專利名稱：可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種控制裝置，具體地說是一種應(yīng)用在高溫、強磁和強弧光干擾的實驗環(huán)境中的高性能光電位置控制裝置。
背景技術(shù)：
以交流等離子電弧加熱器為核心的防熱材料地面模擬實驗系統(tǒng)中，被測試件由于超高溫?zé)g作用其軸向尺寸將發(fā)生變化，導(dǎo)致試件前端面所處的流場環(huán)境發(fā)生變化，極大的影響了實驗精度，為了保持試件前端面與加熱器相對位置的固定，需要在實驗過程中實時根據(jù)實踐軸線尺寸變化情況通過試件送進機構(gòu)將試件向加熱器方向送進。但是被測試件在實驗過程中的軸線尺寸變化是十分微小的難以通過肉眼判斷，通過人為控制進給機構(gòu)在實驗過程中送進試件是不可能的。同時，不同的被測試件其燒蝕情況不同，實驗過程中的軸線尺寸變化情況也就不同，即使是同一個試件由于材料自身的分散性其軸線尺寸的變化情況也不同。這就導(dǎo)致了實驗過程中被測試件軸線尺寸的實時變化情況是不可預(yù)知的，所以通過自動化技術(shù)控制試件送進機構(gòu)在實驗過程中按事先給定的進給方式送進試件也是不可能的。在這種情況下，采用具有動作速度快、精度高、便于遠(yuǎn)程控制等優(yōu)點的光電位置控制裝置控制試件進給機構(gòu)在實驗過程中實施送進試件是唯一可行的方案。但是，傳統(tǒng)的光電位置控制裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不便維修、對溫度敏感、抗干擾能力差，尤其是對于存在外界搶光干擾的環(huán)境中起幾乎無法正常使用。
交流等離子電弧加熱器工作電壓在3000-10000VAC范圍，電弧溫度在2500-3000℃以上，由于加熱器自身要求其三相中性點不能接地保護，而由于物理條件限制(加熱器三相電壓不平衡)其理論中性點的電壓不為零，加熱器在啟動和停止時空間電磁場會發(fā)生較大的變化形成電磁干擾。實驗過程中，加熱器所發(fā)生的電弧將產(chǎn)生很強的弧光。目前國內(nèi)的光電位置控制裝置幾乎沒有一種能夠在如此惡劣的環(huán)境中正常工作。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠在高溫、強磁和強弧光干擾的實驗環(huán)境中正常工作的可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的它包括激光發(fā)射器、光電管、可調(diào)電阻、石墨片、可調(diào)支架和模擬電子開關(guān)，光電管安裝在可調(diào)支架上，激光發(fā)射器位于前方，墨片為圓心帶有小孔的圓片型結(jié)構(gòu)，它固定在激光發(fā)射器和光電管構(gòu)成的光路中靠近光電管的一側(cè)，光電管接收激光發(fā)射器光源光信號并將其轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號通過導(dǎo)線與可調(diào)電阻相連，可調(diào)電阻通過導(dǎo)線與模擬電子開關(guān)相連。
本發(fā)明還可以包括如下結(jié)構(gòu)特征1、所述的可調(diào)支架包括底座、相互垂直放置的兩個千分尺、導(dǎo)軌和滑塊，導(dǎo)軌通過固定在底座上的四根導(dǎo)桿和穿過底座中心的定位螺栓定位，導(dǎo)軌上有可以沿導(dǎo)軌滑動的Ω形狀的卡具，水平放置的千分尺通過Ω形狀的卡具固定在導(dǎo)軌上，垂直放置的千分尺通過Γ型卡具固定在水平千分尺的探針上，垂直放置千分尺的探針頂端通過螺釘固定木質(zhì)滑塊，滑塊上端固定光電管。
2、外部設(shè)置有鋁合金外殼。
本發(fā)明的激光發(fā)射器產(chǎn)生激光，光電管接收光源光信號并將其轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號通過可調(diào)電阻分壓后這個模擬電壓信號控制模擬電子開關(guān)導(dǎo)通與否，模擬電子開關(guān)控制試件送進機構(gòu)的工作狀態(tài)。實驗過程中，被測試件被置于激光發(fā)射器與廣電管之間的光路上其前端面阻斷光路，當(dāng)試件軸向尺寸發(fā)生變化時光路導(dǎo)通光電管輸出電壓上升，驅(qū)動模擬電子開關(guān)導(dǎo)通時間送進機構(gòu)開始送進試件，當(dāng)試件前端面再次阻斷光路時，光電管輸出電壓下降，模擬電子開關(guān)斷開，試件送進機構(gòu)停止送進試件，完成一個送進過程。石墨片為圓心帶有小孔的圓片型結(jié)構(gòu)，它被固定在激光發(fā)射器和光電管構(gòu)成的光路中靠近光電管的一側(cè)。專有支架用來固定光電管。
本發(fā)明具有以下幾個主要技術(shù)特點1、光信號接收裝置由光電管、可調(diào)電阻和模擬電子開關(guān)構(gòu)成。光電管負(fù)責(zé)將接收到的光信號轉(zhuǎn)化成模擬電壓量信號，通過調(diào)節(jié)串聯(lián)在光電管輸出端的可調(diào)電阻對光電管輸出信號進行分壓改變作用在模擬電子開關(guān)輸入端的電壓，可以方便地濾除由于外界自然光和弧光作用于光電管所產(chǎn)生的電壓使得本發(fā)明可以在存在很強的外界弧光干擾的環(huán)境中正常工作。
2、所述的石墨片為圓心處帶有小孔的圓片型構(gòu)件，通過將其安裝在光電管前端使得光電管接收的光信號有面光源轉(zhuǎn)化成為電光源，在進一步提高了本裝置的抗外界光干擾能力的同時，石墨優(yōu)良的熱性能使得整個裝置不至于受到電弧加熱所產(chǎn)生的高溫氣流的損害。
3、本發(fā)明中的專有支架由相互垂直放置的兩個千分尺、導(dǎo)軌和滑塊等幾個主要組成部分構(gòu)成。由于本裝置的光信號接收裝置只接收點光源信號，實驗過程中保證光電接收裝置在光路中的正確位置是十分重要的。專有支架的主要作用是固定光電管，同時可以方便、快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)光電管在光路中的定位。
4、本發(fā)明所述的整個光電位置控制裝置被密閉在一個鋁合金外殼中，通過對外殼的接地可以有效地屏蔽外界磁場干擾，使得整個裝置可以在存在外界較強磁場干擾的環(huán)境中正常工作。
本發(fā)明主要由激光發(fā)射器、光電管、可調(diào)電阻和模擬電子開關(guān)構(gòu)成光電通路。激光發(fā)射器發(fā)出光束直徑約為0.5mm的He-Ne激光束，光電管接收光源信號并將其轉(zhuǎn)化成為0-2.5V的模擬電壓信號，光電管輸出信號經(jīng)過串聯(lián)在其輸出回路中的可調(diào)電阻進行分壓后作用在驅(qū)動電壓為500mV的模擬電子開關(guān)的控制端上，模擬電子開關(guān)的輸出端接入時間送進機構(gòu)的控制端實現(xiàn)對試件送進機構(gòu)工作狀態(tài)的控制。實驗過程中，被測試件被置于激光發(fā)射器與光電管之間的光路上其前端面阻斷光路，當(dāng)試件軸向尺寸發(fā)生變化時光路導(dǎo)通光電管輸出電壓上升，驅(qū)動模擬電子開關(guān)導(dǎo)通時間送進機構(gòu)開始送進試件，當(dāng)試件前端面再次阻斷光路時，光電管輸出電壓下降，模擬電子開關(guān)斷開，試件送進機構(gòu)停止送進試件，完成一個送進過程。
在激光發(fā)射器與光電管構(gòu)成的光路中光電管一側(cè)安裝中心帶有直徑為0.1mm小孔的石墨片，通過石墨片的遮蓋作用保證光電管子能接收穿過石墨片中心小孔的外界光源信號，使得光電管只有在試件前端面后退量超過0.1mm時才能接收到足夠的光信號使其輸出信號能夠驅(qū)動模擬電子開關(guān)導(dǎo)通。通過石墨片的安裝可以大大提高整個裝置抵抗外界光源干擾的能力，同時石墨優(yōu)良的熱性能使得整個裝置不至于受到電弧加熱所產(chǎn)生的高溫氣流的損害。
為了保證整個裝置能夠正常工作，必須保證實驗前激光發(fā)射器輸出激光束的圓心，試件前端面，固定在光電管上的石墨片的圓心在一條直線上。這就要求能夠?qū)怆姽茉诠饴分械奈恢眠M行精度超過0.1mm的精確定位，本發(fā)明所開發(fā)的專有支架很好的解決了這一問題。本發(fā)明中的專有支架由相互垂直放置的兩個千分尺、導(dǎo)軌和滑塊等幾個主要組成部分構(gòu)成。選用5mm厚的鋁板作為支架的底座，導(dǎo)軌通過固定在底座上的四根導(dǎo)桿和穿過底座中心的定位螺栓定位，Ω形狀的卡具可以沿導(dǎo)軌滑動，水平放置的千分尺通過卡具固定，垂直放置的千分尺通過Γ型卡具固定在水平千分尺的探針上，垂直放置千分尺的探針頂端通過螺釘固定木質(zhì)滑塊，滑塊上端固定光電管。
本發(fā)明能夠在高溫、強磁和強弧光干擾的實驗環(huán)境中正常工作。經(jīng)實驗表明，在外界存在由10000VAC引發(fā)磁場干擾和等離子電弧引發(fā)的強弧光環(huán)境中，本發(fā)明能夠正常工作且其位置判別靈敏度在0.1mm左右。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖；圖2時可調(diào)支架的結(jié)構(gòu)圖；圖3圖2的俯視圖；圖4是圖2的A-A剖視圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作更詳細(xì)的描述結(jié)合圖1、可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置的組成包括激光發(fā)射器1、光電管5、可調(diào)電阻3、石墨片7、可調(diào)支架6和模擬電子開關(guān)4，光電管安裝在可調(diào)支架上，激光發(fā)射器位于前方，墨片為圓心帶有小孔的圓片型結(jié)構(gòu)，它固定在激光發(fā)射器和光電管構(gòu)成的光路中靠近光電管的一側(cè)，光電管接收激光發(fā)射器光源光信號并將其轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號通過導(dǎo)線與可調(diào)電阻相連，可調(diào)電阻通過導(dǎo)線與模擬電子開關(guān)相連。外部設(shè)置有鋁合金外殼。
結(jié)合圖2-圖4，可調(diào)支架包括底座16相互垂直放置的兩個千分尺11和15、導(dǎo)軌9和滑塊12，導(dǎo)軌通過固定在底座上的四根導(dǎo)桿8和穿過底座中心的定位螺栓13定位，導(dǎo)軌上有可以沿導(dǎo)軌滑動的Ω形狀的卡具14，水平放置的千分尺15通過Ω形狀的卡具固定在導(dǎo)軌上，垂直放置的千分尺11通過Γ型卡具10固定在水平千分尺的探針上，垂直放置千分尺的探針頂端通過螺釘固定木質(zhì)滑塊12，滑塊上端固定光電管。
(1)通過Ω形狀的卡具14將千分尺15固定在導(dǎo)軌9上，千分尺11通過Γ型卡具10固定在千分尺15的探針上，木質(zhì)滑塊12粘接在千分尺11的探針上，通過木質(zhì)滑塊固定光電管5，石墨片7粘接在光電管5；(2)開啟激光發(fā)射器1使其發(fā)生He-Ne激光束；
(3)調(diào)節(jié)專有支架6底座16上的定位螺栓13使導(dǎo)軌9沿導(dǎo)桿8垂直運動，同時調(diào)節(jié)Ω形狀的卡具14的位置使激光束能夠照射到石墨片7的圓心附近；(4)調(diào)節(jié)千分尺11和千分尺15的探針長度保證激光束正好照射到石墨片7的圓心；(5)關(guān)閉激光發(fā)射器1，啟動電弧加熱器；(6)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻3使作用在模擬電子開關(guān)4輸入端的電壓不足以使其導(dǎo)通；(7)關(guān)閉電弧加熱器，開啟激光發(fā)射器1；(8)調(diào)節(jié)被測試件2的位置，使其前端面正好阻斷光路，開啟電弧加熱器開始實驗。
權(quán)利要求
1.一種可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置，它包括激光發(fā)射器、光電管、可調(diào)電阻、石墨片、可調(diào)支架和模擬電子開關(guān)，其特征是光電管安裝在可調(diào)支架上，激光發(fā)射器位于前方，墨片為圓心帶有小孔的圓片型結(jié)構(gòu)，它固定在激光發(fā)射器和光電管構(gòu)成的光路中靠近光電管的一側(cè)，光電管接收激光發(fā)射器光源光信號并將其轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號通過導(dǎo)線與可調(diào)電阻相連，可調(diào)電阻通過導(dǎo)線與模擬電子開關(guān)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置，其特征是所述的可調(diào)支架包括底座、相互垂直放置的兩個千分尺、導(dǎo)軌和滑塊，導(dǎo)軌通過固定在底座上的四根導(dǎo)桿和穿過底座中心的定位螺栓定位，導(dǎo)軌上有可以沿導(dǎo)軌滑動的Ω形狀的卡具，水平放置的千分尺通過Ω形狀的卡具固定在導(dǎo)軌上，垂直放置的千分尺通過Γ型卡具固定在水平千分尺的探針上，垂直放置千分尺的探針頂端通過螺釘固定木質(zhì)滑塊，滑塊上端固定光電管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置，其特征是外部設(shè)置有鋁合金外殼。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種可應(yīng)用于惡劣環(huán)境下的高性能光電位置控制裝置。它包括激光發(fā)射器、光電管、可調(diào)電阻、石墨片、可調(diào)支架和模擬電子開關(guān)，光電管安裝在可調(diào)支架上，激光發(fā)射器位于前方，墨片為圓心帶有小孔的圓片型結(jié)構(gòu)，它固定在激光發(fā)射器和光電管構(gòu)成的光路中靠近光電管的一側(cè)，光電管接收激光發(fā)射器光源光信號并將其轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號通過導(dǎo)線與可調(diào)電阻相連，可調(diào)電阻通過導(dǎo)線與模擬電子開關(guān)相連。本發(fā)明能夠在高溫、強磁和強弧光干擾的實驗環(huán)境中正常工作。經(jīng)實驗表明，在外界存在由10000VAC引發(fā)磁場干擾和等離子電弧引發(fā)的強弧光環(huán)境中，本發(fā)明能夠正常工作且其位置判別靈敏度在0.1mm左右。
文檔編號G05D3/00GK1821916SQ20061000979
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月10日
發(fā)明者韓杰才, 張博明, 孟松鶴 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)