CN101706312B - 激光光电分析天平 - Google Patents

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Abstract

本发明是激光光电分析天平，两片表面镀有银镜的石英玻璃条上下平行设置，一个激光发射器以一固定倾角向形变元件上玻璃条的下表面发射激光束，激光束在上下玻璃条的两个镜面之间多次反射，在激光束多次反射后的落点处装有光点位置传感器，光点位置传感器作为一个变量电阻连接在一个电桥中，电桥的两个输出端连接到现有电子天平中的测量放大电路的输入接口上。当上玻璃条上的压力大小变化时，形变变化致使反射的激光束角度相应变化，经多次反射、累积加强，光点位置传感器输出相应的电阻值，经测量放大电路处理，实现称重。本发明具有良好线性、灵敏度高，具有抗电磁干扰的优点。

Description

激光光电分析天平
技术领域
本发明涉及称量器具，是一种分析天平。
背景技术
电子分析天平的传感器采用应变传感器，它是在合金铝或合金钢条粘贴单晶硅基片，基片上扩散出迂回线状的P型或N型半导体电阻条，并接成电桥。在压力的作用下合金铝或合金钢条发生形变，带动单晶硅基片变形，根据半导体的压阻效应，电阻条的电阻率发生变化，引起电阻值的变化，引入到测量电路后，其输出电压的变化就反映出所受压力的变化情况，达到称量物体质量的目的。
由于单晶硅基片用胶粘剂粘贴在合金铝或合金钢条上，胶粘剂层具有一定韧性，有缓冲作用，另外合金铝或合金钢条的内部结构复杂，不是均匀的晶体结构，在微小的压力下难以保证形变的线性。所以现有的应变传感器的分辨率不高，电子分析天平的精确度还不够高。
另外，由于迂回线状的半导体电阻条暴露在环境电磁场中，极易受到干扰，无法保证称量的准确度。
发明内容
本发明目的在于提供一种高精度、抗电磁干扰强的分析天平，以方便使用。
本发明的方案是：激光光电分析天平，其特征是：在基座的一个水平面上贴有一片上表面镀有银镜的石英玻璃条作为反射镜；在反射镜的上方平行设置另一片下表面镀有银镜的石英玻璃条---上玻璃条，两片玻璃条之间具有一定间隔，上玻璃条作为形变元件，一端固定在基座上，另一端悬挂有秤盘；基座上装有激光发射器，以一固定倾角向形变元件上玻璃条的下表面发射激光束，激光束在两个镜面之间多次反射，在激光束多次反射后的落点处装有光点位置传感器；光点位置传感器是在条状陶瓷基片上均匀涂有硫化镉光敏材料层，光敏材料层的上面制有两条线性电阻电阻片，电阻片纵向左右分布，中间留有一均匀的透光缝隙，电阻片与光敏材料层的电阻率之比大于100倍以上，每条电阻片的同一端端头引出；激光光点投射在上述透光缝隙上，光点位置传感器的两个引脚作为一个变量电阻连接在一个电桥中，电桥的两个输出端连接到现有电子天平中的测量放大电路的输入接口上。
本发明的优点是：当压在形变元件的上玻璃条上的压力大小变化时，上玻璃条形变程度发生变化，反射的激光束角度相应变化，经多次反射，这一变化不断累积加强，最后激光光点照射到光点位置传感器上两条电阻片之间的缝隙，照射处的硫化镉光敏材料导通，将两条电阻片在该处连通，根据光点的位置上下不同输出不同的电阻值，反应出光点的位置信息。由于本发明采用了内部由晶体构成的石英玻璃作为测量力的大小的形变元件，形变与受力大小的关系具有良好线性。而且形变元件直接输出光反射的变量，没有中间缓冲，灵敏度高。另外，由于采用了光学结构，具有抗电磁干扰的优点。
附图说明
下面根据附图结合实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是光点位置传感器的结构示意图。
图3是测量放大电路的前置输入级的电路图。
标记说明：
图1中：1激光发射器，2上玻璃条，3激光束，4秤盘挂杆，5刀口，6秤盘，7反射镜，8光点位置传感器，9基座。
图2中：801陶瓷基片，802光敏材料层，803电阻片，804引脚压接头，805引脚。
图3中：8光点位置传感器，VCC电源端，R1、R2、R3电阻，A、B电桥输出端。
具体实施方式
参见图1，实施例的结构是：在基座9的一个水平面上贴有一片上表面镀有银镜的石英玻璃条作为反射镜7；在反射镜7的上方平行设置另一片下表面镀有银镜的石英玻璃条---上玻璃条2，两片玻璃条之间具有一定间隔，上玻璃条2作为形变元件，一端固定在基座9上，另一端悬挂有秤盘6。
反射镜7的银镜镀在上表面、上玻璃条2的银镜镀在下表面，而不是像普通玻璃镜的结构，是为了激光束直接在表面反射，防止出现玻璃表面对光的反射造成的干扰光点。
基座9上装有激光发射器1，以一固定倾角向形变元件上玻璃条2的下表面发射激光束3，激光束3在两个镜面之间多次反射，在激光束3多次反射后的落点处装有光点位置传感器8。
光点位置传感器结构参见图2，在条状陶瓷基片801有硫化镉光敏材料层802，光敏材料层802的上面有两条电阻片803，电阻片803纵向左右分布，中间留有一均匀的透光缝隙，每条电阻片的端头设有引脚805，两个引脚805位于同一端，传感器的表面涂有透明环氧树脂保护层。
光敏材料层802均匀涂覆在陶瓷基片801上并烧结而成，厚度以及制造工艺与现有的光敏电阻相同。
电阻片803通过真空磁控飞溅工艺制成，工艺和现有的电位器中的电阻片相同。电阻片为线性电阻。
硫化镉光敏材料采用低电阻率，电阻片采用高电阻率，电阻率之比大于100倍以上，以消除因光照强度不同时硫化镉光敏材料本身的电阻影响。比如实施例的传感器在导通点的电阻为10Ω，而电阻片的电阻为10KΩ/mm。这样，假如光照点到引脚处构成的有效电阻为100KΩ，则总电阻为100.010KΩ，当光照强度受到其它因素影响变弱，导通点的电阻为12Ω时总电阻为100.012KΩ，基本没有影响。
由于硫化镉光敏材料、电阻片的材料为均匀的微小粉末，因而具有较高的分辨率，经实验，实施例的传感器可以鉴别直径2mm激光点位移0.01mm。
参见图3，光点位置传感器8的两个引脚作为一个变量电阻，与电阻R1、R2、R3组成一个电桥，电桥的两个输出端A、B连接到现有电子天平中的测量放大电路的输入接口上，将变量电压输送到测量放大电路进行处理，从而实现称重显示。测量放大电路为现有的成熟技术，原理不再详述。
综上所述，当压在形变元件上玻璃条2上的压力大小变化时，上玻璃条2形变程度发生变化，反射的激光束3角度相应变化，经多次反射，这一变化不断累积加强，最后激光光点照射到光点位置传感器8上，光点位置传感器8根据光点的位置上下不同输出不同的电阻值，电桥输出不同电压，经测量放大电路处理，从而实现称重显示。

Claims (1)

1.激光光电分析天平，其特征是：在基座(9)的一个水平面上贴有一片上表面镀有银镜的石英玻璃条作为反射镜(7)；在反射镜(7)的上方平行设置另一片下表面镀有银镜的石英玻璃条---上玻璃条(2)，两片玻璃条之间具有一定间隔，上玻璃条(2)作为形变元件，一端固定在基座(9)上，另一端悬挂有秤盘(6)；基座(9)上装有激光发射器(1)，以一固定倾角向形变元件上玻璃条(2)的下表面发射激光束(3)，激光束(3)在两个镜面之间多次反射，在激光束多次反射后的落点处装有光点位置传感器(8)；光点位置传感器(8)是在条状陶瓷基片上(801)均匀涂有硫化镉光敏材料层(802)，光敏材料层(802)的上面制有两条线性电阻的电阻片(803)，电阻片(803)纵向左右分布，中间留有一均匀的透光缝隙，电阻片与光敏材料层的电阻率之比大于100倍以上，每条电阻片的同一端端头引出；激光光点投射在上述透光缝隙上，光点位置传感器(8)的两个引脚作为一个变量电阻连接在一个电桥中，电桥的两个输出端(A、B)连接到现有电子天平中的测量放大电路的输入接口上。
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