Преобразователь механических величин

Преобразователь механических величин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ж51136.(63) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 070180 (21) 28бб555/18-10 с присоединением заявки Но (51)М. Кл. а о1 ь 3/14

С О1 Ь 1/24

Государственный комитет

СССР но демам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 300781. Бюллетень М 28 (53) УДК 531. 781

{088.8) Дата опубликования описания 30п781.{»»

А.A Красовский, A,È. Сорока и В.В. Черкашин (72} Авторы изобретения (71) Заявитель

{54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборостроении при разработке измерителей линейных, угловых и гравитационных ускорений, а также микромоментометров компенсационного типа.

Известны устройства для измерения моментов, сил и ускорений, содержащие корпус, подвижный чувствительный элемент, датчик углового положейия чувствительного элемента, электронный блок обратной связи, токопередаю" щий узел и моментный датчик (1).

Однако эти устройства не обеспечивают требуемой чувствительности и точности измерений вследствие неста- бильности механического момента токопередающего узла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому-является устройство, содержащее корпус, подвижный чувствительный элемент,, датчик углового положения чувствительного элемента, электронный блок обратной связи с широтно-импульсной модуляцией выходного сигнала, магнитоэлектрический моментный датчик и оптронный токопередающий узел, выполненный в виде двух пар сопряжен- Зо

Г ных светоизлучателей и фотоприемников (23.

Однако это устройство для измерения моментов, сил и ускорений не обеспечивает требуемой точности и надежности измерений вследствие нестабильности работы датчика углового положения чувствительного элемента, слабой помехозащищенности оптронного токопередающего узла и недоата.-. точной устойчивости механической колебательной системы к воздействию инерционных, вибрационных и ударных перегрузок.

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 отражателей и закрепленного на корпусе светоиз» лучателя, подключенного к стабилизированному источнику питания и оптически связанного с трехканальным световодом, два канала которого выполнены коаксиальными, а на их выхо« де установлены. дифференциально включенные полупроводниковые фотоприемники, подключенные к блоку обратной

851136 связи, при этом на выходе третьего канала световода установлен фотоприемник, идентичный по своим характеристикам дифференциально включенным полупроводниковым фотоприемником, выход которого связан с амплитудным регулятором стабилизированного источ,ника питания, а на выходе блока обратной связи включен светоизлучатель, связанный через световолоконный кабель и дополнительный фотоприемник со счетчиком.

На фиг ° 1 изображен преобразователь механических величин;на фиг.2 графики режимов работы устройства.

Устройство для измерения моментов, сил и ускорений состоит из корпуса 1, связанного со стабилизированными маг/ интами 2 моментного датчика гальванометрического типа и защитным кожухом

З.В корпусе 1 с помощью подшипников 4 например, агатовых или сапфировых, ре т улируемых гайкой 5, закреплен на кернах 6 подвижный чувствительный элемент 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. Этот датчик установлен на корпусе 1 и содержит светоизлучатель 11, подключенный к стабилизированному источнику 12 питания и оптически сопряженный с трехканальным световодом

13, два канала 14 которого выполнены коаксиальными. На их выходах установлены дифференциально включенные полупроводниковые фотоприемники

15, подключенные через электронный блок 16 обратной связи к двум встречно-параллельно включенным полупроводниковым излучателям 17 оптронного токопередающего узла.

На выходе третьего канала световода 13 установлен фотоприемник 18, который связан с амплитудным регулятором стабилизированного источника

12 питания светоизлучателя 11. При этом основные технические и эксплуатационные характеристики фотоприемников 15 и 18 идентичны.

В корпусе 1 устройства закреплены полупроводниковые излучатели 17 и два световода 19, взаимно согласованнЦе по оптическим и спектральным харй<теристикам с фотоприемниками 9 оптронного токопередающего узла.

Выходной сигнал устройства регистрируется цифровым индикатором или счетчиком 20, связанным с фотоприемником 21 и световолоконным кабелем

22 через светаизлучатель 23 с электронным блоком 16 обратной связи, осуществляющим широтно-импульсную модуляцию выходного сигнала.

Преобразователь работает следующим образом.

Под действием входного полезного сигнала в виде измеряемого момента, силы, линейного, углового или гравитационного ускорения, гравитационного градиента или угловой скорости подвижный чувствительный элемент 7 поворачивается относительно оси вращения в подшипниках 4 и 6 на угол .

Оптронно-световодный датчик углового положения чувствительного элемента преобразовывает его угловое перемещение в электрический сигнал, пропорциональный углу p . Этот сигнал, полученный на выходе фотоприемников 15, »5 усиливается и преобразуется в электронном блоке 16 обратной связи в широтно-импульсное модулированное напряжение, под действием которого начинают поочередно излучать светощ вой поток излучатели 17 оптронного токопередающего узла. Световой поток излучателей 17 через световоды

19 воспринимается дифференциально .включенными фотоприемниками 9, закрепленными на рамке чувствительного элемента 7 и связанными с обмотка-, ми 8 моментного датчика гальванометрического типа. На выходе фотоприемников 9 кроме переменного импульсного напряжения имеется и постоянная составляющая напряжения, пропорциональная сигналу оптронного датчика углового положения, которая создает в обмотке 8 ток, компенсирующий момент от измеряемого входного полеэ3$ ного сигнала.

Бесконтактное измерение микроперемещений зеркальных отражателей 10, скрепленных с чувствительным элемен- том 7, относительно выходного торца

gg коаксиальных световодов 14, скрепленных с корпусом 1, оптронного датчика углового положения чувствительного элемента осуществляется следую-. щим образом.

Световой поток {Фо) от светоизлучателя 11, запитанного от стабилизированного источника 12 питания, охваченного обратной связью по интенсивности света излучателя 11 с помощью световода 13 и фотоприемни$© ка 18, проходит но внутреннему кана= лу коаксиальных световодов 14 и выходит Hs него в виде пучка лучей.

Отразившись от зеркальных отражателей 10, световой поток попадает в

$$ 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 дийами6$ ческие характеристики можно пред851136 ставить 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 4Ьтоприемниках 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- " ствительного элемента создает возможность для возникновения режима автоколебаний. В этом режиме работы преобразователя, при отсутствии входного полезного сигнала, на выходе усилителя электронного блока 16 об« ратной связи формируются импульсы . напряжения постоянной ампли-.ды и )() длительности. Среднее значение напряжения, снимаемого с выхода блока 16 и фотоприемников 9, в этом случае равно нулю. При действии на чувстви" тельный элемент 7 входного полезного 2с; 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 изобретения

Преобразователь механическйх величин, содержащий корпус, подвижный чувствительный элемент, датчик углового положения чувствительного элемента, блок обратной связи, связанный со светоизлучателями оптронного токоперецающего узла, и моментный датчик, отличающийся тем, что, с целью .повышения точности и надежности датчик углового положения чувствительного элемента выполнен в виде двух установленных на чувствительном элементе зеркальных отражателей 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 выходе блока обратной связи включен светоизлучатель связанный через световолоконный кабель и дополнительный фотоприемник со счетчиком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 356494, кл. G 01 L 3/14, 14 ° 01.71. 2. Автбрское свидетельство СССР

9 562738, кл. G 01 L 3/14, 02 02.76 (прототип) .

85ll36

Составитель Н; Вовчук

Техред T.Màtî÷êà . Корректор И. Шароши

Редактор В. Петраш

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 6317/56 1ираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5