Преобразователь механических величин

Союз Советскик Сщиалистическик РеспубликОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 851136Государственный комитет С,СС Р но дедам изобретений и открытиИДата опубликования описания 300781(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН 2 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении при разработке измерителей линейных, угловыхи гравитационных ускорений, а такжемикромоментометров компенсационноготипа.Известны устройства для измерениямоментов, сил и ускорений, содержащие корпус, подвижный чувствительныйэлемент, датчик углового положениячувствительного элемента, электронный блок обратной связи, токопередаю"щий узел и моментный датчик (1),Однако эти устройства не обеспечивают требуемой чувствительности иточности измерений вследствие неста-бильности механического момента токопередающего узла,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, содержащее корпус, подвижный чувствительный элемент датчик углового положения чувствительного элемента, электронный блок обратной связи с широтно-импульсноймодуляцией выходного сигнала, магнитоэлектрический моментный датчики оптронный токопередающий узел,выполненный в виде двух пар сопряжен- ЗОГ ных светоизлучателей и фотоприемников (2).Однако это устройство для измерения моментов, сил и ускорений необеспечивает требуемой точности инадежности измерений вследствие нестабильности работы датчика углового положения чувствительного элемента, слабой помехозащищенности оптронного токопередающего узла и недоата;.точной устойчивости механической колебательной системы к воздействиюинерционных, вибрационных и ударныхперегрузок,Цель изобретения - повышение надежности и точности.Поставленная цель достигается тем,что датчик углового положения чувствительного элемента выполнен в виде двух установленных на чувствительном элементе зеркальных отражателейи закрепленного на корпусе светоизлучателя, подключенного к стабилизированному источнику питания и оптически связанного с трехканальнымсветоводом,два канала которого выполнены коаксиальными, а на их выходе установлены. дифференциально включенные полупроводниковые фотоприем"ники, подключенные к блоку обратнойсвязи, при этом на выходе третьегоканала световода установлен фотоприемник, идентичный по своим характеристикам диФференциально включеннымполупроводниковым фотоприемником,выход которого связан с амплитуднымрегулятором стабилизированного источ,ника питания, а на выходе блока обратной связи включен светоизлучатель,связанный через световолоконный кабель и дополнительный фотоприемниксо счетчиком,На фиг1 изображен преобразователь механических величин;на фиг.2графики режимов работы устройства.Устройство для измерения моментов,сил и ускорений состоит из корпуса 1,связанного со стабилизированными маг/нитами 2 моментного датчика гальванометрического типа и защитным кожухомЗ.В корпусе 1 с помощью подшипников 4например, агатовых или сапфировых, ретулируемых гайкой 5, закреплен накернах б подвижный чувствительныйэлемент 7, содержащий обмотку 8 моментного датчика, к которой подключены дифференциальные включенные фотоприемники 9 оптронного токопередающего узла, и закреплены два зеркальных отражателя 10 оптронно-световодного датчика углового положения чувствительного элемента. Этотдатчик установлен на корпусе 1 и содержит светоизлучатель 11, подключенный к стабилизированному источнику 12 питания и оптически сопряженный с трехканальным световодом13, два канала 14 которого выполнены коаксиальными. На их выходах установлены дифференциально включенные полупроводниковые фотоприемники15, подключенные через электронныйблок 16 обратной связи к двум встречно-параллельно включенным полупро"водниковым излучателям 17 оптронноготокопередающего узла,На выходе третьего канала световода 13 установлен фотоприемник 18,который связан с амплитудным регулятором стабилизированного источника12 питания светоизлучателя 11. Приэтом основные технические и эксплуатационные характеристики фотоприемников 15 и 18 идентичны.3 В корпусе 1 устройства закрепленыполупроводниковые излучатели 17 идва световода 19, взаимно согласованнЦе по оптическим и спектральнымхарйтеристикам с фотоприемниками 9оптронного токопередающего узла.Выходной сигнал устройства регистрируется цифровым индикатором илисчетчиком 20, связанным с фотоприемником 21 и световолоконным кабелем22 через светаизлучатель 23 с электронным блоком 16 обратной связи,осуществляющим широтно-импульснуюмодуляцию выходного сигнала,Преобразователь работает следующим образом.Под действием входного полезногосигнала в виде измеряемого момента,силы, линейного, углового или гравитационного ускорения, гравитационного градиента или угловой скоростиподвижный чувствительный элемент 7поворачивается относительно оси вращения в подшипниках 4 и 6 на угол В .Оптронно-световодный датчик угловогоположения чувствительного элементапреобразовывает его угловое перемещение в электрический сигнал, пропорциональный углу. Этот сигнал, полученный на выходе Фотоприемников 15, 15 усиливается и преобразуется в электронном блоке 16 обратной связи в широтно-импульсное модулированное напряжение, под действием которогоначинают поочередно излучать светощ вой поток излучатели 17 оптронноготокопередающего узла. Световой поток излучателей 17 через световоды19 воспринимается дифференциальновключенными фотоприемниками 9,закрепленными на рамке чувствительногоэлемента 7 и связанными с обмотка-,ми 8 моментного датчика гальванометрического типа. На выходе фотоприемников 9 кроме переменного импульсного напряжения имеется и постоян- ЗО ная составляющая напряжения, пропорциональная сигналу оптронного датчика углового положения, которая создает в обмотке 8 ток, компенсирующиймомент от измеряемого входного полеэ ного сигнала.Бесконтактное измерение микроперемещений зеркальных отражателей 10,скрепленных с чувствительным элемен-том 7, относительно выходного торца що коаксиальных световодов 14, скрепленных с корпусом 1, оптронного датчика углового положения чувствительного элемента осуществляется следующим образом.Световой поток (фо) от светоизлучателя 11, запитанного от стабилизированного источника 12 питания,охваченного обратной связью по интенсивности света излучателя 11 спомощью световода 13 и фотоприемнифф ка 18, проходит но внутреннему кана=лу коаксиальных световодов 14 и выходит из него в виде пучка лучей.Отразившись от зеркальных отражателей 10, световой поток попадает в 55 приемную часть коаксиальных световодов 14 и по ним поступает на Фотоприемники 15, сигналы которых пропорциональны измеряемым перемещениям, а разностный сигнал дифференциально ,ц включенных фотоприемников 15 пропорционален измеряемому углу.Структура статических характеристик оптронного датчика углового положения показывает, что его дийами ческие характеристики можно представить нелинейным элементом с характеристиками типа ограничение. Такая характеристика датчика угловых положений является следствием конструктивных особенностей используемых коаксиальных световодов 14 и существованием режима насыщения в почупроводниковых 4 Ьтоприемниках 15, работающих в вентильном режиме.Наличие в преобразователе кроме механической колебательной системы и моментного датчика обратной. связи нелинейного элемента в виде оптронного датчика углового положения чув-ф ствительного элемента создает возможность для возникновения режима автоколебаний. В этом режиме работы 15 преобразователя, при отсутствии входного полезного сигнала, на выходе усилителя электронного блока 16 обратной связи формируются импульсы . напряжения постоянной ампли- ды и О длительности, Среднее значение напряжения, снимаемого с выхода блока 16 и фотоприемников 9, в этом случае равно нулю. При действии на чувствительный элемент 7 входного полезного сигнала, например углового ускорения И)(фиг. 2), длительность импульсов на выходе блока 16 и излучателей 17 меняется (фиг. 3), и на выходе фотоприемников 9 появляется постоянная составляющая напряжения (Фиг. 4)., пропорциональная измеряемому полез- .ному сигналу, которая создает в обмотке 8 ток, компенсирующий силовое воздействие измеряемого ускорения .Таким образом, преобразователь работает в автоколебательном режиме компенсационного измерения инерционных, гравитационных и кориолисовых сил и ускорений. При этом автоколебательный режим работы устройства 40 позволяет уменьшить,. в зависимости от частоты и амплитуды автоколебаний, в десятки и сотни раз влияние сухого трения в подшипниковых опорах чувствительного элемента, приравнивая их по механической чувствительности к торсионным подвесам. Это позволяет существенно упростить конструкцию, изготовление и эксплуатацию механической колебательной системы с под- р шипниковыми опорами по сравнению с торсионными подвесами чувствительного элемента.Использование изобретения позволяет повысить точность, помехозащищенность и надежность измерителей моментов,. сил и ускорений автокомпенсационного типа с линеаризацией выходного сигнала.Формула изобретенияПреобразователь механическйх величин, содержащий корпус, подвижный чувствительный элемент, датчик углового положения чувствительного элемента, блок обратной связи, связанный со светоизлучателями оптронного токоперецающего узла, и моментный датчик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью .повышения точности и надежности датчик углового положения чувствительного элемента выполнен в виде двух установленных на чувствительном элементе зеркальных стража" телей и закрепленного на корпусе светоизлучателя, подключенного к стабилизированному источнику питания и оптически связанного с трехканальным световодом, два канала которого выполнены коаксиальными, а на их выходе установлены дифференциально включенные полупроводниковые Фотоприемники, подключекные к блоку обратной связи, при этом на выходе третьего канала световода установлен фотоприемник, идентичный по своим характеристикам дифференциально включенным полупроводниковым фотоприемникам, выход которого связан с амплитудным регулятором стабилизированного источника питания, а на вы" ходе блока обратной связи включен светоизлучатель связанный через световолоконный кабель и дополнительный Фотоприемник со счетчиком.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 356494, кл. О 01 Ь 3/14, 140171.2. Автбрское свидетельство СССРВ 562738, кл. 6 01 Ь 3/14, 0202.76851136 Н; Вовчукчка . Корректор Составител Техред Т.М едактор В, Петр Тираж 907 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5