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Vorrichtung zur Messung von Verdrehungen Es ist bekannt, mechanische
"Verdrehungen mit einer Vorrichtung zu messen, in welcher zwei in einem optischen
Strahlengang hintereinander angeordnete Polarisatoren, von denen jeder mit einem
der Körper, denen gegenseitige Verdrehung zu messen ist, starr verbunden ist, von
einem Lichtbündel durchsetzt werden, wobei die durch die Verdrehung der Polärisatoren
verursachte Änderung des Lichtstromes photometrisch gemessen wird und als Maß für
die messende Verdrehung dient.
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Bei der bekannten Vorrichtung ist es unter Umständen nachteilig, daß
eine Verdrehung von vollen 9o° notwendig ist, um den zur Photozelle kommenden Strahl
von der Höchststärke bis zum vollständigen Verlöschen zu verändern, was eine geringe
Meßgenau-igkeit bei der Messung kleiner Verdrehungen zur Folge hat.
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Es, wurde bereits vorgeschlagen, diesen Nachteil dadurch zu beheben,
daß drei Polarisatoren verwendet werden, von welchen die beiden äußeren in ungleicher
Orientierung miteinander verbunden sind, und daß die beiden äußeren Polarisatoren
gemeinsam und der innere Polarisator allein mit den Körpern oder Meßstellen verbunden
sind, deren gegenseitige Verdrehung zu messen ist. Als Nachteil dieser Vorrichtung
hat sich der starke Lichtverlust herausgestellt, welcher durch die Lichtabsorption
der drei Polarisatoren verursacht wird und die Verwendung einer besonders lichtstarken
Lichtquelle und einer besonders. empfindlichen lichtelektrischen Zelle sowie eines
besonders genau anzeigenden Strommeßgerätes erfordert.
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Die Erfindung bezweckt eine Erhöhung der Meßgenauigkeit gegenüber
der bekannten Anordnung unter Verminderung der hohen Lichtverluste, die sich nach
dem erwähnten Vorschlag ergaben.
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Die Erfindung besteht darin, daß zwei Polarisatoren verwendet werden,
zwischen welchen sich eine Halbwellenplatte befindet, und daß die Polarisatoren
gemeinsam und die Halbwellenplatte allein mit je einem der Körper oder Meßstellen
verbunden sind, deren Verdrehung gegeneinander gemessen werden soll. Unter Halb-,vellenplatten
sind, wie in der Optik gebräuchlich, Platten aus doppelt .brechendem Material zu
verstehen, die in ihrer Dicke so bemessen sind, daß zwei in den Hauptschwingungsebenen
der Platte schwingende Lichtstrahlen einen Phasenunterschied von einer halben Lichtwellenlänge
erhalten.
Derartige Platten können aus in der Natur vorkommenden
doppelt brechenden kristallen, beispielsweise aus Glimmer oder Bergkristall, geschnitten
#werden, oder aus künstlich hergestellten Stoffen, welche infolge -des durch den
Herstellungsvorgang bedingten molekularen Gefüges oder infolge von mechanischen
Spannungen doppelt .brechend sind. Eine Halbwellenplatte, «-elche aus farblosem
und klarem Material besteht, verursacht praktisch keinen Lichtverlust.
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An Stelle einer Platte, welche einen Phasenunterschied von einer halben
Lichtwellenlänge erzeugt, kann auch eine Platte verwendet werden, welche einen Phasenunterschied
von einem ungeradzahligen Vielfachen einer halben Lichtwellenlänge erzeugt. Erfahrungsgemäß
ergibt jedoch eine Platte finit einem Phasenunterschied von nur einer halben Lichtwellenlänge
die höchste Meßgenauigkeit.
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Es hat sich gezeigt, daß Halbwellenplatten häufig so dünn sind, daß
sie eines nieclianischen Haltes bedürfen. Dieser kann dadurch bewirkt «-erden, daß
eine Halbwellenplatte zwischen zwei genügend starren Platten aus glasklarem, nicht
doppelt brechenden Werkstofi gefallet oder mittels eines glasklaren Klebmittels
auf eine solche Platte geklebt wird, oder durch andere geeignete Mittel.
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In der Zeichnung ist ein' Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Das von einer Lichtquelle a ausgehende Licht wird von einer
Blende b und einer Linse Z derart gebündelt, daß das Lichtbündel x den Polari.sator
pl, die Halbwellenplatte q und den Polarisator p.., annähernd Senkrecht durchdringt.
Es wird von einer lichtelektrischen Zelle -- aufgefangen. Der in dieser ausgelöste
elektrische Strom wird mittels der Drahtleitung d dem Strommeßgerät s
zugeleitet
und von diesem angezeigt. Die Polarisatoren p1 und p2 sind durch Haltestäbe
lt
miteinander starr verbunden. Zwischen den Polarisatoren p1 und 132 befindet
sich die Halbwellenplatte q. Die starr miteinander verbundenen Polarisatoren p1
und p= sind gemeinsam mittels eines Haltestiftes j, finit einem Punkt im Inneren
einer hohlen Welle o-) verbunden, deren Verdrehung gemessen werden soll. Die Halbwellenplatte
t1 ist mittels eines Haltestiftes j., welcher von dem Haltestift j1 einen geeigneten
Abstand hat, mit der Welle to starr verbunden.
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Erleidet die Welle zu eine Verdrehung, so verdreht sich die Halbwellenplatte
q gegen die starr miteinander verbundenen Polarisatoren p1 und p- Dadurch ändert
sich der auf die lichtelektrische Zelle z fallende Lichtstrom, und das Strommehgerät
s ändert seine Anzeige. Die Änderung der Anzeige ist ein Maß für die Verdrehung
der Welle Mit der beschriebenen Ausführungsform können Verdrehungen bis zu .I3°
eindeutig geiness;n werden. Erfahrungsgemäß ist die Genauigkeit bei der 'Messung
kleiner Verdrehungswinkel am höchsten, wenn die Hafbwellenplatte q so angebracht
ist. daß ihre Hauptschwingungsebenen bei aufeinander senkrecht stehenden Polarisationsebenen
der Polarisatoren p1 und p#, mit diesen Ebenen einen Winkel von annähernd
22-30' bilden. Ist der von den Hauptschwingungsebenen mit den Polarisationsebenen
gebildete Winkel kleiner als 3`@ oder größer als -Io-, so ist die Mellgenatugkeit
für praktische Zwecke zu niedrig.
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Damit die Genauigkeit der 'Messung nicht durch Schwankungen der Helligkeit
der Lichtquelle a .beeinträchtigt wird, kann bei der praktischen Anwendung der Erfindung
der zur lichtelektrischen Zelle ., belangende Lichtstrom mit dem zu einer unmittelbar
von derselben Lichtquelle bestrahlten zweiten Zelle gelangende Lichtstrom ver-lichen
werden. Diese Schaltung z-,veier lichtelektrischer Zellen gehört jedoch nicht zum
Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
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Das Beispiel der hohlen Welle @tals Körper, dessen Verdrehung gemessen
werden soll,
wurde aus Gründen der -lnscliatiliclikeit gewählt. Der Gegenstand
der Erfindung kann jedoch ebensogut auf der Außenseite einer Welle abgebracht werden,
oder ar beliebigen Körpern, deren Verdrehung gegeneinander gemessen werden soll.