 383406, кл.0 01 Е 1/24, 1970.2. Патент ВеликобританииР 1259402, кл.С 1 й , опублик. 1972798516 ставитель О. МалехредА Бабинец КОРРектоР М.Кост ва.ужгород, ул.ПРоектн иал ППП фПатент каз 10008/49 Тираж 916ВНИИПИ Государственного комитпо делам изобретений и откры113035, Москва, Ж"35, Раушская Подписнта СССРтийаб., д.4/5