Преобразователь линейных наноперемещений

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для масштабного преобразования линейных перемещений, а именно, где требуется высокая чувствительность перемещений исполнительного органа.
Известен преобразователь линейных перемещений, содержащий корпус, скользящие электрические контакты с изоляционным держателем, втулку, установленную с возможностью перемещения и фиксации в корпусе, воспринимающий элемент с возвратной пружиной, соединенный с управляющим элементом скользящих контактов и установленный в отверстии втулки. Изоляционный держатель скользящих электрических контактов выполнен с пазами для каждой щетки, центральным отверстием сечением в виде многогранника, при этом в стенках пазов выполнены отверстия под контактные элементы щеток, а управляющий элемент скользящих контактов, повторяющий форму отверстия держателя, размещен в отверстии держателя, при этом на управляющем элементе выполнены продольные скругленные выступы и впадины для контактирования с цилиндрическими поверхностями щеток, оси которых перпендикулярны к осям выступов управляющего элемента (см.патент на ИЗ РФ №2201003 по кл. МПК H01H 13/18, G01B7/14, 2000)
Указанное решение очень сложное и дорогое.
Известно устройство для наноперемещений изделия, содержащие неподвижную направляющую и стол, шесть пьезоэлектрических преобразователей, жестко связанных с неподвижной направляющей и посредством опор с точечным контактом - со столом по структуре L-координат, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введено подвижное основание и двенадцать пьезоэлектрических преобразователей, причем шесть из них жестко связаны с неподвижной направляющей и жестко - с подвижным основанием по структуре L-координат, а другие шесть жестко связаны с подвижным основанием и посредством опор с точечным контактом - со столом также по структуре L-координат, причем жесткие связи двенадцати пьезоэлектрических преобразователей расположены на различных торцевых поверхностях подвижного основания по шесть на каждом торце (см. патент на ПМ №33463 по кл. МПК H01L 41/00, 2002).
В качестве преобразователя наноперемещений используется дорогостоящий пьезодвигатель, состоящий из двенадцати пьезоэлектрических преобразователей.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является преобразователь линейных перемещений, содержащий соосные корпус, ведущее и ведомое звенья, мембраны для сопряжения ведущего звена с ведомым и ведомого звена с корпусом, размещенные в параллельных плоскостях и имеющие разные жесткости. В преобразователе выполнена мембрана для сопряжения ведущего звена с корпусом, параллельная и равная по размеру и жесткости мембране для сопряжения ведомого звена с корпусом, при этом мембрана для сопряжения ведущего звена с ведомым размещена между мембранами для сопряжения ведущего и ведомого звеньев с корпусом. Ведомое и ведущее звенья расположены внутри корпуса (см. патент на ИЗ №2237 864 по кл. МПК G01B 9/02, 2003)..
В данном устройстве в качестве преобразователя линейных перемещений использована простая по конструкции шарико-винтовая пара, но дискретность измерения линейного перемещения прибора составляет более 1 мкм.
Задачей заявляемой полезной модели является увеличение чувствительности устройства, не усложняя конструкцию преобразователя.
Указанная задача решается тем, что преобразователь линейных наноперемещений содержит корпус, ведущий и ведомый элементы, передающий элемент, расположенный между ними. В качестве передающего элемента использован рычаг, выполненный с корпусом как одно целое и соединенный с ним упругой связью. Рычаг разделен на три плеча, размещенные в одной плоскости и соединенные между собой упругими связями. Ведущий и ведомый элементы выполнены в виде шариков, установленных на концах первого и третьего плеч рычага. Шарик ведущего элемента контактирует с измерительным наконечником задатчика величины перемещения, а шарик ведомого элемента контактирует с измерительным наконечником нанометрического измериеля.
Кроме того, корпус и рычаг преобразователя выполнены из пластмассы.
Корпус и рычаг напечатан на 3D-принтере как одна деталь.
Технический результат заключается в совокупности всех существенных признаков. Чувствительность преобразователя линейных наноперемещений обеспечивается передаточным отношением, а именно, длинами плеч рычага и за счет достижения дискретности перемещения его ведомого звена. Но рычаг с большим соотношением плеч увеличивает габариты и массу и повышает восприимчивость преобразователя к температурным изменениям окружающей среды. Предложена новая конструкция рычага, который не увеличивает габариты и массу преобразователя, но увеличивает длину плеч рычага, а, следовательно, повышает чувствительность преобразователя линейных наноперемещений. Кроме того, предложенная конструкция преобразователя позволяет напечатать на 3D-принтере рычаг и корпус преобразователя как одну деталь.
На фиг. 1 показан общий вид преобразователя линейных наноперемещений.
На фиг. 2 - фото преобразователя в работе.
Преобразователь линейных наноперемещений содержит корпус 1, ведущий 2 и ведомый 3 элементы и передающий элемент 4, расположенный между ними. В качестве передающего элемента 4 использован рычаг, выполненный с корпусом 1 как одно целое и соединенный с ним упругими связями 5,6 и 7. Рычаг 4 разделен на три плеча 8, 9,10, размещенные в одной плоскости и соединенные между собой упругими связями 11 и 12. Ведущий 2 и ведомый 3 элементы выполнены в виде шариков, установленных на концах первого 8 и третьего 10 плеч рычага 4. Шарик ведущего 2 элемента контактирует с измерительным наконечником задатчика величины перемещения 13, а шарик ведомого элемента 3 контактирует с измерительным наконечником нанометрического измерителя 14. Корпус 1 и рычаг 4 преобразователя выполнены из пластмассы и напечатаны на 3D-принтере как одна деталь.
В качестве наномерического измерителя 14 можно использовать, например, тестируемый наноизмеритель. В качестве задатчика величины перемещения 13 можно использовать, например, микрометрический винт.
Преобразователь линейных перемещений работает следующим образом. Базируемый наномерический измеритель 14 устанавливают на корпусе 1 преобразователя линейных наноперемещений таким образом, чтобы измерительный наконечник наномерического измерителя 14 контактировал с шариком ведомого элемента 3. Далее при помощи задатчика 13 устанавливают через передающий элемент 4 ведомый элемент 3 на наконечник тестируемого нанометрического измерителя 14.
Устройство используется на предприятии ЗАО «Мезон» при изготовлении прибора ДГ-30 и в процессе исследования, доводки и производства экспериментальных образцов.
Использование указанной полезной модели позволяет получить увеличение высокой чувствительности устройства, не усложняя конструкцию преобразователя.