Пьезооптический измеритель деформаций

 

ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ .ДЕФОРМАЦИЙ, содержащий опорные платы , элемент из фотоупругого материала , поляризационно-оптический преобразов.атель, включающий фотоприемник , отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения динамических деформаций путем исключения температурных погрешнос0 тай, в измеритель деформаций введены два вспомогательных стержня, установлунных между элементом из фотоупруго-; го материала и опорной платой, при этом один из стержней установлен перпендикулярно оси нагруження по диагонали ромба, стороны которого образованы упругими пластинами, концы упругих пластин, образующие одну из вершин ромба, присоединены к опорной плате, а образуюв(ие противоположную вершину, - к концу второго вспомогательного стержня, установленного по оси нагружения и контактирующего с элементом из фотоупругого MafepHana, стержни снабжены средствами нагрева, подключенными дифференциально к выходу усилителя, ,а к входузтого усилителя подключен фотоприемник. Слд О)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (III

4(5I) G 01 В 11/1б

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3251 550/25-28 (22) 27.02.81 (46) 23.01.85. Бюл. № 3 (72) В. К. Берзин, Ю. В. Миронов, А. А. Горяинов, И. И. Слезингер, В. 6. Стецюк и В. А. 1Ииряев (53) 535.551(088.8) (56) 1. Патент США № 3950987, кл. С 01 L 1/24, опублик. 1976. (прототнп). (54)(57) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ .ДЕФОРМАПИЙ, содержащий опорные платы, элемент из фотоупругого материала, поляриаационно-оптический преобразователь, включающий фотопрн— емник, о т л н ч а ю щ н и с я тем, что, с целью. повышения точности измерения динамических деформаций путем исключения температурных погрешнос0l тей, в измеритель деформаций введены два вспомогательных стержня, установленных между элементом иэ фотоупругого материала н опорной платой, при

Ь этом один из стержней установлен перпендикулярно оси нагружения.по диагонали ромба,: стороны которого образованы упругими пластинами, концы упругих пластин, образующие одну из вершин ромба, присоединены к опорной плате, а образующие противоположную вершину, — к концу второго вспомогательного стержня, установленного по оси нагружения и контактирующего с элементом из фотоупругого материала, стержни снабжены Я средствами нагрева, подключенными дифференциально к выходу усилителя,,а к входу"этого усилителя подключен фотоприемник.

1136010

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сейсмических и вибрационных деформаций машин и сооружений, 5

Изв ес тек пье зооптический измеритель деформаций, содержащий .опорные платы, элемент из фотоупругого материала и поляризационно-оптический преобразователь деформации упругого 10 элемента в электрический сигнал, включающий фотоприемник (1).

Недостатком известного пъеэооптического измерителя деформаций является то, что, вследствие разности коэф- !5 фициентов температурного расширения, фотоупругого материала и материала испытуемого объекта, он обладает большой температурной погрешностью, что не позволяет определять динами- 20 ческие деформации порядка 10 - 10

Цель изобретения — -повышение точности измерения динамических деформаций путем исключения температурных погрешностей. 25

Поставленная цель достигается тем, что в пьеэооптический измеритель деформаций, содержащий опорные плаФы, элемент иэ фотеупругого материала, поляризационно-оптический преобразо- 30 ватель, включающий фотоприемник, введены два вспомогательных стержня, установленных между элементом из фотоупругого материала и опорной платой, при этом один из стержней уста- З5 новлен перпендикулярно оси нагружения по диагонали ромба, стороны которого образованы упругими пластинами, концы упругих пластин, образующие одну из вершин ромба, присоединены к g0 опорной плате, а образующие противоположную вершину — к концу второго вспомогательного стержня, установленного по оси нагружения и контактирующего с элементом из фотоупругого материала, стержни снабжены средствами нагрева, подключенными дифференциально к выходу усилителя, а к входу усилителя подключен фотоприемНИКе 50

На фиг. 1 приведен пьезоэлектри,ческий измеритель деформаций, общий вид; на фиг. 2 — поляриэационнооптический преобразователь; на фиг. 3 — электрическая схема включе- 55 ния.

Устройство содержит опорные платы 1 и 2, связанные между собой соединительными элементами 3, имеющими поперечные утоньшенные участки 4.

Между элементом 5 иэ фотоупру-oro материала и опорной платой 1 установлены вспомогательные стержни 6 и

7, причем стержень 7 установлен перпендикулярно оси нагружения по диагонали ромба, образованного упругими пластинами 8 и 9, Концы упругих пластин 9, образующие одну из вершин ромба,-присоединены к опорной плате

1, а концы опорных пластин 8, образующие вторую вершину ромба, присоединены к концу вспомогательного стержня 6, установленного по оси нагружения и контактирующего с элементом 5.

Вспомогательные стержни содержат средства 10 и 11 нагрева, подктпоченные дифференциально к выходу усилителя 12, к входу которого подключен фотоприемник 13 и нагрузочный резистор 14.

Поляризационно-оптический преобразователь (фиг. 2) содержит последовательно расположенные источник 15 света, например, светодиод, поляризатор 1б, фазовую четвертьволновую пластинку 17, элемент 5 из фотоупругого материапа, анализатор 18 и фотоприемник 13, например, фотодиод.

Устройство содержит также регистратор

19 (фиг. 31, соединенный с резистором 14 через разделительный конденсатор 20.

Льезооптический измеритель деформаций работает следующим образом.

Опорные платы 1 и 2 прикрепляются к испытываемому объекту, при деформировании которого будет изменяться величина деформации элемента 5, что приведет к изменению величины светового потока, падающего на фотоприемник 13, и соответственно, к изменению сигнала на выходе фотоприемника по синусоидальному закону в зависимости от величины деформации. Передаточная характеристика усилителя 12 выбирается таким образом, чтобы при нахождении рабочей точки поляризационно-оптического преобразователя на середине восходящего (или ниспадающего ) участка на средствах 10 и

11 нагрева было одинаковое напряжение. Динамические деформации испытываемого объекта не приводят к изменению температуры вспомогательных стержней 6 и 7 в силу инерциальности тепловых процессов. Изменение

36010

1б 17 7д 1Х юг. 2

Составитель И. Напоненко .

Редактор Е. Лушникова Техред О.Неце Корректор И. Муска

Заказ 10272/29 Тираж 651 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11303$, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 4

3 11 температуры окружающей среды приводит к смещению рабочей точки поляризационно-оптического преобразователя B силу разности коэффициентов температурного расширения материа лов испытываемого объекта и конструктивных элементов 6ьезооптического измерителя деформаций. При этом напряжение на средствах 10 и 11 нагрева изменится, что приведет к изменению температуры вспомогательных стержней 6 и 7 и, соответственно, их длины. Причем, изменение длины стержня 6 приводит к изменению общей длины компенсатора температурных деформаций, состоящего из стержней 6 и 7 и упругих пластин 8 и 9, с тем же знаком, а изменение длины стержня 7 — с противоположным знаком. Таким образом, при включении электрической цепи предлагаемого устройства рабочая точка поляризационно- оптического преобразователя автоматически устанавливается на середине восходящего или ниспадающего участка выходной характеристики в зависимости от типа используемого усилителя

12 (инвертирующий, или неинвертирующийl.и порядка подключения .средств

10 и 11 нагрева. Переменная состав10 ляющая сигнала фотоприемника, пропорциональная величине динамической деформации испытуемого объекта через разделительный конденсатор 20 поступает на регистратор 19.

f5 Предлагаемый пьезооптический измеритель деформаций позволяет измерять динамические деформации испытьгнаемого объекта до величин порядка ю

10 -10 и исключить влияние измене20 ния температуры окружающей среды на т эчность измерений.