DE2341310B2

DE2341310B2 - Krat measuring device with direct digital output signal

Info

Publication number: DE2341310B2
Application number: DE19732341310
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. Gruenwald; Gerd Dr.-Ing. Jaeger; Horst-Peter Dipl.-Ing. Ddr 4855 Teuchern Proessel
Original assignee: VEB KOMBINAT NAGEMA DDR 8045 DRESDEN
Current assignee: VEB KOMBINAT NAGEMA DDR 8045 DRESDEN
Priority date: 1973-02-21
Filing date: 1973-08-16
Publication date: 1979-02-01
Also published as: SU531502A3; CH563016A5; HU167812B; GB1423699A; DD106894A1; AT346108B; NL7316004A; DE2341310A1; ATA868573A; DE2341310C3

Description

Die Kraftmeßeinrichtung mit direktem digitalen Ausgangssignal und mit Kraft-Weg-Wandler betrifft eine Einrichtung, bei der zur direkten digitalen Messung des Weges die Interferenz gleicher Dicke mit monochromatischem Licht und mit Keilplatte und Biegeplatte verwendet wird und bei der mehrere fotoelektrische Empfänger und ein optisches System in geeigneter Weise angeordnet sind.The force measuring device with direct digital output signal and with force-displacement converter concerns a device in which the interference of the same thickness is used for direct digital measurement of the path monochromatic light and with wedge plate and bending plate is used and in the case of several photoelectric receivers and an optical system are suitably arranged.

Es wurde bereits eine Vorrichtung zur Kraftmessung nach DD 94 905 vorgeschlagen. Bei dieser Vorrichtung wird durch die Meßgröße Kraft eine Biegplatte deformiert, wodurch sich ein Luftspalt, der den Gangunterschied der interferierenden Strahlen bewirkt, verändert. Der Luftspalt wird gebildet, indem mehrere rechteckige Platten miteinander versprengt werden. Auf einer rechteckigen planparallelen Grundplatte werden zwei rechteckige Platten angesprengt. Eine dieser Platten kann z. B. planparallel sein und an ihr wird eine weitere rechteckige Platte angesprengt, die Biegeplatte. An dieser Biegeplatte greift die zu messende Kraft an. Die zweite an der Grundplatte angesprengte Platte ist so gestaltet, daß bei Deformation der Biegeplatte eine Drehstreifenverteilung entsteht (G.)äger, Messen-Steuern-Regeln 14 (1971), H. 5, S. 179- 182). In dieser Verteilung können fotoelektrische Empfänger so angeordnet werden, daß sowohl absolut kodierte als auch inkremental kodierte Ausgangssignale abgreifbar sind.A device for force measurement according to DD 94 905 has already been proposed. With this device a bending plate is deformed by the measurand force, creating an air gap that forms the Path difference of the interfering rays causes changed. The air gap is formed by several rectangular plates are sprinkled together. On a rectangular plane-parallel base plate two rectangular plates are blasted on. One of these plates can, for. B. be plane-parallel and will be at her Another rectangular plate is blown on, the bending plate. The accesses this bending plate measuring force. The second plate, which is blown onto the base plate, is designed in such a way that in the event of deformation the bending plate creates a rotating strip distribution (G.) äger, measuring-controlling-rules 14 (1971), H. 5, pp. 179-182). In this distribution can be photoelectric Receivers are arranged so that both absolutely coded and incrementally coded output signals can be tapped.

Dieser Lösung haftet der Nachteil an, daß mit zunehmender Deformation der Biegenlatte der Abstand der Interferenzstreifen in y-Richtung bei einer Drehstreifenverteilung ständig kleiner wird. Eine Grenze der möglichen Deformation und somit auch für den erreichbaren relativen Fehler ist hierbei dadurch gegeben, daß die Interferenzstreifenabstände, welche kleiner als der Durchmesser der Empfängerflächen sind, nicht mehr aufgelöst werden können. Deshalb müssen Empfänger mit kleinen Empfängerflächen verwendet werdei», was elektrische Ausgangssignale geringerThis solution has the disadvantage that with increasing deformation of the bending bar, the distance the interference fringe in the y-direction becomes smaller and smaller with a rotating fringe distribution. A limit of possible deformation and thus also for the achievable relative error is hereby given that the interference fringe spacings, which are smaller than the diameter of the recipient surfaces, can no longer be resolved. Therefore must Receivers with small receiver areas are used, which results in lower electrical output signals

ι ο Amplituden zur Folge hatι ο results in amplitudes

Ferner ist ein Druckgeber entsprechend Fellows; B r u c e, W.; M a r i ο η, Don — A direct digital pressure transducer Adv. Instrum. Pittsburgh, Pa 24 (1969) — USA bekannt, der zum Messen kleiner Druckveränderangen bei großen absoluten Drücken dient Hier werden zwei Glasscheiben benutzt, die in einem kleinen Abstand voneinander angeordnet sind. Die beiden Glasscheiben werden mit monochromatischem Licht durchstrahlt Der zu messende Druck belastet die Scheiben auf Durchbiegung und es entstehen Newtonsche Ringe. Die durchlaufenden Ringe werden richtungsabhängig gezähltFurthermore, a pressure giver is correspondingly fellows; B r u c e, W .; M a r i ο η, Don - A direct digital pressure transducer Adv. Instrum. Pittsburgh, Pa 24 (1969) - USA known for measuring small changes in pressure in the case of high absolute pressures, two panes of glass are used, one in a small one Are spaced from each other. The two panes of glass are illuminated with monochromatic light irradiated through The pressure to be measured loads the panes on deflection and Newtonian arises Rings. The rings passing through are counted depending on the direction

Diese Vorrichtung ist geeignet zur Druckmessung für große absolute Drücke. Der erreichbare relative Meßfehler, bezogen auf den Meßbereichsumfang, ist groß. Durch das Auftreten Newtonscher Ringe ändert sich die Phasendifferenz an den Zählempfänger bei zunehmender Belastung. Dadurch ist eine Grenze der auflösbaren Ringe vorgegeben. Durch den gewählten konstruktiven Aufbau können Druckänderungen, aber keine genauen absoluten Drücke gemessen werden. Außerdem ist die Vorrichtung stark temperaturabhängig·
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftmeßeinrichtung mit direktem digitalen Ausgangssignal und mit Kraft-Weg-Wandler für verschiedene Meßbereiche bei sehr kleinen relativen Meßfehler zu schaffen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Kraft-Weg-Wandler aus zwei zur *-z-Ebene parallelen und zur y-Achse symmetrischen Biegeplatten mit relativ starrem Krafteinleitungsteil in der Mitte und zwei relativ starren Endteilen und mehreren, zur y-z-Ebene parallelen Nuten und aus zwei Stützplatten besteht, die symmetrisch zur y-z-Ebene zwischen den Endteilen angeordnet sind und diese verbinden und die parallel zur x-z-Ebene verlaufende Nuten aufweisen; an der Innenfläche einer der Biegeplatten sind Keilplatten gleicher Geometrie symmetrisch zur y-Achse angeordnet, wobei die beiden Schnittlinien der teilverspiegelten Interferenzkeilflächen der Keilplatten und der teilverspiegelten Innenfläche der gegenüberliegenden Biegeplatte parallel zur x-Achse sind und symmetrisch zur Af-y-Ebene liegen. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Platten aus Quarz bestehen und der Hohlraum zwischen den Biegeplatten mit einem die Bewegung der Biegeplatten dämpfenden Mittel ausgefüllt ist.
Die Erfindung soll an Hand von Ausführungsbeispie-This device is suitable for pressure measurement for large absolute pressures. The relative measuring error that can be achieved, based on the scope of the measuring range, is large. Due to the appearance of Newton's rings, the phase difference at the counting receiver changes with increasing load. As a result, there is a limit to the number of dissolvable rings. Due to the chosen design, changes in pressure can be measured, but not exact absolute pressures. In addition, the device is highly temperature-dependent
The invention is based on the object of creating a force measuring device with a direct digital output signal and with a force-displacement converter for different measurement ranges with very small relative measurement errors.
According to the invention the object is achieved in that the force-displacement converter consists of two bending plates parallel to the * -z plane and symmetrical to the y-axis with a relatively rigid force introduction part in the middle and two relatively rigid end parts and several parallel to the yz plane Grooves and consists of two support plates which are arranged symmetrically to the yz plane between the end parts and connect them and which have grooves running parallel to the xz plane; Wedge plates of the same geometry are arranged symmetrically to the y-axis on the inner surface of one of the bending plates, whereby the two lines of intersection of the partially mirrored interference wedge surfaces of the wedge plates and the partly mirrored inner surface of the opposite bending plate are parallel to the x-axis and are symmetrical to the Af-y-plane. In a further development of the invention it is provided that the plates are made of quartz and the cavity between the bending plates is filled with a means that dampens the movement of the bending plates.
The invention is based on exemplary embodiments

(ΊΙ len näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigt(ΊΙ are explained in more detail. In the associated Drawings shows

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Meßelementes mit symmetrischen Schlitzen
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Meßele-F i g. 1 is a schematic representation of the measuring element with symmetrical slots
Fig. 2 is a schematic representation of the measuring element

• ι mentes mit symmetrischen Nuten• ι mentes with symmetrical grooves

Fig. J eine Meßvorrichtung mit Durchlichtauswertung und Flüssigkeitsdämpfung
F i g. 4 eine Meßvorrichtung mit AuflichtauswertungJ shows a measuring device with transmitted light evaluation and liquid damping
F i g. 4 a measuring device with incident light evaluation

und Luftdämpfung.and air cushioning.

Nach Fig. 1.1 besitzen die Biegeplatten 3.1 zur y-z-Ebene symmetrisch verlaufende Schlitze. Die Biegeplatten 3.1 sind ihrerseits durch die .'StOtzplatten 3.2, welche zur jr-z-Ebene parallel verlaufende Schlitze enthalten, verbunden. An der Innenfläche der einen Biegeplatte 3.1 sind symmetrisch zur y-z-Ebene und zur y-x-Ebene zwei Keilplatten 33 gleicher Geometrie angebracht Die freien Oberflächen der Keilplatten 33 und die Innenfläche der einen Biegeplatte 3.1 sind teilverspiegelt und bilden die Interferenzteilflächen B, zwischen denen bei Beleuchtung mit parallelem monochromatischem Licht die parallelen Fizeaustreifen entstehen. Die Keilplatten 33 werden außerdem nach F i g. \2 so angebracht, daß die Schnittlinie der Flächen des einen Keiles links von der x-z-Ebene und die des anderen Teils rechts von der x-y-Ebene liegt und jeweils paiallel zur x-Achse verlaufen. Nach Fig.3 wird das Meßelement 3 mit Hilfe der monochromatischen Lichtquelle 1, des Kondensors 2 und des Umlenkspiegels 7 mit parallelem monochromatischem Licht durchstrahlt. Die Interferenzstreifen werden mit dem 5 optischen System 4 auf die fotoelektrischen Empfänger 5 abgebildeL Die fotoelektrischen Empfänger 5 tasten in bekannter Weise 90° phasenverschobene Signale ab, mit denen eine richtungsabhängige Zählung möglich ist. Das Meßelement 3 ist im festen Rahmengestell 6 in derAccording to FIG. 1.1, the bending plates 3.1 have slots running symmetrically to the yz plane. The bending plates 3.1 are in turn connected by the support plates 3.2, which contain slots running parallel to the jr-z plane. Are on the inner surface of a flexure 3.1 symmetrical to the yz plane and the yx plane two wedge plates 33 of the same geometry mounted The free surfaces of the wedge plates 33 and the inner surface of a bending plate 3.1 are partially mirrored and form the interference partial areas B between which upon illumination with parallel monochromatic light creates the parallel fish stripes. The wedge plates 33 are also shown in FIG. \ 2 attached so that the intersection of the surfaces of one wedge is to the left of the xz-plane and that of the other part to the right of the xy- plane and are parallel to the x-axis. According to FIG. 3, the measuring element 3 is irradiated with parallel monochromatic light with the aid of the monochromatic light source 1, the condenser 2 and the deflecting mirror 7. The interference fringes are mapped onto the photoelectric receivers 5 with the optical system 4. The photoelectric receivers 5 scan signals that are 90 ° out of phase in a known manner, with which a direction-dependent counting is possible. The measuring element 3 is in the fixed frame 6 in the

ίο dargestellten Weise befestigt. Im Behälter 10 befindet sich das Dämpfungsmittel 9. Die zu messende Kraft F wird über die Kraftübertragungsbrücke 8 auf das Meßelement 3 übertragen, wodurch eine Durchlichtbeleuchtung möglich istίο fastened in the manner shown. The damping means 9 is located in the container 10. The force F to be measured is transmitted to the measuring element 3 via the force transmission bridge 8, whereby transmitted light illumination is possible

Entsprechend Fig.4 wird als Dämpfungsmittel Luft verwendet Die Beleuchtung sowie die optische Abbildung erfolgt im Auflicht. Die zu messende Kraft F wirkt direkt auf die Biegeplatte 3.1.According to FIG. 4, air is used as the damping agent used The lighting as well as the optical imaging takes place in incident light. The force to be measured F acts directly on the bending plate 3.1.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

1 claims:

1. Force measuring device with direct digital output signal and with force-displacement converter, in which the interference of the same thickness with monochromatic light and with wedge plate and bending plate is used for direct digital measurement of the path and in which several photoelectric receivers and an optical system are used in a suitable manner are arranged, characterized in that the force-displacement converter (3.1; 3.2; 33) consists of two parallel to the jr-z-plane and symmetrical to the y- axis bending plates (3.1) with a relatively rigid force introduction part in the middle and two relatively rigid End parts and several grooves parallel to the yz plane and from two support plates (3.2) which are arranged symmetrically to the yz plane between the end parts and connect them and which have grooves running parallel to the xz plane that on the inner surface of one of the Bending plates (3.1) wedge plates (33) of the same geometry are arranged symmetrically to the y-axis and that the two lines of intersection of the teilverspi egelten interference wedge surfaces (B) of the wedge plates and the partially mirrored inner surface of the opposite bending plate (3.1) are parallel to the x-axis and are symmetrical to the xy- plane.

2. Device according to claim 1, characterized in that the plates (3.1; 3.2; 3.3) made of quartz exist.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the cavity between the Bending plates (3.1) is filled with a means (9) which dampens the movement of the bending plates.