ДАТЧИК-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 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 испытуемого образца.
Из уровня техники известны устройства для измерения перемещений объекта с помощью оптических средств измерения. Известно устройство для измерения перемещений по патенту РФ на изобретение №2060455, МПК G01В 9/00, которое содержит последовательно установленные лазер, оптический элемент в виде пластины и отражатель, предназначенный для крепления на объекте, два фотоприемника и соединенный с ними блок обработки. В резонаторе установлена диафрагма, совмещенная с оптической осью и выполненная в виде точки. Одна из поверхностей пластины выполнена в виде винтовой поверхности с шагом, равным h=kλ/2(n-1), где λ - длина волны излучения лазера, мкм; n - показатель преломления пластины; k - натуральное число. Фотоприемники установлены так, что их светочувствительные площадки лежат в смежных секторах с вершинами, расположенными на оптической оси, и углами при вершине, равными р/2К. Недостатками этого устройства являются сложность конструкции, необходимость точной настройки всех элементов относительно друг друга.
Известен также 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 излучателем и фотодатчиком на валу установлен съемный диск с прорезями. На этот же вал надето одно из колес зубчатой передачи. Другое колесо зубчатой передачи надето на ось стрелки индикатора часового типа. Излучатель и фотодатчик соединены через порт мыши с компьютером. 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. Датчик по патенту на полезную модель РФ №58523 наиболее близок к заявляемому и принят за прототип. Недостаток датчика-преобразователя по прототипу заключается в том, что связь испытуемого объекта с излучателем и фотодатчиком осуществляется через передаточные механизмы (зубчатые колеса, индикатор часового типа).
Задача полезной модели состоит в упрощении конструкции датчика и расширении функциональных возможностей устройства для получения более достоверных и точных данных об испытываемом объекте при исследовании процесса его перемещений.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемая полезная модель для решения поставленной задачи, заключается в обеспечении устройством передачи информации о перемещениях испытываемого объекта непосредственно на монитор компьютера при меньшем количестве передаточных механических элементов и механизмов. Эти функции в конечном итоге повышают достоверность, точность и информативность исследований.
Технический результат достигается следующим образом. Общим с прототипом является то, что датчик-преобразователь содержит излучатель, фотодатчик, диск с прорезями, установленный на валу между излучателем и фотодатчиком, порт мыши для соединения излучателя и фотодатчика с компьютером, зубчатое колесо, надетое на один вал с диском. В отличие от прототипа согласно заявляемой полезной модели датчик-преобразователь дополнительно содержит зубчатую рейку для соединения зубчатого колеса с испытуемым объектом. Кроме этого, диск с прорезями установлен на валу с возможностью его съема, а зубчатая рейка снабжена линейкой для дополнительного тарирования измерений.
Указанная совокупность существенных признаков не обнаружена в уровне техники. Это подтверждает новизну заявляемой полезной модели.
Зубчатое колесо с зубчатой рейкой образуют реечный механизм, который позволил сократить количество передающих звеньев, передать информацию о перемещении непосредственно от испытуемого объекта, тем самим повысить точность и диапазон измерений. Используя зубчатое колесо с определенным количеством зубьев можно добиться требуемой точности для данного процесса исследования. Увеличивая диаметр диска, можно увеличить количество прорезей, а изменение передаточного отношения реечного механизма позволит увеличить количество оборотов диска с прорезями, что дает возможность получить большее количество точек на диаграмме. Если зубчатая рейка выполнена с линейкой (частный случай выполнения), то датчик позволяет осуществлять дополнительное тарирование измерений, что также расширяет функциональные возможности устройства и область исследований. Таким образом, применение реечного механизма и съемных дисков с прорезями повышает точность измерений и решает поставленную задачу.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематично изображен датчик-преобразователь линейных перемещений.
Датчик выполнен оптико-механическим: на валу 1 реечного механизма закреплен диск с прорезями 2. Диск 2 установлен между излучателем 3, роль которого выполняет инфракрасный излучающий диод, и фотодатчиком 4. Фотодатчик 4 и излучатель 3 соединены с компьютером через порт мыши (на чертеже не показана). Реечный механизм состоит из зубчатой рейки 6, колеса 5, установленного на валу 1.
Устройство работает следующим образом. В результате движения образца будет двигаться рейка 6 механизма. Измеряемые перемещения преобразуются в электрические импульсы в датчике-преобразователе. Происходит это следующим образом. Возвратно-поступательное движение образца, с которым соединяют рейку 6, преобразуется во вращательное движение вала 1. Вместе с валом 1 вращается диск 2 с прорезями (прерывателем), через который проходит (или не проходит) поток инфракрасного излучения от излучателя 3. Таким образом при вращении диска 2 поток излучения прерывается, что регистрируется соответствующим фотодатчиком 4, в качестве которого может быть использован фототранзистор или фоторезистор.
Информация от датчика вводится в компьютер через порт мыши. Каждый импульс прошедшего излучения рассматривается как перемещение на один шаг по одной из координат (координате перемещения или усилия). Питание инфракрасного излучателя 3 и фотодатчика 4 осуществляется от компьютера через порт мыши.
Непосредственная связь датчика через порт мыши с компьютером дает возможность, используя соответствующие программы, на мониторе получить диаграммы: перемещения - время; усилие - время и перемещение - перемещение, а обрабатывая их с помощью математических программ - характеристики исследуемых объектов.
Изменение передаточного числа с использованием реечного механизма различных типов (с разным количеством зубьев, разным диаметром зубчатого колеса) и диска с прорезями различных диаметров в несколько раз увеличивает точность и диапазон измерений. Предложенная конструкция датчика-преобразователя 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).