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 относительного линейного перемещения двух испытуемых объектов. Устройство содержит реечный механизм, выполненный из двух взаимно-перпендикулярных реек, ведущей и ведомой. Ведущая рейка снабжена штифтом, который вставлен в паз, выполненный на ведомой рейке, например под углом 45. Ведущая рейка соединена с одним из испытуемых объектов. На ведомой рейке неподвижно установлен двухосевой оптический датчик, В качестве датчика может быть использована оптическая мышь. 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 3 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 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).
1. Устройство для исследования и измерения линейных перемещений, содержащее оптический датчик перемещения, соединенный с компьютером, и рейку, соединенную с испытуемым объектом, отличающееся тем, что оно 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.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено держателями для испытуемых объектов, а ведущая рейка и мишень жестко соединены с соответствующими держателями.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве оптического датчика перемещения использована оптическая мышь.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что паз на ведомой рейке выполнен под углом 45°.
