Устройство для цифрового измерения силы

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(72) Йэгер Герд, Хонекер Зигфриди Грюнвальд Раинер (ГДР)(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГОИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ, состоящее из датчикадеформации, интерферометра, монохроматического источника света оптической системы, фотоэлектрических приемников, схемы формирования импульсов и реверсивного счетчика, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что на установленном в станине основании жестко закреплен один конец цилиндрической винтовой пружины, выполненнойиз кристаллического кварца, второйконец которой закреплен на рычагеЯО 1083080 Ду01 1. 1/24 связанном через шарнир с основанием,в центре цилиндрической винтовойпружины установлен интерферометр,состоящий из оптического делителя иинвариантного к опрокидыванию отражателя, причем оптический делительсостоит из прикрепленной к основанию основной плиты и двух соединенных с ней дополнительных плит, насвободные поверхности которых частично нанесен зеркальный слой, а свободная поверхность одной из дополнительных плит скошена под заданнымуглом, при этом на рычаге закреплендержатель отражателя с жестко установленным на нем инвариантным копрокидыванию отражателем, а монохроматический источник света, конденсатор, отклоняющая призма, оптическая система изображения и держательс фотоэлектрическими приемникамиустановлены на основаниипричемоси симметрии отклоняющей призмы,цилиндрической винтовой пружины иинтерферометра совпадают.2. Устройство по и, 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что основание рычаг и держатель отражателя изготовлены из киэельгута, а инвариант 1083080ный к опрокидыванию отражатель и оптический делитель выполнены из оптического к в ар ца .58 ен ниче ельно бност решения возм чение разреш нач жноющей ко уве при ния мере- тимог пос апазон ения д определенномсилы без превяжения материщим небольшие терферометром, рические раза е а име мер и установленн нтр атчи 25 м ифров В устройстве дл рения силы, состоя формации, интерфер тического источник ем из датчика деметра, монохрома- света оптической Изобретение относится к устройствам, предназначенным для цифровыхизмерений сил.Известны устройства для измерениясилы, в кщррых измеряемая сила воздействует Ър датчик деформации, Деформация этого датчика, измеряемаяразличными методами, является меройсилы. Известны среди них и устройства, определяющие деформацию с помощью интерференциального способа изме.рения. В соответствии с патентомИ-Р 5 94905 датчик деформации выполнен таким образом, чтобы он одновременно работал в качестве интерферометра. В этом устройстве возникаютинтерференционные поворотные полосы,расстояние между которыми в направле.нииизменяется в зависимости отзначения измеряемой величины.Недостатком устройства являетсято, что невозможна фотоэлектрическаяоценка при достижении расстояния ниже минимального значения,В соответствии с патентом по заявке ГДР ИРЦ 01 . /206632 известноустройство для измерения силы, у которого на вилкообразном датчике деформации установлен инвариантный копрокидыванию интерферометр, Силаприкладывается к упругой пластине,на которой установлена трипельпризма,Разрешающая способность определяетсямаксимально возможным прогибом упругой пластины.При жестко заданной геометрии упругой пластины разрешающая способность ограничивается допустимым напряжением изгиба материала. Кроме тогоинтерферометр имеет сложную конструкцию, так как упругая пластина и интерферометр расположены в пространстве относительно далеко друг от друга, то по всему датчику деформациидолжно быть обеспечено равномерноераспределение температуры. В РЕ-АБ 26 629 описано устройство для измер ия силы или взвешивания, на подвижной части которого прикреплены не менее двух зеркальных отражателей, каждый из которых расположен на одной ветви интерферометра таким образом, чтобы при отклонении подвижной части обе ветви интерферометра изменили длину в противоположных направлениях.В условиях эксплуатации применение таких устройств связано с трудностями, вызванными зависимостью от температуры окружающей среды и влияния перемещений. помощью предложенног а деформации, достигается независиость от температуры.Эта цель решается следующим обра системы, фотоэлектрических приемников, схемы формирования импульсов иреверсивного счетчика, на установленномв станине основании жестко закрепленодин конец цилиндрической винтовойпружины, выполненный из кристаллического кварца, второй конец которойзакреплен на рычаге, связанном черезшарнир с основанием, в центре цилиндрической винтовой пружины установлен интерферометр, состоящий изоптического делителя и инвариантногок опрокидыванию отражателя, причемоптический делитель состоит из прикрепленной к основанию основной1083плиты и двух соединенных к ней дополыительных плит, на свободные поверхности которых частично нанесен зеркальный слой, а свободная поверхность одной из дополнительных плит скошена под заданным углом, при этом на рычаге закреплен держатель отражателя с жестко установленным на нем инвариантным к опрокидыванию отражателем, а монохроматический ис4 точнйк света, конденсатор, отклоняющая призма, оптическая система изображения и держатель с фотоэлектрическими приемниками установлены на основании, причем оси симметрии откло няющей призмы, цилиндрической винтовой пружины и интерферометра совпадают.Кроме того, основание, рычаг и держатель отражателя изготовлены из кизельгута, а инвариантный к опрокидыванию отражатель и оптический делитель выполнены из оптического кварца.Заданный угол о определяет рас стояние интерференционных полос.Полученный с помощью монохроматического источника света и конденсатора параллельный свет отклоняется на отклоняющей призме и переходит через одну дополнительную плиту оптического делителя. Пропущенный в соответствии со степенью нанесения зеркального слоя пучок отражается на инвариантном к опрокидыванию от,ражателе и переходит другую дополни 35 тельную плиту оптического делителя, Часть этого пучка пропускается на этой плите делителя, а другая часть этого пучка отражается. Отраженная40 часть пучка переходит через инвариантный к опрокидыванию отражатель, отражается на первой дополнительной плите делителя, опять переходит инвариантный к опрокидыванию отража 45 тель и интерферирует с пропущенной частью пучка с помощью оптической изображающей системы, интерференционные полосы изображаются на фотоэлектрических приемниках. Измеряемая си 50 ла, прикладываемая к рычагу, вызывает деформацию цилиндрической винтовой пружины и соответствующее перемещение инвариантного к опрокидыванию отражателя.55Количество интерференционных полос, являющихся непосредственной мерой для измеряемой силы, определяет 080 4ся известным способом с помощью фотоэлектрических приемников, схем формирования импульсов и реверсивного счетчика,На фиг. 1 показано устройство,вид сбоку; на фиг, 2 - цилиндрическая, винтовая пружина.Основание 1 жестко установленов станине 15. Жестко с основанием1 соединены один конец цилиндрической винтовой пружины 3, основнаяплита делителя 64, монохроматическийисточник 7 света, конденсатор 8,отклоняющая призма 9, оптическаяизображающая система 10 и держатель11 для фотоэлектрических приемников12. Другой конец цилиндрической винтовой пружины 3 жестко закреплен срычагом 2, который с помощью шарнира16 связан с основанием 1, На рычаге2 укреплен держатель отражателя 4,служащий для крепления инвариантногок опрокидыванию отражателя 5. Оптический делитель состоит иэ основнойплиты делителя 6 а и двух установленных на основной плите дополнительных плит 6 Ь и бс, Поверхности плитделителя 6 Ь и 6 с имеют частичное нанесение зеркального слоя, а поверхность дополнительной плиты 6 с скошена под заданным углом оС . Интерферометр, состоящий из оптического делителя и инвариантного к опрокидываниюотражателя 5, установлен внутри цилиндрической винтовой пружины 3 таким образом, чтобы расстояние светового луча В, попадающего в угол кубика инвариантного к опрокидываниюотражателя 5, от шарнира 16 было равно расстоянию оси симметрии А цилиндрической винтовой пружины 3 от фшарнира 16. Основание 1, рычаг 2 идержатель отражателя 4 изготовлены из1кизельгута.Инвариантный к опрокидыванию отражатель 5 и оптический делитель состоят из оптического кварца. Цилиндрическая винтовая пружина 3 изготовлена из кристаллического кварца. Цилиндрическая винтовая пружина 3 (фиг. 2) изготовлена из кварцевой трубы с фрезерованным пазом. Параллельно направленный конденсатором 8 монохроматический свет отклоняется отклоняющей призмой 9 на угол 90 и переходит дополнительную плиту делителя бс. Пропущенный в соответствии со степенью нанесения зеркального1083080 Составитель Н.ВовчукРедактор С.Юско Техред Л,Коцюбняк Корректор С.Шекмар аказ 1732 37 Тираж 823 ВНИИПИ Государств по делам изобре 13035, Москва, ЖПодписноеомитета СССРоткрытийая наб д,ного ений Рауш Ужгород, ул. Проектна Патент Филиал слоя пучок отражается на инвариантном к опрокидыванию отражателе 5 и переходит дополнительную плиту делителя 6 Ь. Часть этого пучка пропускается через плиту делителя 6 Ь, другая 5 часть отражается.Отраженная часть пучка переходит через инвариантный к опрокидывателю отражатель 5, отражается. от дополнительной пдиты делителя 6 с, еще раз переходит инвариантный к опрокидыванию отражатель 5 и интерферирует с пропущенной частью пучка. С помощью оптической изображающей системы 10 интерференционные полосы изображаются на фотоэлектрических приемниках 12. Иэмеряемая сила Р, прикладываемая к рычагу 2, вызывает деформацию цилиндрической винтовой пружины 3 и перемещение инвариантного к опрокидыванию отражателя 5. Количество интерференционных полос, являющихся непосредственной мерой для измеряемой силы, определяется с помощью фотоэлектрических приемников 12, схем 13 формирования импульсов, а также реверсивного счетчика 14. Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.