Измерительный прибор со световым указателем

 

Изобретение относится к области приборостроения. Цель - улучшение оптической системы измерительного прибора (ИП) со световым указателем и уменьшение его габаритов путем снижения числа оптических каналов. Она достигается тем, что в ИП подвижное зеркало (3) 6 измерительного механизма выполнено в виде многограпнпка, К граней которого соответствуют количеству выделяемых из :сигнала: дискретных составляющих в процессе его измерения . На каждой грани 3 6 нанесено изображение маркирующего символа в виде числа из арабских цифр, запятой и риски. Число граней 3 б и угол сдвига граней относительно одна другой определяются числом дискретных составляющих , выдeляe 5ыx из сигнала в процессе измерения. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (10 (51)4G 01 D 13 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

«Ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3940439/24-21 (22) 01.08.85 (46) 23,04.87. Бюл. * 1155 (71) Филиал Красноярского политехнического института в r. Абакане (72) Г.П.Нагорный и Э.P.Ãîôìàí (53) 53.085.341 (088.8) (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР СО СВЕТОВЫМ

УКАЗАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к области приборостроения. Цель — улучшение оптической системы измерительного прибора (ИП) со световым указателем и уменьшение его габаритов путем снижения числа оптических каналов. Она достигается тем, что в ИП подвижное зеркало (3) 6 измерительного механизма выполнено в виде многогранника, К граней которого соответствуют количеству выделяемых из сигнала. дискретных составляющих в процессе его измерения ° На каждой грани 3 6 нанесено иэображение маркирующего символа в виде числа из арабских цифр, запятой и риски. Число граней 3 6 и угол сдвига граней относительно одна другой определяются числом дискретных составляющих, выделяемых из сигнала в процессе измерения. 4 ил.

1305)

Изобретение относится к приборостроению, а именно к индикаторным приборам с оптическими средствами передачи сигнала, Цель изобретения — упрощение оптической системы измерительного прибора и уменьшение его габаритов путем снижения.числа оптических .каналов за счет выполнения подвижного зеркала измерительного механизма в виде мно- 10 гогранника заданного профиля.

Ка фиг.1 изображен прибор, вид сверху; на фиг.2 - шкала прибора, на фиг.3 — развертка зеркала; на фиг.4— пояснение определения угласто сдвига граней подвижного зеркала.

Прибор содержит заключенную в корпусе 1 оптическую систему, состоящую из источника 2 света, связанного с излучателем 3 светового луча, и фоку- 20 сирующего объектива 4. Кроме того, прибор содержит измерительный механизм 5 с подвижной рамкой, несущей зеркало 6, служащее для проецирования маркированных лучей светового указателя 7 на полупрозрачную шкалу 8.

С помощью светового указателя 7 производится отсчет выделенной из сигнала дискретной составляющей, отображенной, например, в виде числа из арабских цифр. По положению оптической риски 9, расположенной над числом, производится отсчет аналоговой составляющей измеряемого сигнала, изменяющейся в пределах границ, определяющих 35 значение одной дискретной составляющей сигнала.

Источник 2 представляет собой осветитель, выполненный в виде источника видимого светового излучения (лампа накаливания), около которого расположен вход излучателя 3 светового луча, выполненного из световодных волокон или монолитного светопроводящего канала.

Подвижное зеркало 6 измерительного механизма выполнено в виде многогранника, К граней которого соответствуют количеству выделяемых из сигнала.дискретных составляющих в процессе его измерения. На каждой грани зеркала нанесено изображение маркирующего символа в виде числа из арабских цифр, запятой и риски. Развертка зеркала с изображением маркирующих символов изображена на фиг.3. Число граней зеркала и угол сдвига граней относительно друг друга отпределяются числом

2 дискретных составляющих, выделяемых иэ сигнала в процессе измерения, а следовательно и числом каналов опти1 ческой системы известного устройства.

Например, при измерении сигнала в

5 10 условных единиц, где п=0,1,2... и определяют верхнюю границу измеряемого сигнала, в известном устройстве необходимо пять каналов оптической системы.

Чтобы предлагаемый прибор выполнял функции известного при уменьшении числа каналов до одного, зеркало измерительного механизма в предлагаемом приборе необходимо выполнить пятигранным. Аналогично, при измерении сигнала величиной 10 единиц зеркало п предлагаемого прибора необходимо выполнить десятигранным.

Выполнение зеркала многогранным обуславливает специальное требование к лучу, падающему на подвижное зеркало, ширина которого равна ширине двух граней зеркала. Это требование вытекает из следующих соображений, Пусть ширина луча, проецируемого на подвижное зеркало, не лимитирована и равна, например, ширине одной грани зеркала. Тогда в некотором положении измерительного механизма световой луч полностью проецируется на всю ширину только одной:грани зеркала. Так как луч, проецируемый излучателем на зеркало, неподвижен, то при повороте подвижного зеркала его грань с иэобI ражением маркирующего символа и оптической риски постепенно выходит из зоны действия светового луча, что приводит к постепенному исчезновению на шкале прибора перемещающихся одновременно маркирующего символа и Оптической риски светового указателя, отраженного от этой грани, хотя они и не дошли до конца шкалы. Это делает не.возможным считывание со шкалы прибора информации о величине измеряемого сиг нала.

Чтобы изображение маркирующего символа и оптической риски оставалось на шкале прибора при повороте измерительного механизма на угол, соответствующий измерению одной дискретной составляющей измеряемого сигнала, необходимо, чтобы соответствующая этой дискретной составляющей грань зеркала находилась в зоне действия падающего луча. Это возможно только в том случае, если ширина светового луча, про13055 ецируемого на зеркало, равна, как минимум, ширине двух граней, и луч направлен на подвижное зеркало таким образом, что половина этого луча проецируется полностью на ту грань зер- 5 кала, изображение которой проецируется на начальную отметку шкалы, а вторая половина светового луча — правее этой грани. В этом случае при повороте зеркала на угол,, соответствующий 10 измерению одной дискретной составляющей, изображение маркирующего символа с оптической риской постепенно попадает в зону действия условно второй половины луча и на экране световой 15 указатель виден до тех пор, пока не выходит эа пределы шкалы прибора.

Таким образом, формирование светового луча, падающего на подвижное зеркало шириной, равной ширине двух 20 граней, т.е. описанным выше образом, обеспечивает надежное проецирование светового указателя в любой точке шкалы.

Выбор угла с между гранями зеркала2 (фиг,4) опредЕляется следующим образом.

Примем за первую грань зеркала грань, расположенную с правой стороны, на которой нанесен маркирующий 30 символ "0". При нулевом значении измеряемого сигнала луч излучателя 3, отражаясь от этой грани, проецируется на начальную отметку шкалы 8 прибора.

Вторая грань зеркала с маркирующим символом "1" повернута относительно плоскости, в которой расположена первая грань, на угол g, в направлении, обратном повороту измерительного механизма. Пусть для измерения макси- 40 мального для данного прибора сигнала измерительный механизм с подвижной рамкой, несущей зеркало, поворачивается на угол В, а из измеряемого сигнала выделяется К дискретных составляющих. Тогда при повороте измерительного механизма на угол P/К световой указатель, отражаясь от первой грани зеркала, проходит по шкале грибора расстояние, соответствующее измерению50 одной дискретной составляющей, и проецируется на конечную отметку шкалы.

Чтобы отраженный во второй грани луч в этом положении зеркала проецировался на начальную отметку шкал, необходимо, чтобы вторая грань находилась на том же месте, что и первая грань в исходном положении при нуле41 cf вом значении измеряемого сигнала. Это возможно только в том случае, если вторую и остальные грани расположить по дуге окружности и размеры всех граней по ширине сделать одинаковыми и равными хорде,. ограниченной углом . P/К. Тогда при каждом повороте зеркала на угол P/К каждая последующая грань занимает место предыдущей грани, Из геометрических построений (фиг. 4) видно, что каждая грань в этом случае должна быть смещена относительно предыдущей на угол са, являющийся смежным йо отношению к углу 2 и равный 180—

-2 . Так как все грани зеркала одинаковы по ширине и расположены по дуге окружности одного радиуса, то угол ( определяется из равнобедренного треI

180 — Я/К угольника как

Следовательно — 1SO " — 80

2 К

Такич образом, смещение граней зеркала относительно друг друга на угол

P/K и формирование светового луча шириной, равной ширине двух граней подвижного зеркала, при повороте зеркала на угол, кратный /К, обеспечивает одновременное проецирование на шкале двух световь|х указателей, расстояние между которыми равно длине шкалы прибора. При этом световой указатель, отраженный от предыдущей грани зеркала, проецируется в конце шкалы, а световой указатель, отраженный на следующей грани — в начале шкалы.

В остальных положениях измерительного механизма при его повороте на угол, больший P/К, но не кратный P/Ê, световой указатель может попадать максимум на три грани зеркала. Например, световой указатель может полностью падать на среднюю грань и на половину левой и правой (относительно средней) граней зеркала. Так как на шкалу проецируются только те отраженные от зеркала лучи, которые ограничены углом 1, определяющим габариты шкалы прибора, то отраженные от левой и правой граней

Г зеркала лучи проецируются за пределами шкалы соответственно с левой и правой ее сторон, а на шкалу проецируется только один световой указатель, отраженный от средней грани зеркала (фиг.4).

Прибор работает следующим образом.

5 13055

При включении прибора излучатель формирует световой луч, направленный на зеркало измерительного механизма, ширина которого равна ширипе двух граней зеркала. В исходном состоянии при 5 нулевом значении измеряемого сигнала левая граница светового луча излучателя совпадает с границей первой и второй граней. Поскольку ширина светового указателя равна ширине двух гра- 10 ней зеркала, то при нулевом значении сигнала половина светового луча излучателя 3 попадает на первую грань зер" кала 6, а вторая полонина — на зеркало не попадает. Отражаясь от первой грани зеркала, на шкалу 8 проецируется изображение цифры »О", что указывает на отсутствие целых частей измеряемого сигнала, и оптическая риска 9 проецируется на начальную отметку шка-gp лы 8, При увеличении измеряемого сигнала измерительный механизм 5, несущий зеркало, поворачивается, что приводит к изменению угла падения, а следователь-25 но и угла отражения луча светового указателя на первую грань зеркала и к перемещению светового указателя по длине шкалы на расстояние, соответствующее значению измеряемого сигнала 30 в пределах одной дискретной составляющей сигнала, При этом световой луч попадает на часть второй грани зеркала и, отражаясь от нее, проецируется за пределами шкалы с левой стороны, так как отраженный луч не попадает в сектор, ограниченный углом Ч, При дальнейшем увеличении сигнала световой указатель 7, маркированный цифрой »О", отраженный от первой гра- 40 ни зеркала, достигает конца шкалы.

Световой луч излучателя в этом положении измерительного механизма падает одновременно полностью на вторую грань зеркала 6 и, отражаясь от нее 45 проецируется на начальную отметку шкалы 8 в виде светового указателя, маркированного цифрой »1». Увеличение измеряемого сигнала в пределах второй дискретной составляю- 50 щей приводит к повороту измерительного механизма на угол, больший чем

1»

/К. Световой указатель, маркированныи цифрои 0, находившиися шкалы, выходит за пределы шкалы, а световой указатель, маркированный числом »1", находившийся в начале шкжпы, начинает перемещаться вдоль

41 6 шкалы. Положение оптической риски позволяет при этом считывать часть сигнала, изменяющегося в пределах выделенной дискретной составляющей сигнала, маркированный числом »1».

Так же как и в известном устройстве, отсчет производится комбинированным способом — дискретные целые части в цифровой форме, а части дискретной составляющей — по положенисветового указателя в аналоговой форме.

Световой луч излучателя 3 падает при этом уже на три грани зеркала 6 с маркирующими символами »О", " 1", »2", причем полностью на грань с символом »1» и частично на грани с символами »О» и »2", а на шкалу 8 проецируется только один световой указатель, отраженный от второй грани с маркирующим символом »1", так как отраженный от первой грани зеркала с маркирующим символом »О» луч светового указателя 7 уже вышел за пределы шкалы, а отраженный от третьей грани зеркала с маркируюшим символом »2» луч светового указателя проецируется еще эа пределами шкалы с ее левой стороны. Следовательно, на шкалу проецируется световой указатель, отраженный только от той грани зеркала, на которую полностью падает световой луч излучателя. При повороте измерительного механизма 5 на угол, равный

2P/К, световой луч излучателя 3 падает полностью на дв грани зеркала 6

»1 с символами»1", " ", следовательно на шкале 8 одновременно проецируется ( и два световых указателя: " 1", - в конга шкалы и »2», — в начале.

Дальнейшее увеличение амплитуды измеряемого сигнала приводит к повороту измерительного механизма на угол, больший, чем 2P/K световой луч излучателя падает уже на грани с символами »1", »2", 3» и на шкалу проецируется световой указатель, отраженный

f от третьей грани с символом »2",.

Таким образом, увеличение амплитуды измеряемого сигнала и угла поворота зеркала прибора относительно исходного положения приводит к тому, что световой луч излучателя падает на все новые грани зеркала и на шкале прибора проецируются все новые маркирующие символы, сменяющие последовательно друг друга в направлении увеличения. »01 »1» »2» » П ю ри максимальном угле поворота измери7 13055 тельного механизма световой луч излучателя падает на последнюю грань зеркала с маркирующим символом, соответствующим наибольшему возможному значению измеряемого прибором сигнала.

При уменьшении измеряемого сигнала от максимального значения до нуля маркированные световые указатели проецируются на шкалу аналогичным образом, но их перемещение по шкале про- 1р исходит справа налево в обратном поTI 11 11 II 11 11 II TT

1 рядке: ... 3, 2, 1, (Формула изобретения

Измерительный прибор со световым указателем, содержащий датчик измеря- 15

41 8 емого сигнала с подвижной рамкой, несущей зеркало, осветитель и полупрозрачную шкалу, о т л и- ч а ю щ и й— с я тем, что, с .целью упрощению оптической системы и уменьшения габа-. ритов прибора, подвижное зеркало выполнено в виде многогранника заданного профиля, на каждой грани которого нанесено оптически контрастное изображение маркирующего символа и риски, а смежные грани расположены относительно друг друга под углом fb/Ê, где (5 — предельный угол поворота подвижного зеркала, а К вЂ” число граней зеркала, 1305541

Составитель Н.Варламов

Техред Л.Сердюкова Корректор А.Oбручар

Редактор П.Гереаи

Заказ 3420/39 Тираж 694 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие У г. жгород, ул. Проектная, 4