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光学计管的工作原理

时间:2020-12-23 来源:计量校准 点击:

光学计管的工作原理
  光学仪表有立式和卧式两种,两者使用的光学仪表是相同的。卧式光学测量仪不仅可以测量外部尺寸,还可以测量内部尺寸,其尾管和工作台与卧式长度测量仪(通用长度测量仪)基本相似。目前大部分的卧式光学仪表已经被万能长度测量仪取代,所以本章只介绍立式光学仪表。立式光学测量仪主要用于差动比较测量,是将工件与量块进行比较,以测量它们之间的差动尺寸。所以也叫垂直光学比较仪,也可以基于边界使用,在外面计数。需要三种方法才能看出其测量精度比较高,还可以作为长度值传递仪器,验证第五、六等当量块和量规等。光学数码管作为垂直光学仪器的主要组成部分,结合了光学自准直原理和机械切向杠杆原理。
  首先,应用自准直原理
  第二章详细介绍了自准直原理,其在光管中的应用如图3-1所示。如如图3-1(a)所示,如果目标O点位于物镜,的焦点上,它发出的光经过物镜后会变成一束平行于光轴的平行光,如果前平面镜垂直于光轴,光会按照原来的路径返回,穿过物镜,会聚在原来的焦点上, 因此目标图像O与目标图像O完全重合。如果平面镜偏转一个微小的角度,反射光和入射光之间的夹角为2a,在物镜,之后,它在O’处会聚并成像在焦平面上,O和O’之间的距离为t。
  t=ftan2a
  式中f——物镜焦距。
  二、正切杠杆机构
  如果在与光轴平行的轴线上安装一根能往复运动的测杆N,使它的一端与平面反射镜P相接触,同时给平面反射镜P安装一根摆动轴M。当测杆N移动,推动了反射镜P绕轴M作轴线摆动。测杆N的移动量S与平面反射镜P的摆动角a的关系是正切关系,故:
  s=atana
  式中a测杆轴线至平面反射镜摆动轴间的距离,称臂长。
  这就是正切机构。
  光计管的计量检测工作原理
  通过一块平面反射镜P把正切杠杆机构和自准直仪联系在一起。这样,当一个微差F测杆移动了距离S,推动了平面反射镜P偏了a角,于是目标像O移动了距离。只要把t值测出来,就得到被测值S,这就是光学计管的工作原理。目标像的移动量t与测杆的移动量S的比值就是光学计管除目镜外的放大倍数,称为光学杠杆放大比,用K表示,即:
  K=t/S
  将t和S的表达式代入,则
  K=ftan2a/atana
  当a很小时,tam≈a,tma2a≈2a,故kK≈2f/a。
  一般光学计管的物镜焦距为203.5mm(≈200m),臂长a为5.087mm(≈5mm),代入上式得K≈2×2008倍,,可得K≈(2*200)/5≈80倍。
  为了测出目标像O的移动量,将目标O做成刻度尺形式。为让刻度尺的分度值是1um则刻度尺的分度间隔为1×80=80pm=0.08mm。刻度尺共有士100个分度,故光学计管的示值范围为士0.1mm,刻度尺的像通过目镜来观察,目镜的放大倍数为12倍,这样光学计管总放大倍数为12K=960倍,所以光学计的目视分度间隔为0.96mm≈1mm。
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