بخشی از مقاله
چکیده :
حسگر تراز تار نوري نمونه توسعه یافته حسگر جابجایی تار نوري است . اساس عملکرد حسگر جابجایی ، مدولاسیون شدت یعنی ارسال نور از طریق تار فرستنده و دریافت بازتاب نور از طریق تار گیرنده و آشکارسازي آن است . با استفاده از حداقل دو حسگر جابجایی بر روي سطح مایع و همسطح کردن انتهاي پروبهاي این دو حسگر می توان سطح ترازي با دقت 10 میکرومتر ایجاد کرد . پس از انجام این کار با قرار دادن سطح مورد آزمایش در روبروي پروبهاي تار نوري می توان تراز بودن آن سطح را بررسی کرد.
-1 مقدمه
از جمله مزیتهاي حسگر جابجایی تار نوري نسبت به سایر حسگرهاي متداول ، کاربرد در اندازه گیري بدون تماس ، اندازة کوچک ، تطابق سریع با کاربرد مورد نظر و عدم تأثیر پذیري از امواج و بمبهاي الکترومغناطیسی ، بعلت استفاده از تار نوري دي الکتریک در آنها است . حسگر تراز تار نوري که از دو حسگر جابجایی ساخته شده است ، می تواند سطح تراز را با دقت 10 میکرومتر تشخیص دهد که معیار تشخیص سطح تراز افقی در این حسگر، سطح مایع مخصوصی است که در مقابل نور فرودي داراي بازتاب بسیار مناسبی است .
یکی از مزیتهاي مهم این سیستم نسبت به سیستمهاي مشابه در این است که با استفاده از خاصیت دي الکتریک بودن تار نوري ، می توان این سیستم را در محیطهایی که نویز الکترومغناطیسی وجود دارد نیز مورد استفاده قرار داد .
از کاربردهاي مهم این ویژگی، تراز کردن موتورهاي مغناطیسی بکار برده شده در ژیروسکوپها است . لازم بذکر است که با استفاده از این فناوري می توان دقت جابجایی بازوهاي ژیروسکوپ را تا حد زیادي افزایش داد و بدین طریق توانایی ثابت کردن تصویر دریافتی و کاهش لرزش تصویر را نیز می توان افزایش داد .
-2 زمینه نظري
حسگر جابجایی تار نوري که بر اساس مدولاسیون شدت کار می کند قادر است میزان جابجایی سطح مقابل پروب تار نوري را در دو ناحیه اندازه گیري کند . ناحیه اول و دوم عملکرد حسگر در شکل - 1 - نشان داده شده است .
شکل : - 1 - نمایش ناحیه اول و دوم عملکرد حسگر
ناحیه اول عملکرد حسگر جابجایی ، بر اساس همپوشانی بین سطح مقطع مخروط ارسال تار فرستنده و تصویر سطح مقطع تار گیرنده عمل کرده و قادر است تا فاصله اي حدود
2 میلیمتر ، میزان جابجایی را با دقت یک میکرومتر اندازه گیري کند . در ناحیه دوم که در فاصله 2-15 میلیمتري فعال است شدت دریافتی توسط تار گیرنده با عکس مجذور فاصله متناسب است و لذا با افزایش فاصله ، شدت نور دریافتی و در نتیجه ولتاژ نشان داده شده کاهش می یابد.
دقت اندازه گیري فاصله در این ناحیه در حدود 10 میکرومتر است
حسگر تراز تار نوري از ترکیب حداقل دو حسگر جابجایی تشکیل می شود . نکته مهم در حسگر تراز ، ایجاد سطح تراز معیار است . به دلیل اینکه سطح مایع بطور ذاتی موازي سطح افق قرار می گیرد ، بنابراین یک سطح تراز طبیعی با دقت بسیار زیاد ایجاد می کند ، لذا استفاده از مایع بعنوان معیار سطح تراز بسیار مناسب است . معیار تعیین کننده براي انتخاب مایع ، بازتاب کافی نور از سطح مایع و همچنین دارا بودن شرایطی از قبیل عدم ته نشینی در مدت آزمایش ، سهولت در تولید ، بی خطر بودن و عدم نیاز به فیلتر است . بعنوان مثال بکاربردن مایعی مانند جیوه علیرغم بازتاب مناسب ، به دلیل سمی بودن خود جیوه و بخارات آن و همچنین جذب جیوه از طریق پوست ، امکانپذیر نیست . لازم بذکر است که تلاش براي بر طرف نمودن موانع ذکر شده در استفاده از جیوه ، با بکار بردن یک فیلتر شیشه اي با لایه نشانی مخصوص براي عبور نور مورد نظر انجام گرفت ، اما بدلیل ضخامت خود فیلتر و همچنین عدم امکان توازي فیلتر با سطح جیوه - در طراحی مکانیکی با دستگاههاي موجود نمیتوان این توازي را با دقت 10 میکرومتر ایجاد کرد عملاً - استفاده از جیوه به این طریق نیز میسر نشد . در نهایت با استفاده از مخلوطی از یک رزین مخصوص ، روغن DOP و رنگدانه ، مایع مطلوب حاصل و همه شرایط آزمایش فراهم شد . از مزیتهاي مهم مایع مذکور ناچیز بودن میزان تبخیر در مدت زمان طولانی ، به جهت دانه بندي درشت ، چگالی زیاد و همچنین استفاده از حلال روغنی است
= 0/000396 - سطح× زمان - /تغییر حجم = میزان تبخیر
- ساعت / میلیمتر -
روش کار حسگر تراز ، همچنانکه در شکل - 2 - نشان داده شده است ، به این صورت است که در آغاز ، انتهاي دو پروب تار نوري بر روي سطح مایع و سپس بر روي سطح مورد آزمایش قرار گرفته و با تغییر فاصله ، منحنی مشخصه حسگر بر روي هر دو سطح بدست می آید . سپس خروجی حسگرها که بصورت ولتاژ است ، در حالت دیجیتال به فاصله تبدیل می شود . پس از تعیین منحنی مشخصه ، انتهاي دو پروب تار نوري بر روي سطح مایع و در فاصله اي قرار میگیرند که ناحیه عملکرد حسگرها ، ناحیه دوم باشد . سپس یکی از پروبها ثابت شده و فاصله دیگري آنقدر تغییر می کند ، تا دو پروب یک فاصله را نشان دهند . در اینحالت ، سطح دو پروب تار نوري نسبت به سطح مایعدقیقاً در یک فاصله قرار گرفته و لذا یک سطح تراز افقی تشکیل می شود.
پس از انجام مراحل فوق ، ظرف مایع کنار رفته و بدون اینکه پروبها جابجا شوند ، سطح مورد آزمایش که می تواند ثابت یا متحرك - داراي چرخش - باشد ، زیر پروبها قرار می گیرد . لازم بذکر است که در اینحالت عملکرد حسگر از حالت مایع به همان منحنی مشخصه سطح مورد آزمایش تغییرمی یابد . حال اگر فاصله سر پروبها تا سطح مورد آزمایش یکسان باشد ، آن سطح تراز است و در صورت عدم یکسان بودن فاصله ها ، سطح مورد نظر تراز نیست ، البته در اینحالت می توان با جابجا کردن سطح مورد آزمایش و تنظیم آن ، به سطح تراز ایده آل دست یافت . در شکل - 3 - و - 4 - نماي کلی از پایه نگهدارندة ظروف مایع ، جهت ایجاد سطح تراز افقی نشان داده شده است .
شکل - ٢ - : بلوك دیاگرام آلی از سیستم حسگر تراز تار نوري
شکل : - 3 - نماي کلی از طرح مکانیکی پایه نگهدارندة ظروف مایع .
این سیستم در طراحی و ساخت بالانسر استاتیکی و دینامیکی براي سرعتهاي زیاد است که کاربرد آن در صنایع مختلف غیر قابل انکار است
شکل - : - 4 نماي نزدیک از طرز قرارگرفتن پروبهاي تار نوري در بالاي
ظروف مایع .
-3 آزمایشات و نتایج تجربی
در شکل - 5 - و - 6 - و - 7 - سیستمهاي بر پا شده براي انجام آزمایشات عملی بر روي مایع مخصوص ایجاد سطح تراز و سکوي خاص از جنس مواد فلزي مختلف نشان داده شده است . جعبه نشان داده شده در اشکال مذکور شامل پنج حسگر است که چهار حسگر براي تشخیص سطح تراز و حسگر پنجم براي تشخیص میزان لقی - خارج از مرکزي بصورت جابحایی - شافت دوار مورد استفاده قرار می گیرد .
خروجی حسگرهاي سطح تراز می تواند بصورت ولتاژ ، فاصله یا حتی بصورت هشدارهایی باشد که بر روي صفحه
LCD قابل رؤیت است .
سیستم نهایی براي چند دستگاه مورد آزمایش قرار گرفت که نتایج تستها بسیار جالب و قابل اطمینان بود . در انجام تستها ، با استفاده از این سیستم ایجاد سطح ترازي با دقت
10 میکرومتر بر روي سکوهاي خاص میسر شد . در آزمایشات نهایی قابلیت هم سطح نمودن شافتهاي موجود در یک سیستم نیز وجود دارد ، که البته معیار اصلی در هم سطح کردن این شافتهاي دوار ، همان سطح مایع است .
از دستاوردهاي مهم ساخت حسگر تراز تار نوري ، کاربرد عملی این سیستم در تعیین انحراف سطوح نسبت به سطح تراز افقی و تشخیص لقی و خارج از مرکزي شافت موتورها نسبت به سطح تراز است .
شکل : - 5 - نمایی از مجموعه حسگرها و پایه هاي نگهدارنده .
شکل : - 6 - نمایش عملی هم سطح کردن پروبهاي تار نوري .
شکل : - 7 - نماي نزدیک از جعبه حسگرها .
