RU2152011C1 - Process measuring torque and device for its realization - Google Patents
Process measuring torque and device for its realization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152011C1 RU2152011C1 RU98112146/28A RU98112146A RU2152011C1 RU 2152011 C1 RU2152011 C1 RU 2152011C1 RU 98112146/28 A RU98112146/28 A RU 98112146/28A RU 98112146 A RU98112146 A RU 98112146A RU 2152011 C1 RU2152011 C1 RU 2152011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetector
- torque
- optical
- optical reflectors
- elastic shaft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для бесконтактного измерения крутящего момента на вращающемся валу. The invention relates to measuring equipment and can be used for non-contact measurement of torque on a rotating shaft.
Известен "Способ измерения угла закручивания фотоэлектрическим торсиометром" (см. описание изобретения к патенту РФ N 1817928, кл. G 01 L 3/12, опубл. в 1993 г.), заключающийся в том, что генерируют переменный электрический сигнал, усиливают и формируют его в виде последовательностей счетных импульсов, число которых в каждой последовательности пропорционально углу закручивания упругого элемента, а затем при помощи счетчика суммирования подсчитывают число счетных импульсов в каждой последовательности. При этом перед началом подсчета числа счетных импульсов в счетной последовательности формируют одиночный импульс сброса, который устанавливает счетчик суммирования в нуль, а одиночный импульс сброса формируют длительностью, равной не менее суммы всех счетных импульсов в последовательности, начиная с фронта или спада первого из этих счетных импульсов в последовательности в процессе подсчета их числа. The well-known "Method of measuring the twist angle by a photoelectric torsiometer" (see the description of the invention to RF patent N 1817928, class G 01 L 3/12, publ. In 1993), which consists in the fact that they generate an alternating electrical signal, amplify and form it in the form of sequences of counting pulses, the number of which in each sequence is proportional to the twist angle of the elastic element, and then using the summation counter, the number of counting pulses in each sequence is calculated. In this case, before starting the counting of the number of counting pulses, a single reset pulse is generated in the counting sequence, which sets the totalization counter to zero, and a single reset pulse is formed with a duration equal to at least the sum of all counting pulses in the sequence, starting from the front or the fall of the first of these counting pulses in sequence in the process of counting their number.
Недостатком этого способа измерения угла закручивания является значительная величина погрешности, вызванная эксцентриситетом вращающегося вала за счет наличия зазоров в подшипниках. The disadvantage of this method of measuring the twist angle is a significant error due to the eccentricity of the rotating shaft due to the presence of clearances in the bearings.
Известны устройство и способ для измерения крутящего момента (см. описание изобретения к патенту VS N 4347748, кл. G 01 L 3/12, опубл. в 1982 г.), которые выбраны в качестве прототипов к заявляемым изобретениям. A known device and method for measuring torque (see the description of the invention to patent VS N 4347748, class G 01 L 3/12, publ. In 1982), which are selected as prototypes for the claimed inventions.
Данное устройство содержит расположенные на упругом валу на заданном базовом расстоянии друг от друга, как минимум, два оптических отражателя, оптико-электронный преобразователь, состоящий из двух источников излучения и двух фотоприемников (фотоприемных устройств), измеритель временных интервалов, электронное вычислительное устройство, лазеры, детектор, счетчики, усилители, преобразователь и компараторы. This device contains at least two optical reflectors located on the elastic shaft at a given base distance from each other, an optical-electronic converter, consisting of two radiation sources and two photodetectors (photodetector devices), a time interval meter, an electronic computing device, lasers, detector, counters, amplifiers, converter and comparators.
Способ для измерения крутящего момента, реализуемый данным устройством, включает измерение угла взаимного разворота концов базового участка упругого вала, на котором установлены оптические отражатели, под действием крутящего момента с помощью оптико-электронного преобразователя, состоящего из источников излучения и фотоприемников (фотоприемных устройств), формирующих импульсы, представляющие развернутую во времени последовательность импульсов, интервал между которыми используют в качестве меры измеряемого крутящего момента. The method for measuring torque implemented by this device includes measuring the angle of mutual rotation of the ends of the base portion of the elastic shaft on which the optical reflectors are mounted under the influence of torque using an optoelectronic converter consisting of radiation sources and photodetectors (photodetectors) forming pulses representing a time-expanded sequence of pulses, the interval between which is used as a measure of the measured torque.
Однако использование в известных технических решениях двух оптических информационных каналов приводит к погрешности измерений, вызванной неидентичностью их функциональных параметров. Так, например, при изменении температуры окружающей среды неодинаково изменяется чувствительность фотоприемных устройств, что, как следствие, приводит к погрешности измерения разности фаз соответствующих сигналов фотоприемных устройств, которая является информативным параметром устройства в целом. However, the use of two optical information channels in known technical solutions leads to measurement error caused by the non-identicalness of their functional parameters. So, for example, when the ambient temperature changes, the sensitivity of the photodetector devices changes unequally, which, as a result, leads to an error in measuring the phase difference of the corresponding signals of the photodetector devices, which is an informative parameter of the device as a whole.
Кроме того, наличие двух информационных каналов обуславливает чрезвычайно жесткие требования к стабильности взаимного расположения всех оптических элементов устройства. In addition, the presence of two information channels determines extremely stringent requirements for the stability of the relative positions of all optical elements of the device.
Такие требования оказываются трудно выполнимы, особенно для устройств, работающих в достаточно широком диапазоне температур или в условиях вибрации. Such requirements turn out to be difficult to fulfill, especially for devices operating in a sufficiently wide temperature range or under vibration conditions.
Задача предлагаемых технических решений заключается в упрощении устройства и способа измерения крутящего момента за счет реализации высокоточной схемы измерения с использованием автоколлимационных изображений с двумя оптическими отражателями, расположенными в поле зрения одной оптической системы, но с одной излучающей маркой и одним фотоприемным устройством. The objective of the proposed technical solutions is to simplify the device and the method of measuring torque by implementing a high-precision measurement scheme using autocollimation images with two optical reflectors located in the field of view of one optical system, but with one emitting brand and one photodetector.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе измерения крутящего момента, включающем измерение угла взаимного разворота концов базового участка упругого вала, на котором установлены оптические отражатели, под действием крутящего момента с помощью оптико- электронного преобразователя, состоящего из источников излучения и фотоприемных устройств, формирующих импульсы, представляющие развернутую во времени последовательность импульсов, интервал между которыми используют в качестве меры измеряемого крутящего момента, в качестве источников излучения используют одну излучающую марку, а при вращении упругого вала формируют автоколлимационные изображения излучающей марки от соответствующих оптических отражателей таким образом, что указанные изображения последовательно во времени попадают на фоточувствительную поверхность одного фотоприемного устройства. The problem is solved due to the fact that in the method of measuring torque, including measuring the angle of mutual rotation of the ends of the base portion of the elastic shaft on which the optical reflectors are mounted, under the influence of torque using an optoelectronic converter consisting of radiation sources and photodetectors, generating pulses representing a time-expanded sequence of pulses, the interval between which is used as a measure of the measured torque, as A single emitting mark is used at the source of radiation, and when the elastic shaft is rotated, self-collimating images of the emitting mark from the corresponding optical reflectors are formed in such a way that these images sequentially in time fall on the photosensitive surface of one photodetector.
Поставленная задача решается также за счет того, что в устройстве для измерения крутящего момента, содержащем расположенные на упругом валу на заданном базовом расстоянии друг от друга, как минимум, два оптических отражателя, оптико-электронный преобразователь, измеритель временных интервалов и электронное вычислительное устройство, оптико-электронное устройство выполнено в виде объектива, в фокальной плоскости которого установлены по крайней мере одна излучающая марка и одно фотоприемное устройство, а автоколлимационные изображения излучающей марки, формируемые от оптических отражателей, расположены на фоточувствительной поверхности фотоприемного устройства, выход которого подключен к измерителю временных интервалов, выход которого соединен с электронным вычислительным устройством. The problem is also solved due to the fact that in the device for measuring torque containing at least two optical reflectors located on the elastic shaft at a given basic distance from each other, an optical-electronic converter, a time interval meter and an electronic computing device, optical -electronic device is made in the form of a lens, in the focal plane of which at least one emitting mark and one photodetector are installed, and autocollimation images The emitting marks formed from the optical reflectors are located on the photosensitive surface of the photodetector, the output of which is connected to a time interval meter, the output of which is connected to an electronic computing device.
Для достижения решения поставленной задачи оптические отражатели выполнены в виде призм, ребра двугранных углов которых перпендикулярны оси упругого вала, а фотоприемное устройство выполнено в виде одноплощадочного фотодиода с согласующим усилителем или в виде однокоординатного позиционно-чувствительного фотоприемника с согласующим усилителем. To achieve the solution of this problem, the optical reflectors are made in the form of prisms, the edges of the dihedral angles of which are perpendicular to the axis of the elastic shaft, and the photodetector is made in the form of a single-site photo diode with a matching amplifier or in the form of a one-coordinate position-sensitive photodetector with a matching amplifier.
Предлагаемые способ и устройство измерения крутящего момента, основанные на автоколлимационном способе получения информации об угле скрутки вала, который является мерой измеряемого крутящего момента, позволяет реализовать высокоточную схему измерения с одним фотоприемным каналом. В такой схеме оба оптических отражателя расположены в поле зрения одной оптической системы и содержат одну излучающую марку и одно фотоприемное устройство. Такое выполнение схемы устройства позволяет не только исключить погрешности, связанные с неидентичностью оптических и электрических параметров информационных каналов, но и существенно упростить заявляемые технические решения. The proposed method and device for measuring torque, based on the autocollimation method of obtaining information about the angle of twist of the shaft, which is a measure of the measured torque, allows you to implement a high-precision measurement circuit with a single photodetector channel. In such a scheme, both optical reflectors are located in the field of view of one optical system and contain one emitting brand and one photodetector. This embodiment of the device circuit allows not only to eliminate errors associated with the non-identical optical and electrical parameters of the information channels, but also to significantly simplify the claimed technical solutions.
Заявляемые способ и устройство измерения крутящего момента поясняются чертежами, где:
на фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства, реализующего способ измерения крутящего момента;
на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая работу заявляемого устройства для случая, когда фотоприемное устройство выполнено в виде однокоординатного позиционно-чувствительного фотоприемника с согласующим усилителем.The inventive method and device for measuring torque are illustrated by drawings, where:
in FIG. 1 presents a structural diagram of the inventive device that implements a method of measuring torque;
in FIG. 2 is a diagram explaining the operation of the claimed device for the case when the photodetector is made in the form of a single-coordinate position-sensitive photodetector with matching amplifier.
Устройство, реализующее способ измерения крутящего момента (см. фиг. 1), содержит упругий вал 1, оптические отражатели 2, 2', оптико-электронное устройство, выполненное в виде объектива 3, излучающую марку 4, фотоприемное устройство 5, измеритель временных интервалов 6, электронное вычислительное устройство 7. A device that implements a method of measuring torque (see Fig. 1) contains an elastic shaft 1, optical reflectors 2, 2 ', an optical-electronic device made in the form of a lens 3, emitting brand 4, a photodetector 5, a time interval meter 6
На заданном базовом расстоянии В друг от друга, на упругом валу 1, расположены оптические отражатели 2, 2', выполненные в виде призм, ребра двугранных углов которых перпендикулярны оси упругого вала 1. В фокальной плоскости объектива 3 оптико-электронного устройства установлена излучающая марка 4 и фотоприемное устройство 5, выход которого подключен к измерителю временных интервалов 6. Выход измерителя временных интервалов 6 соединен с электронным вычислительным устройством 7. At a given basic distance B from each other, on the elastic shaft 1, there are optical reflectors 2, 2 ', made in the form of prisms, the edges of the dihedral angles of which are perpendicular to the axis of the elastic shaft 1. In the focal plane of the lens 3 of the optoelectronic device there is an emitting mark 4 and a photodetector 5, the output of which is connected to a time slot meter 6. The output of the time slot meter 6 is connected to an
Устройство, реализующее способ измерения крутящего момента, работает следующим образом. A device that implements a method of measuring torque, operates as follows.
На участке упругого вала 1, нагруженном крутящим моментом, закреплены оптические отражатели 2, 2', выполненные, например, в виде прямоугольных призм типа БР-180o, ребра прямоугольных двугранных углов которых удалены друг от друга в осевом направлении на величину базового расстояния В.Optical reflectors 2, 2 'are mounted on a section of elastic shaft 1 loaded with a torque, made, for example, in the form of rectangular prisms of the BR-180 o type , the edges of the rectangular dihedral angles of which are axially removed from each other by the amount of the base distance B.
Указанные оптические отражатели 2, 2' располагаются в поле зрения объектива 3 (в простейшем случае оптические отражатели 2, 2' находятся в пределах входного зрачка объектива 3). В фокальной плоскости объектива 3 установлены излучающая марка 4 и фоточувствительная поверхность фотоприемного устройства 5. These optical reflectors 2, 2 'are located in the field of view of the lens 3 (in the simplest case, the optical reflectors 2, 2' are within the entrance pupil of the lens 3). In the focal plane of the lens 3 is installed emitting brand 4 and the photosensitive surface of the photodetector 5.
При вращении упругого вала 1 изображения излучающей марки 4, формируемые от соответствующих оптических отражателей 2, 2', последовательно пересекают фоточувствительную поверхность фотоприемного устройства 5, формируя на его выходе электрические импульсы J1 и J2 соответственно (см. фиг.2). Период следования каждого из этих импульсов равен периоду вращения Т (см. фиг. 2) упругого вала 1.When the elastic shaft 1 rotates, the images of the emitting mark 4, formed from the corresponding optical reflectors 2, 2 ', sequentially cross the photosensitive surface of the photodetector 5, forming electrical impulses J 1 and J 2 at its output, respectively (see Fig. 2). The period of each of these pulses is equal to the period of rotation T (see Fig. 2) of the elastic shaft 1.
При отсутствии крутящего момента и, как следствие, угла скрутки упругого вала 1 временной интервал Т0 между импульсами J1 и J2 (см. фиг. 2) принимается за нулевой.In the absence of torque and, as a consequence, the twist angle of the elastic shaft 1, the time interval T 0 between pulses J 1 and J 2 (see Fig. 2) is taken as zero.
При нагружении упругого вала 1 появляется крутящий момент, вызывающий скрутку упругого вала 1 и, как следствие, разворот на некоторый угол Δφ (см. фиг. 2) оптических отражателей 2, 2', расположенных на базовом расстоянии В, а также соответствующее временное смещение Δt импульсов J1' и J2' (см. фиг. 2), формируемых фотоприемным устройством 5.When loading the elastic shaft 1, a torque appears, causing twisting of the elastic shaft 1 and, as a result, a rotation through some angle Δφ (see Fig. 2) of optical reflectors 2, 2 'located at the base distance B, as well as the corresponding temporal displacement Δt pulses J 1 ' and J 2' (see Fig. 2) formed by the photodetector 5.
Указанный угол скручивания Δφ, как известно (см. Краткий физико-технический справочник, том II, М, "Физматгиз", 1962 г, с. 185, ф. 4-132), пропорционален величине крутящего момента М, подлежащего измерению. С учетом коэффициента пропорциональности К измеряемый крутящий момент М определяется на основе оценки текущих значений Т и Δt в соответствии с соотношением
Последовательности импульсов поступают на входы измерителя временных интервалов 6, например, типа 43-54, где вышеуказанные величины Δt и Т преобразуются в кодовочисловые значения и подаются в электронное вычислительное устройство 7, например, типа IBM PC, в котором производится масштабирование полученных данных, вычисление текущего значения крутящего момента, приведение величин к системе CU и их индикация.The specified twist angle Δφ, as is known (see Brief Physico-Technical Reference, Volume II, M, Fizmatgiz, 1962, p. 185, f. 4-132), is proportional to the magnitude of the torque M to be measured. Taking into account the proportionality coefficient K, the measured torque M is determined based on the assessment of the current values of T and Δt in accordance with the ratio
The pulse sequences are fed to the inputs of the time interval meter 6, for example, of type 43-54, where the above values Δt and T are converted into code-number values and fed to an
Таким образом, заявляемые технические решения обеспечивают технический результат, заключающийся в упрощении устройства и способа измерения крутящего момента за счет того, что они позволяют реализовать высокоточную схему измерения с использованием автоколлимационных изображений с двумя оптическими отражателями, расположенными в поле зрения одной оптической системы, но с одной излучающей маркой и одним фотоприемным устройством. Thus, the claimed technical solutions provide a technical result, which consists in simplifying the device and method of measuring torque due to the fact that they allow you to implement a high-precision measurement scheme using autocollimation images with two optical reflectors located in the field of view of one optical system, but with one radiating brand and one photodetector.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98112146/28A RU2152011C1 (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Process measuring torque and device for its realization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98112146/28A RU2152011C1 (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Process measuring torque and device for its realization |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98112146A RU98112146A (en) | 2000-04-10 |
| RU2152011C1 true RU2152011C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20207672
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98112146/28A RU2152011C1 (en) | 1998-06-23 | 1998-06-23 | Process measuring torque and device for its realization |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2152011C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU198360U1 (en) * | 2020-02-25 | 2020-07-02 | Денис Юрьевич Палин | NON-CONTACT DEVICE FOR MEASURING TORQUE ON THE SHAFT |
| US11248897B2 (en) | 2019-02-20 | 2022-02-15 | Goodrich Corporation | Method of measuring misalignment of a rotating flexible shaft assembly |
-
1998
- 1998-06-23 RU RU98112146/28A patent/RU2152011C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11248897B2 (en) | 2019-02-20 | 2022-02-15 | Goodrich Corporation | Method of measuring misalignment of a rotating flexible shaft assembly |
| RU198360U1 (en) * | 2020-02-25 | 2020-07-02 | Денис Юрьевич Палин | NON-CONTACT DEVICE FOR MEASURING TORQUE ON THE SHAFT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPS62247206A (en) | Levelling device | |
| CN108351209A (en) | The laser beam receiver of the optoelectronic detector device of position sensing and the optoelectronic detector device of use position sensing | |
| RU2152011C1 (en) | Process measuring torque and device for its realization | |
| CN100462669C (en) | Measuring instrument of polygon-mirror motor | |
| JP2002286504A (en) | Photosensor circuit and optical displacement measuring machine using the same | |
| JPH0599659A (en) | Method and device for measuring light-beam incident angle and usage of distance measuring equipment | |
| US4181851A (en) | Automatic astroposition determination apparatus | |
| CN104279968B (en) | Measurer for thickness and method for measuring thickness | |
| CA1056593A (en) | Apparatus for direct measurement of linear and angular displacements with digital readout | |
| JPH04193047A (en) | Monitor for rotor coil end | |
| US3606549A (en) | Ring laser inertial angle encoder | |
| SU1508092A1 (en) | Apparatus for measuring displacements | |
| JPH0460526B2 (en) | ||
| JP2645111B2 (en) | Sun sensor | |
| JP3085341B2 (en) | Outline measuring device and method of arranging object to be measured | |
| JPS55124002A (en) | Optical position detector | |
| JPS57146111A (en) | Optical length measuring device | |
| RU2222777C1 (en) | Goniometer | |
| RU2082087C1 (en) | Optical-electronic device which measures position of angle meter dial | |
| SU761933A1 (en) | Photoelectric apparatus for measuring angle of syncronous machine | |
| CN115704671A (en) | Blade operation parameter measuring device and measuring method | |
| JPH0458579B2 (en) | ||
| JPS6217609A (en) | Method and device for measuring angular position | |
| SU1153276A1 (en) | Device for measuring structure characteristic of atmospheric index of refraction | |
| RU2073196C1 (en) | Photoelectric measuring microscope |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060624 |