Лекция №5.
План:
3.5. Фотоэлектрические приборы
3.6. Оптиметры
3.6.1. Трубка оптиметра
3.6.1.1. Принцип действия трубки оптиметра
3.6.1.2. Принципиальная схема трубки оптиметра
3.7. Струнные преобразователи
3.5. Фотоэлектрические приборы
В фотоэлектрических приборах информация о перемещении меры относительно указателя поступает в виде световых сигналов на фотоэлемент. С помощью фотоэлемента информация преобразуется в электрические сигналы, по разности амплитуд или фаз которых определяют изменение контролируемой величины.
Рис.3.15. Принципиальная схема растровых звеньев
Растровые звенья (рис.3.15). При перемещении подвижного растра 1 относительно неподвижного 2 свет от лампы 3 изменяет свою интенсивность перед попаданием на фотоэлемент 4, который по интенсивности света вырабатывает электрический сигнал. Большие перемещения определяются по числу чередований освещенных и неосвещенных моментов.
|
1 – источник света 2 – экран со щелью 3 – светофильтр 4 – конденсатор 5 – полупрозрачная пластина 6 – прозрачная пластина 7 – подвижный элемент с криволинейным зеркалом 8 – измерительный наконечник 9 – фокусирующая линза 10 – фотодиод. |
|
Рис.3.16. Принципиальная схема интерференционного измерительного звена
Интерференционное измерительное звено (рис.3.16). Монохроматический пучок света от источника 1 образованный с помощью светофильтра 3 и щели 2, отражается от разделительной пластины, попадает на поверхность пластины 6. Часть света отражается от поверхности пластины перпендикулярно, а другая часть пройдя пластину отражается от элемента 7, имеющего криволинейную поверхность, и далее также идет к фотоэлементу, где оба пучка интерферируют. Разность путей пучков определяется перемещением измерительного наконечника 8, связанного с подвижным элементом 7 в направлении S. Изменение освещенности за счет интерференции пучков света регистрируется фотодиодом 10.
Измерительное устройство (микроскоп) со штриховым звеном, работающим в отраженном свете (рис.3.17). Зеркальное штриховое звено 5 освещается источником света 1 через конденсатор 2, призму 3 и объектив 4. Отразившись от звена, луч света, пройдя объектив 4 и экран с дифракционной щелью 6 с помощью линзы 7 проектируется на светодиод 8.
Рис. 3.17. Принципиальная схема измерительного устройства со штриховым звеном.
Если рабочая точка фотоприемника находится на линейном участке своей световой характеристики, то при достаточно узкой щели форма фототока в фотоэлементе повторяет форму распределения освещенности штрихового сопряжения.
В основном фотоэлектрические приборы используются для автоматизации контрольно-измерительных работ.
3.6. Оптиметры.
Оптиметры относятся к приборам с рычажно-оптической передачей. Оптиметр состоит из измерительной головки (трубка оптиметра) и вертикальной или горизонтальной стойки. В связи с применением оптиметры делятся на:
1. Вертикальные с окуляром (ОВО – 1)
2. Вертикальные с проекционным экраном (ОВЭ – 2)
3. Горизонтальные с окуляром (ОГО – 1)
Пределы измерения оптиметров колеблятся от 13,5 мм до 150,180,400 мм. Цена деления 0,0002¸0,001 мм и диапазон показаний ±0,1¸0,025 мм. Погрешность измерения в пределах 0,0002 мм.
3.6.1. Трубка оптиметра.
Принцип действия трубки оптиметра основан на сочетании принципа автоколлимации и оптического рычага. Это позволяет преобразовывать малые перемещения измерительного стержня в значительно увеличенное перемещение видимой в окуляр шкалы относительно указателя. Смещение шкалы на одно деление соответствует перемещению измерительного штока на 0,001 мм.
3.6.1.1. Принцип действия трубки оптиметра
Принцип работы трубки оптиметра показан на рис. 3.18.
На некотором расстоянии от
объектива 1 перпендикулярно оптической оси расположено плоское зеркало 2.
Допустим, что в фокальной плоскости объектива на расстоянии F
от главной оптической оси расположена светящаяся точка So.
Лучи света от этой точки пройдя объектив и отразившись от зеркала, дадут в
фокальной плоскости симметрично расположенное ее изображение 
.
а)
б)
Рис. 3.18. Принцип действия трубки оптиметра
(а – до поворота, б – после поворота зеркала)
При смещении штока 3 зеркало 2
поворачивается на некоторый угол a.
Отражаемые его поверхностью лучи отклоняются на угол 2a в направлении поворота зеркала. В результате изображение
светящейся точки сместится вниз и займет положение 
. Величина этого смещения Н определится
по формуле
Н = F tg 2a
где F – фокусное расстояние объектива.
Передаточное отношение прибора 
Учитывая, что a
мал 
При F = 200 мм, а = 5 мм, U = 80, используя на выходе окуляр с 12 кратным увеличением, можно достичь передаточного отношения 960.
3.6.1.2. Принципиальная схема трубки оптиметра
Обычно в трубке оптиметра место светящейся точки занимает шкала. Шкала освещается светом от постороннего источника, направляемым на нее зеркалом. В окуляре видим тот участок шкалы, который соответствует углу наклона зеркала. По неподвижному визиру снимается показание. Учитывая U = 960, используют оптиметры с ценой деления 0,001 мм, что соответствует размеру, воспринимаемому глазом в 0,96 мм.
Рис. 3.19. Принципиальная схема трубки оптиметра.
Оптиметр включает Г-образную автоколлимационную трубку, которая состоит: источник света – 1; вспомогательная полупрозрачная призма – 2; полупрозрачная пластина со шкалой и визиром – 3; вспомогательная зеркальная призма – 4; объектив – 5; поворотное зеркало – 6; измерительный наконечник – 7; окуляр – 8 (рис.3.19).
Человеческий глаз видит в окуляр двойное изображение шкалы (т.к. пластина 3 полупрозрачная), одно неподвижное и второе подвижное – автоколлимационное с визиром.
Оптиметры с проекционным экраном отличаются тем, что изображение шкал проецируется на небольшой матовый экран.
Учитывая малый диапазон измерений, оптиметр предварительно настраивают на размер с помощью концевых мер.
3.7. Струнные преобразователи.
Они обладают высокой точностью и стабильностью показаний. В струнном преобразователе измеряемая физическая величина действует на струну, изменяя ее натяжение (деформацию) (рис.3.20). При этом изменяется частота собственных поперечных колебаний струны, которая и фиксируется приборами. Струна 2 имеет предварительное натяжение, которое изменяется в зависимости от перемещения измерительного наконечника.
Рис. 3.20. Принципиальная схема струнного преобразователя
Фактическая частота поперечных колебаний будет равна
,
где fo – частота колебаний струны при исходном натяжении,
d - фактическая деформация,
dо – исходная деформация струны.
Так как исходная частота fo обычно имеет значительную величину, то и приращение частоты Df = f - fo будет также значительной величиной, регистрируемой электронными приборами. Это обеспечивает высокую чувствительность приборов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
