Устройство для исследования и измерения линейных перемещений

Устройство для исследования и измерения линейных перемещений может найти применение при исследовании процесса линейного перемещения одного испытуемого объекта при неподвижности другого или относительных линейных перемещений двух испытуемых объектов. Устройство содержит зубчато-реечный механизм, выполненный из двух взаимно-перпендикулярных зубчатых реек, которые находятся в зацеплении с зубчатым колесом. Одна зубчатая рейка соединена с одним из испытуемых объектов. На второй зубчатой рейке неподвижно установлен двухосевой оптический датчик, например оптическая мышь, соединенная с компьютером. Со вторым испытуемым объектом жестко соединена мишень, на которую сфокусирован оптический датчик. Технический результат заключается в отображении перемещений испытуемых объектов одновременно по двум координатам, повышении точности, достоверности и информативности исследований. 1 н.з. и 2 з.п. ф-лы, 2 илл.

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 относительных 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 передачи 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 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 измерения линейных перемещений содержит оптический датчик перемещения, соединенный с компьютером, и зубчато-реечный механизм, состоящий из зубчатого колеса и зубчатой рейки, соединяющей зубчатое колесо с испытуемым объектом. В отличие от прототипа зубчато-реечный механизм дополнительно содержит вторую зубчатую рейку, установленную перпендикулярно первой, при этом обе рейки находятся в зацеплении с зубчатым колесом, а оптический датчик перемещения неподвижно установлен на дополнительной зубчатой рейке, кроме этого, устройство дополнительно содержит мишень для оптического датчика, например в виде рейки, которая сфокусирована на оптический датчик и которая жестко соединена со вторым испытуемым объектом, установленным с возможностью перемещения параллельно первому испытуемому объекту, а в качестве оптического датчика перемещения использован двухосевой оптический датчик. Устройство также снабжено держателями для испытуемых объектов, а зубчатая рейка и мишень жестко соединены с соответствующими держателями. В качестве оптического датчика устройства можно использовать оптическую мышь.

Устройство позволяет исследовать линейные перемещения одного объекта при неподвижности другого, а также относительное перемещение одного объекта относительно другого, что расширяет его функциональные возможности.

Указанная совокупность существенных признаков не обнаружена в уровне техники. Это подтверждает новизну заявляемой полезной модели.

Оптический датчик, установленный непосредственно на реечно-зубчатом механизме, и мишень, жестко соединенная со вторым испытуемым объектом, позволили 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 (зубчатой 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 содержит реечный механизм, состоящий из двух зубчатых реек 1, 2 и одного зубчатого колеса 3. Рейки 1, 2 ориентированы под прямым углом по отношению друг к другу, а зубчатое колесо 3 входит в зацепление с обеими рейками 1, 2. Одна из реек, 1, жестко закреплена на держателе 5 с испытуемым объектом, вторая, 2, несет на себе оптический датчик перемещений 4. Мишень 6 датчика 4 жестко закреплена на другом держателе 7. Датчик перемещений 4 соединен с компьютером (на чертеже не показан). Стрелками показано перемещение зубчатых реек в двух координатах. Мишень 6 является отражателем и может быть выполнена в виде любой отражающей поверхности, например пластины или рейки. Она закреплена жестко ко второму держателю 7. Датчик 4 сфокусирован на мишень 6. В качестве датчика может быть использован любой стандартный двухосевой бесконтактный оптический датчик, но целесообразнее применить оптическую мышь.

Держатель 5 с испытуемым объектом перемещается продольно, приводя в движение зубчатую рейку 1, жестко закрепленную на держателе 5. Движение зубчатой рейки 1 приводит во вращение зубчатое колесо 3, вращение зубчатого колеса 3 происходит вокруг своей оси. Вращение зубчатого колеса 3 приводит в движение зубчатую рейку 2. Зубчатая рейка 2 закреплена таким образом, что перемещается только вдоль оси, перпендикулярной перемещению держателя 5. Датчик 4, закрепленный неподвижно относительно зубчатой рейки 2, перемещается тоже перпендикулярно этому перемещению и соответственно перемещению держателя 7 со вторым испытуемым объектом. Чтобы сфокусировать оптический датчик, необходима параллельная установка мишени. Движение держателя 7 приводит в движение мишень датчика 6, закрепленного неподвижно в плоскости перемещения относительно держателя 7. Линейные перемещения испытуемых объектов преобразуется в перемещение датчика. Мишень датчика 6 перемещается параллельно перемещению держателя 5. Датчик перемещений 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.

Изменение передаточного числа с использованием реечного механизма различных типов (с разным количеством зубьев, разным диаметром зубчатого колеса) и 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).

1. Устройство для исследования и измерения линейных перемещений, содержащее оптический датчик перемещения, соединенный с компьютером, и зубчато-реечный механизм, состоящий из зубчатого колеса и зубчатой рейки, соединяющей зубчатое колесо с испытуемым объектом, отличающееся тем, что зубчато-реечный механизм дополнительно содержит вторую зубчатую рейку, установленную перпендикулярно первой, при этом обе рейки находятся в зацеплении с зубчатым колесом, а оптический датчик перемещения неподвижно установлен на дополнительной зубчатой рейке, кроме этого, устройство дополнительно содержит мишень для оптического датчика, например в виде рейки, на которую сфокусирован оптический датчик, и которая жестко соединена со вторым испытуемым объектом, установленным с возможностью перемещения параллельно первому испытуемому объекту, а в качестве оптического датчика перемещения использован двухосевой оптический датчик.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено держателями для испытуемых объектов, а зубчатая рейка и мишень жестко соединены с соответствующими держателями.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве оптического датчика использована оптическая мышь.