CN2424445Y - 一种测量微转角的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微转角测量装置,该装置由两片分别刻有许多同心扇形缝隙的不透光薄片相互平行放置而成,其中一不透光薄片A固定在光电池表面,光电池连接电压测量仪表或处理信号的计算机接口,另一不透光薄片B在照射光源与不透光薄片A之间,固定在被测物体的转轴上,整个装置均在暗盒内。当物体转角发生微小变化时,引起光电池输出电压变化,通过电压测量仪表测量或计算机作数据处理得微转角变化量。本装置体积小,测量精度高。

Description

一种测量微转角的装置

本实用新型涉及一种微转角测量装置。

用光电池测量位移和转角在现代测量技术有广泛的应用，这种测量方法滞后小，精度高，由于把位移量和转角量转换成电信号输出，通过A/D转换后易于用计算机进行联机测量和处理。对微转角的测量，通常是利用光反射的方法，以光路的延长来使微转角产生远大于噪声信号的电信号变化，但这种方法使测量装置变得体积庞大，而且光路的调节也较复杂。

本实用新型的目的是提供一种微转角测量装置，测量精度高，调节方便，测量装置体积小。

为了达到上述目的，本实用新型微转角测量装置由两片分别刻有许多同心扇形缝隙的不透光薄片相互平行放置而成，两不透光薄片对应缝隙的形状、大小相同。其中一不透光薄片A固定在光电池表面，然后固定在支架上，光电池连接电压测量仪表或处理信号的计算机接口，通过电压测量仪表测量或计算机作出数据处理得微转角变化量；另一不透光薄片B在照射光源与不透光薄片A之间，且固定在被测物体的转轴上；被测物体的转轴与不透光薄片A、B的连心线重合并垂直于不透光薄片A、B，不透光薄片A、B对应的缝隙相互之间作部分遮光，使正反方向转角均可测量。为了使衍射效应影响减少至可忽略的地步，缝隙的最短边长和缝隙的最小间距比照射光波波长大3个数量级以上。由于不透光薄片缝隙越小，则缝隙越多，测量精度越高，但缝隙太小将限制测量范围，故缝隙的张角和缝隙间的张角应是测量范围的1倍至5倍，一般取2倍，以兼顾测量范围和精度。两片带缝隙的不透光薄片A、B之间的间距不宜太大，使衍射效应影响可以忽略，可以取0.5mm至5mm，一般取1mm。

扇形缝隙的制作和光电池的连接可以有两种方法：

1．普通方法：不透光薄片A、B相同，不透光薄片A缝隙下的各光电池串联起来，以正极和负极作为输出端连接电压测量仪表或处理信号的计算机接口，不透光薄片A、B对应的缝隙相互之间作部分遮光，此时的输出信号作为测量的零点，测量正反方向转角：

2．差分方法：不透光薄片A、B的缝隙轴对称分布，以对称轴把不透光薄片A、B分为两部分，在其中一部分，使不透光薄片A的缝隙对不透光薄片B对应的缝隙顺时针移动1/2最小缝隙张角，在另一部分，使不透光薄片A的缝隙对不透光薄片B对应的缝隙逆时针移动1/2最小缝隙张角，移动后的最小缝隙间张角要大于最小缝隙张角。以该对称轴为界，不透光薄片A缝隙下的各光电池平均分为左右两组，组内电池相互串联，正极与另一组的正极(或负极与另一组的负极)连接，两负极(或两正极)作输出(即差分接法)，连接电压测量仪表或处理信号的计算机接口，调整不透光薄片A、B对应缝隙相互之间的遮光部分，使输出信号为零作为测量零点，测量正反方向转角。

当被测物体转动时，微转角反映在各缝隙的透光面积变化上。虽然各透光面积变化不大，但多缝隙的透光面积变化则可以产生较大的电信号变化，达到长光路反射的效果，获得很高精确度和很大的信噪比，而测量仪器的体积明显缩小。本装置只要求各缝隙的光强稳定、均匀，可以省去调节平行光路的麻烦。

本装置通过转向齿轮可以把转角的变化变成位移的变化，用于微位移测量。

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

图1为测量微转角装置结构图。

图2为带扇形缝隙的不透光薄片结构图。

图1中，1为带扇形缝隙的不透光薄片A，固定在支架上，其下边紧贴光电池2，3为带扇形缝隙的不透光薄片B，固定在被测物体的转轴5上，4为照射光源的光线，1、2、3、4、5均在暗盒内，以防外界光信号干扰。

图2中，6为不透光薄片7上的扇形缝隙。扇形缝隙具有相同的圆心，各扇形缝隙的张角可以不同，要求最小的缝隙张角和最小的缝隙间张角是测量范围1至5倍，以兼顾测量范围和精度。

实施例：

以差分方法制作直径72mm的不透光薄片A、B和连接光电池(每个半圆扇形排列11片10mm×10mm的光电池)。照射光源是25w的白炽灯(光波波长4000-7600A)，缝隙的最短边长和缝隙的最小间距均为2.0mm，缝隙的最小张角为4.0°，测量范围为±1.0°，不透光薄片A、B之间的间距为1mm。当转动竿作振幅为5×10^-3弧度，频率为1Hz的简谐振动时，光电池输出电压峰峰值为80mv的简谐波，屏蔽后的噪音信号在0.5mv以下。

Claims (5)

1、一种测量微转角的装置，其特征是该装置由两片分别刻有许多同心扇形缝隙的不透光薄片相互平行放置而成，两不透光薄片对应缝隙的形状、大小相同。其中一不透光薄片A固定在光电池表面，然后固定在支架上，光电池连接电压测量仪表或处理信号的计算机接口；另一不透光薄片B在光源与不透光薄片A之间，固定在被测物体的转轴上；两片带缝隙的不透光薄片A、B之间的间距取0.5mm至5mm；扇形缝隙的最短边长和缝隙的最小间距比光波长大3个数量级以上；缝隙的张角和缝隙间的张角是测量范围的1倍至5倍；被测物体的转轴与不透光薄片A、B的连心线重合并垂直于不透光薄片A、B，不透光薄片A、B对应的缝隙相互之间作部分遮光，不透光薄片A、B，光电池及光源均装在暗盒内。

2、一种如权利要求1所述的测量微转角的装置，其特征是不透光薄片A缝隙下的各光电池串联起来，以正极和负极作为信号输出端，以不透光薄片A、B对应的缝隙相互之间作部分遮光时的输出信号作为测量的零点。

3、一种如权利要求1所述的测量微转角的装置，其特征是不透光薄片A、B的缝隙轴对称分布，以对称轴把不透光薄片A、B分为两部分，在其中一部分，使不透光薄片A的缝隙对不透光薄片B对应的缝隙顺时针移动1/2最小缝隙张角，在另一部分，使不透光薄片A的缝隙对不透光薄片B对应的缝隙逆时针移动1/2最小缝隙张角。以该对称轴为界，不透光薄片A缝隙下的各光电池平均分为左右两组，组内电池相互串联，正极与另一组的正极连接，两负极作输出，调整不透光薄片A、B对应缝隙相互之间的遮光部分，使输出信号为零作为测量零点。

4、一种如权利要求1、3所述的测量微转角的装置，其特征是缝隙的张角和缝隙间的张角为测量范围2倍。

5、一种如权利要求1、4所述的测量微转角的装置，其特征是不透光薄片A、B之间的间距取1mm。

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