УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для измерения и исследования линейных перемещений объектов, в частности для исследования процесса линейного перемещения одного испытуемого объекта при неподвижности другого или линейных перемещений двух испытуемых объектов.
Известен датчик-преобразователь в устройстве для испытания материалов на трение по патенту РФ на изобретение №2244290. Этот датчик выполнен оптико-механическим в виде диска с прорезями, надетого на вал стрелки индикатора часового типа, со щупом, предназначенным для соединения с испытуемым образцом. Диск с прорезями установлен между излучателем и фотодатчиком, которые соединены через порт мыши с компьютером. Такой датчик-преобразователь конструктивно прост, позволяет снятые результаты через порт мыши передать непосредственно к регистрирующему устройству (в компьютер), тем самым повысить точность исследований, а также повысить информативность исследований перемещений испытуемых объектов в сравнении с приведенными аналогами. Однако у этого датчика отсутствует обратная связь с исследуемым объектом, которая могла бы еще более повысить информативность исследований. Кроме того, известный датчик не позволяет изменять передаточное число при передаче информации от исследуемого объекта, что снижает точность исследования и сужает область исследований.
Датчик-преобразователь по патенту РФ на полезную модель №58523 содержит индикатор часового типа с щупом для соединения с испытуемым объектом, излучатель и фотодатчик, между которыми на валу установлен съемный диск с прорезями. Вал соединен с испытуемым объектом с помощью зубчатой передачи. А излучатель и фотодатчик соединены через порт мыши с компьютером.
Недостаток заключается в том, что связь испытуемого объекта с излучателем и фотодатчиком осуществляется через передаточные механизмы (зубчатые колеса, индикатор часового типа), что снижает точность исследуемых параметров.
Датчик по патенту на полезную модель РФ №87251, принятый за прототип, содержит реечную зубчатую передачу для соединения с испытуемым объектом, излучатель и фотодатчик. Между излучателем и фотодатчиком на валу установлен съемный диск с прорезями. На этот же вал надето зубчатое колесо реечной передачи. Излучатель и фотодатчик соединены через порт мыши с компьютером, и информация о перемещениях испытуемого объекта поступает непосредственно на монитор компьютера. Благодаря наличию зубчатой передачи можно менять количество оборотов диска с прорезями. Применяя диск большого диаметра, можно увеличить количество прорезей. Увеличивая количество прорезей и повышая число оборотов диска, можно получить большее количество отмеченных точек на диаграмме, изображенной на мониторе компьютера, тем самым повысить точность исследования перемещения испытуемого объекта.
Недостатком является то, что с помощью данного датчика невозможно одновременно (сразу) исследовать перемещения двух испытуемых объектов. Наличие механических связей испытуемых объектов с датчиками влияет на точность измерений и сужает диапазон измерений. Кроме этого, при проведении трибологических исследований, иногда требуется определение разности фаз получаемых сигналов, точность которой зависит от точности измерения перемещения объектов, а датчик по прототипу может внести погрешности при определении разности фаз.
Задача полезной модели состоит в расширении функциональных возможностей устройства для получения более достоверных и точных данных об испытываемом объекте при исследовании процесса его перемещений.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель для решения поставленной задачи, заключается, как и в прототипе, в обеспечении устройством передачи информации о перемещениях испытываемых объектов непосредственно на монитор компьютера и измерении сразу перемещений двух испытуемых объектов путем отображения их одновременно по двум координатам. Эти функции в конечном итоге повышают достоверность, точность и информативность исследований.
Технический результат достигается следующим образом. Общим с прототипом является то, что устройство для исследования и измерения линейных перемещений содержит оптический датчик перемещения, соединенный с компьютером, и рейку, соединенную с испытуемым объектом. В отличие от прототипа заявляемое устройство дополнительно содержит вторую рейку, которая является ведомой по отношению к первой и установлена перпендикулярно ей, при этом первая, ведущая, рейка снабжена штифтом, а ведомая рейка имеет паз, в который с возможностью перемещения установлен штифт, а оптический датчик перемещения установлен неподвижно на ведомой рейке, кроме этого, устройство дополнительно содержит мишень для оптического датчика, например в виде пластины или рейки, которая установлена перпендикулярно датчику и жестко соединена со вторым испытуемым объектом, установленным с возможностью перемещения параллельно первому испытуемому объекту, а в качестве оптического датчика использован двухосевой оптический датчик.
Устройство также снабжено держателями для испытуемых объектов, а зубчатая рейка и мишень жестко соединены с соответствующими держателями. Паз на ведомой рейке выполнен под углом 45°. В качестве оптического датчика устройства можно использовать оптическую мышь.
Указанная совокупность существенных признаков не обнаружена в уровне техники. Это подтверждает новизну заявляемой полезной модели.
Оптический датчик, установленный на дополнительной рейке, позволил сократить количество передающих звеньев, передать информацию о перемещении непосредственно от испытуемых объектов, тем самым повысить точность и диапазон измерений. Используя оптические датчики различной разрешимости, можно добиться требуемой точности для данного процесса исследования. Таким образом, применение оптического датчика и дополнительных элементов для преобразования (рейки, мишени) повышает точность измерений, расширяет функциональные возможности и решает поставленную задачу.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 схематично изображено устройство для измерения линейных перемещений, на фиг.2 вид А-А фиг.1.
Устройство для измерения линейных перемещений содержит механизм, состоящий из двух реек, ведущей 1 и ведомой 2, связанных штифтом 3. Рейки 1, 2 ориентированы под прямым углом по отношению друг к другу. Ведущая рейка 1 снабжена штифтом 3 и входит в подвижное зацепление с ведомой рейкой 2. Ведомая рейка имеет паз, ориентированный под углом к преобразованному и исходному перемещению. Величиной угла можно изменять отношение величин перемещений. Величины перемещений относятся как тангенс угла паза и ведущей рейки. Равное преобразование соответственно возможно при угле, тангенс которого равен 1 (45°). Одна из реек 1 жестко закреплена на держателе 5 с испытуемым образцом, вторая, 2, несет на себе оптический датчик перемещений 4. Мишень датчика 5 жестко закреплена на другом держателе 7. Датчик перемещений 4 соединен с компьютером (на чертеже не показан). Стрелками показано перемещение испытуемых объектов и датчика 4. Мишень 6 является отражателем и может быть выполнена в виде любой отражающей поверхности, например пластины или рейки. Она установлена перпендикулярно датчику и закреплена жестко ко второму держателю 7. В таком исполнении датчик 4 сфокусирован на мишень 6. В качестве датчика может быть использован стандартный двухосевой бесконтактный оптический датчик, но целесообразнее применить оптическую мышь.
Устройство работает следующим образом.
В результате движения испытуемого объекта будет двигаться держатель 5 продольно, приводя в движение ведущую рейку 1, жестко закрепленную на держателе 5. Движение ведущей рейки 1 приводит в движение ведомую рейку 2. Ведомая рейка 2 закреплена таким образом, что перемешается только вдоль оси перпендикулярной перемещению держателя 5. Датчик 4, закрепленный неподвижно относительно ведомой рейки 2, перемещается также перпендикулярно этому перемещению и соответственно перемещению держателя 7 со вторым испытуемым объектом. Чтобы сфокусировать оптический датчик, необходима перпендикулярная установка мишени. Движение держателя 7 приводит в движение мишень датчика 6 закрепленного неподвижно в плоскости перемещения относительно держателя 7. Мишень 6 датчика 4 перемещается параллельно перемещению держателя 5. Датчик 4 движется в плоскости перемещения перпендикулярно перемещению держателя 7. Данные полученные с датчика 4 представляют собой изменение координат его положения относительно мишени по двум взаимно перпендикулярным осям. Информация от датчика вводится в компьютер через порт мыши.
Непосредственная связь датчика через порт мыши с компьютером дает возможность, используя соответствующие программы, на мониторе получить диаграммы: перемещения-время и перемещение-перемещение, а, обрабатывая их с помощью математических программ, - характеристики исследуемых объектов.
Передаточное число можно менять путем изменения угла на ведомой рейке. Изменение передаточного числа и использование оптического датчика различной разрешимости в несколько раз увеличивает точность и диапазон измерений. Предложенная конструкция устройства позволяет это осуществить.
Для контроля точности возможна запись осциллограммы в соответствующих координатах в реальном масштабе времени, а также оценка точности измерений испытательных устройств с помощью компьютера при наличии специальных математических программ. Это дает возможность контролировать и выбирать оптимальные режимы исследуемых процессов и управлять, т.е. осуществлять обратную связь с исследуемым объектом (с исследуемой системой).