SU1201693A1

SU1201693A1 - Optical transducer

Info

Publication number: SU1201693A1
Application number: SU843755529A
Authority: SU
Inventors: Маиски Погосович Марутян; Виктор Филиппович Курдя; Евгений Александрович Семенько
Original assignee: Институт проблем надежности и долговечности машин АН БССР
Priority date: 1984-06-25
Filing date: 1984-06-25
Publication date: 1985-12-30

Abstract

1. ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий излучатель и приемник света, установленные под углом, не превышающим 180 к зеркальной поверхности чувствительного фотоупругого элемента, установленного на валу , отличающийс тем, что, с целью повьпиени точности и чувствительности, чувствительный элемент выполнен в виде двух коаксиальных колец, меньшее из которых механически св зано с валом и между которыми расположен фотоупругий материал , зеркальна поверхность выполнена на наружной поверхности меньшего кольца, а жесткость большего кольца в радиальном направлении больше жесткости меньшего кольца. 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийс тем, что, с целью измерени скручивающих нагрузсж механическа св зь кольца с залом выполнена в виде двух р дов спиц, св занных соответственно одними конIB цами с внутренней поверхностью меньшего кольца, а другими концами - с двум соосными втулками, установленными коаксиально валу и кольцами чувствительного злемента, при этом спицы каждого р да установлены с наклоном в разные стороны относиЮ тельно радиуса вала. Од СО 001. OPTICAL CONVERTER containing a radiator and a light receiver installed at an angle not exceeding 180 to the mirror surface of a sensitive photoelastic element mounted on a shaft, characterized in that, in order to achieve accuracy and sensitivity, the sensitive element is made in the form of two coaxial rings, the smaller of which is mechanically connected with the shaft and between which the photoelastic material is located, the mirror surface is made on the outer surface of the smaller ring, and the rigidity of the larger shell tsa radially greater rigidity smaller ring. 2. The converter according to claim 1, which is characterized by the fact that, in order to measure the mechanical torsion of the ring, the ring is connected to the hall as two rows of spokes connected respectively with one end to the inner surface of the smaller ring, and the other ends with two coaxial bushings mounted coaxially to the shaft and rings of the sensitive element, while the spokes of each row are set with a tilt in different directions relative to the radius of the shaft. Od co 00

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к устройствам дл измерени крут щего момента, давлени или силы при испытани х машин и механизмов. . Целью изобретени вл етс повышение точности и чувствительности. , На фиг. 1 схематически изображен преобразователь дл измерени радиальных нагрузок; на фиг. 2 - преобразователь дл измерени скручивающих нагрузок} на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2. Оптический преобразователь содержит излучающее 1 и воспринимающее 2 устройства и чувствительный элемент, которьш выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного 3 и внутреннего 4 колец, между которыми размещен и жестко с ними св зан, например приклеен, фотоупругий материал 5, изготовленный, например,из монокристаллического арсенида ралли Наружное кольцо имеет удельную жесткость в радиальном направлении, котора превьщ1ает удельнзто жесткость внутреннего кольца 4 дл того, чтобы усилие, вызьшакщее деформацию внутре него кольца 4 и фотоупругого материа ла 5, не вызывало деформацию наружного кольца 3. Наружна поверхность 6 внутреннего кольца 4 выполнена зеркальной. Излучающее 1 и воспринимающее 2 устройства расположены в корпусе 7 подуглом, не превьшгающим 180° к зеркальной поверхности 6. Неподвижный корпус 8 кинематически св зан через тела качени 8 с чув ствительным элементом, внутреннее .кольцо 4 которого жестко установлено на исследуемом вращан цемс валу 9. В оптическом преобразователе дл измерени скручивающих нагрузок внут реннее кольцо 4 чувствительного элемента жестко св зано посредством по крайней мере двух р дов спиц 10 с двум соосными втулками 1V. Втулки 11 жестко установлены на исследуемом вращающемс валу 9 коаксиально чувствительному элементу. Спицы 10 в каждом р ду установлены с наклоном к радиусу кольца 4, и наклон спиц 10 в одном р ду (фиг. 3) противоположен наклону спиц 10 в другом р ду (фиг.4 дл усилени крут щего момента, пере даваемого от исследуемого вала 9 к фотоупругому материалу 5. Наружное кольцо 3 имеет удельную жесткость в радиальном направлении, котора превьшгает удельную жесткость кольца 4 дл того, чтобы усилие, вызывающее деформацию кольца 4 и фотоупругого материала 5, не вызывало деформацию наружного кольца 3. При измерении радиальных нагрузок оптический преобразователь работает следукицим образом (фиг. 1). Под действием механических воздействий в осевом направлении, например силы или давлени , прикладываемых к валу 9, его диаметр увеличиваетс . Это приводит в свою очё- . редь к деформации кольца 4 и жестко св занного с ним фотоупругого материала 5. Благодар тому, что удельна жесткость наружного кольца 3 в радиальном направлении превышает удельнзпо жесткость внутреннего кольца 4, эпюра напр жений распредел етс в фотоупругом материале 5 по всей толщине равномерно. Пол ризованный луч .света от излучающего устройства.1 -проходит через фотоупругий материал 5, отражаетс от зеркальной поверхности 6 кольца 4 и попадает в воспринимающее устройство 2. Яркость отраженного луча света зависит от величины механических напр жений, передаваемых от исследуемого вала 9 через кольцо 4 к фотоупругому материалу 5, в котором они распредел ютс по всей его толщине , т.е. чем большее напр жение возникает, тем большее затухание луча света происходит в фотоупругом материале 5, что и регистрируетс воспринимающим устройством 2. При измерении окручиваюпщх нагрузок оптический преобразЪватель работает следующим образом (фиг.2,3 . и 4). Втулки 11 жестко устанавливаютс на исследуемом валу 9. Под действием прикладываемого к валу 9 крут щего момента втулки 11 смещаютс однаотносительно другой на угол закручивани вала 9. Вслед за втулками 11 смещаютс в противоположные стороны концы 12 спиц 10, закрепленные на втулках 11, в то врем как концы 13 спиц 10, закрепленные на конце 4, остаютс в прежнем положении, такThe invention relates to a measurement technique, in particular, devices for measuring torque, pressure or force when testing machines and mechanisms. . The aim of the invention is to increase accuracy and sensitivity. , FIG. 1 shows schematically a transducer for measuring radial loads; in fig. 2 shows a transducer for measuring torsional loads} in FIG. 3 is a view A of FIG. 2; in fig. 4 shows a section BB in FIG. 2. The optical transducer contains a radiating device 1 and a sensing device 2 and a sensing element, which is made in the form of two coaxially arranged outer 3 and inner 4 rings, between which is placed and rigidly connected with them, for example, glued, photoelastic material 5, made, for example, from monocrystalline rally arsenide The outer ring has a specific stiffness in the radial direction that exceeds the specific stiffness of the inner ring 4 in order for the force causing the deformation inside The seal 4 and the photoelastic material 5 did not cause the deformation of the outer ring 3. The outer surface 6 of the inner ring 4 was mirrored. The radiating 1 and sensing 2 devices are located in the housing 7 with an angle not exceeding 180 ° to the mirror surface 6. The stationary housing 8 is kinematically connected through the rolling bodies 8 to a sensing element, the inner ring 4 of which is rigidly mounted on the rotating shaft of rotation 9. In the optical transducer for measuring torsional loads, the inner ring 4 of the sensing element is rigidly connected by means of at least two rows of spokes 10 with two coaxial sleeves 1V. The sleeves 11 are rigidly mounted on the rotating shaft 9 under study to a coaxially sensitive element. The spokes 10 in each row are set with a slope to the radius of the ring 4, and the slopes of the spokes 10 in one row (Fig. 3) are opposite to the slopes of the spokes 10 in the other row (Fig. 4 to increase the torque transmitted from the shaft under study 9 to the photoelastic material 5. The outer ring 3 has a specific stiffness in the radial direction that exceeds the specific stiffness of the ring 4 so that the force causing the deformation of the ring 4 and the photoelastic material 5 does not cause the deformation of the outer ring 3. When measuring radial loads, the optical conversion The fir tree works in the following way (Fig. 1). Under the action of mechanical forces in the axial direction, for example, a force or pressure applied to the shaft 9, its diameter increases. This leads to a deformation of the ring 4 and rigidly connected with it. Photoelastic material 5. Due to the fact that the specific rigidity of the outer ring 3 in the radial direction exceeds the specific rigidity of the inner ring 4, the stress diagram is distributed uniformly in the photoelastic material 5 over the entire thickness. The polarized light beam from the radiating device. 1 - passes through the photoelastic material 5, reflects from the mirror surface 6 of the ring 4 and enters the perceiving device 2. The brightness of the reflected light beam depends on the magnitude of the mechanical stresses transmitted from the shaft 9 through the ring 4 to the photoelastic material 5, in which they are distributed throughout its thickness, i.e. the higher the voltage arises, the greater the attenuation of the light beam occurs in the photoelastic material 5, which is recorded by the sensing device 2. When measuring loads, the optical transducer works as follows (Figures 2, 3 and 4). The sleeves 11 are rigidly mounted on the shaft 9 under test. Under the action of the torque applied to the shaft 9, the sleeves 11 are displaced one relative to the other by the twisting angle of the shaft 9. Following the sleeves 11, the ends 12 of the spokes 10 are fixed to the sleeves 11, while as the ends 13 of the spokes 10 fixed at the end 4 remain in the same position, so

31201693. 431201693. 4

как скручиванэдие силы, действующиеторое передаётс на фотоупругий мана кольцо 4, равны по величине итериал 5.as the twisting force, the forces that are transmitted to the photoelastic mana ring 4, are equal in magnitude to material 5.

противоположны по направлению. В ре- В дальнейшем работа одтическогоopposite in direction. In the future

зультате .спицы Ю измен ют свой угол преобразовател ничем не отличаетс As a result, U spikes change their angle of the transducer is no different.

наклона и деформируют кольцо 4, созда-jот работы при -измерении радиальныхtilt and deform the ring 4, creating a j-work when measuring the radial

ва в нем напр женное состо ние, ко-нагрузок.It has a stress state, co-loads.

11eleven

Claims

1. OPTICAL CONVERTER containing an emitter and a light detector mounted at an angle not exceeding 180 ° to the mirror surface of a sensitive photoelastic element mounted on a shaft, characterized in that, in order to increase accuracy and sensitivity, the sensitive element is made in the form of two coaxial rings , the smaller of which is mechanically connected with the shaft and between which the photoelastic material is located, the mirror surface is made on the outer surface of the smaller ring, and the stiffness of the larger ring in p dially direction greater rigidity smaller ring.

2. The transducer according to claim 1, characterized in that, in order to measure the torsional loads, the mechanical connection of the ring with the shaft is made in the form of two rows of spokes, respectively connected at one end to the inner surface of the smaller ring and the other ends - with two coaxial bushings mounted coaxially to the shaft and the rings of the sensing element, while the spokes of each row are installed with an inclination in different directions relative to the radius of the shaft.

SU _p „1201693