一种激光称重装置及其真空低温试验环境下的应用系统制造方法及图纸

本申请涉及一种激光称重装置及其真空低温试验环境下的应用系统，该装置包括承物板（7）、传动杆（8）、激光器（10）、CCD图像传感器（14）和数据处理终端（15），以及轴平面镜（9）和至少一块中继平面镜（13），传动杆（8）的一端置于承物板（7）上，另一端铰接在轴平面镜支座（5）上并且该端设有轴平面镜（9），工作时激光器（10）位置固定且其光束能够射到轴平面镜的转动轴心进行反射并经由至少一块中继平面镜的反射到达CCD图像传感器，使轴平面镜转动量得到放大，纵使较小的物体重量变化也能被准确测取到，精确度得到显著提高。并且本申请该激光称重装置在真空低温试验环境下的应用系统具有造价低、可靠性高的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种激光称重装置及其真空低温试验环境下的应用系统
本申请涉及物体重量测取
，尤其涉及一种激光称重装置及其真空低温试验环境下的应用系统。
技术介绍
现有的称重技术基本可以分为物理称重技术和传感器称重技术，物理称重技术有杠杆原理下的物理天平，传感器称重所用到的传感器主要包括电阻应变式、压磁式、振弦式、核子式、差动变压式传感器，而能够在低温真空环境下适用的传感器均面临着造价昂贵、可靠性差的问题，甚至在某些极端环境下尚无可用传感器进行称重。理论上，杠杆原理下的物理天平在真空低温环境下能够称重，但可操作性极差，并且无法对处于真空低温试验箱中物体的重量变化进行长期连续的测量。申请号201621078357.2的专利文献公开了一种基于光杠杆的激光测重装置，包括支架、激光器、CCD图像传感器、数据处理单元和数据显示单元，在支架上垂直设置有两根平行的金属丝，在金属丝末端连接有水平设置的称重板，在称重板一侧设置有光杠杆，激光器固定设置在光杠杆上，CCD图像传感器设置在能够接收到激光器发出的激光信号的感应范围内，CCD图像传感器和数据显示单元通过数据线与数据处理单元连接。其通过光杠杆将金属丝产生的形变量传递到激光器上，以CCD图像传感器接收激光器发出的激光信号并将激光峰值位移量传递至数据处理单元，并由数据显示单元显示数值。该方案在一定程度上能够实现物体重量变化的长期连续测量，但是仍然存在如下问题：1、虽然其通过光杠杆将金属丝产生的形变量传递到激光器上，但是，由于激光器发出的光束直接打到CCD图像传感器上，如果实际形变量较小光束在CCD图像传感器上的位移量是没法准确反映和测取实际的重量变化的，即满足不了较高精度的物体重量变化测取需求。2、称重板由两根平行的金属丝悬挂，而金属丝容易晃动，稳定性得不到保障，晃动的称重板将严重影响测量精度。
技术实现思路
本申请所要解决的技术问题是：提供一种能够对物体重量变化实现长期连续且高精度测量的激光称重装置。进一步还提供了该激光称重装置在真空低温试验环境下的应用系统。为解决上述问题，本申请提供了一种激光称重装置，包括承物板、传动杆、激光器、CCD图像传感器和数据处理终端，该装置还包括轴平面镜和至少一块中继平面镜，所述传动杆的一端置于所述承物板上，另一端铰接在轴平面镜支座上并且该端设有所述轴平面镜，工作时所述激光器位置固定且其光束能够射到所述轴平面镜的转动轴心进行反射并经由至少一块所述中继平面镜的反射到达所述CCD图像传感器。优选的，所述承物板底部由线性弹性底座支撑。优选的，整个所述装置集成设置于一块具有找平功能的基座平台上。优选的，所述基座平台底部设有高度可调节支座，顶部设有水平泡。优选的，所述轴平面镜、所述中继平面镜具体由反射率较高的抛光金属材料制成。相应地，本申请还提供了一种激光称重装置在真空低温试验环境下的应用系统，该应用系统包括真空低温试验仓和权利要求1所述的激光称重装置，其中，除CCD图像传感器和数据处理终端之外的其余部件均设在所述真空低温试验仓内，经末端中继平面镜反射后的激光束通过所述真空低温试验仓上开设的玻璃观察窗达到所述CCD图像传感器。本申请与现有技术相比具有以下优点：1、本申请中，承物板上的竖向位移通过传动杆传递到轴平面镜上，轴平面镜和至少一块中继平面镜利用光反射过程将轴平面镜转动量转化为光束偏斜角度，经过一定的光路传输能够使较小的镜面转动转化为CCD图像传感器上较大的光斑位移，即起到使转动量放大的功能，由此纵使较小的物体重量变化也能被准确测取到，精确度得到显著提高。2、进一步地，相较现有技术中悬挂称重板的金属丝容易晃动，本申请中承物板由线性弹性底座实现稳定支撑，稳定性好。3、本申请中，激光称重装置应用到真空低温试验环境下时，CCD图像传感器部件放置于极端环境实验仓外，其它部件置于仓内，这样的设置与传统极端环境可用称重装置相比，具有造价低、可靠性高的特点。附图说明下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。图1为本申请实施例提供的激光称重装置的结构示意图。图2为本申请实施例提供的激光称重装置在真空低温试验环境下的应用系统的结构示意图。图3为本申请实施例提供的传动杆与轴平面镜组件的结构示意图。图中：1—高度可调节支座，2—水平泡，3—基座平台，4—线性弹性底座，5—轴平面镜支座，6—激光器支座，7—承物板，8—传动杆，9—轴平面镜，10—激光器，11—竖向支架，12—水平支架，13—中继平面镜，14—CCD图像传感器，15—数据处理终端，16—真空低温试验仓，17—玻璃观察窗。具体实施方式实施例1激光称重装置参考图1和图3，本申请实施例提供了一种激光称重装置，其主要包括承物板7、传动杆8、激光器10、CCD图像传感器14和数据处理终端15，以及由轴平面镜9和至少一块中继平面镜13构成的转动量放大组件。CCD图像传感器14用于接收经末端中继平面镜13反射过来的激光束，数据处理终端15与CCD图像传感器14、用于实时/定时根据CCD图像传感器14传输过来的光斑位移数据和预存函数关系确定承物板7上物体的重量或重量变化。轴平面镜9、中继平面镜13具体可以由反射率较高的抛光金属材料制成，比如反射率大于99.9%的纳米镜面，以减少激光束反射过程对测量结果的影响。轴平面镜9、激光器10、中继平面镜13分别具有对各自起支撑作用的轴平面镜支座5、激光器支座6和中继平面镜支座；为了使整个装置结构紧凑和便于中继平面镜13的位置调节，中继平面镜支座包括竖向支架11和水平支架12，水平支架12在竖向支架11上的高度可调，中继平面镜13通过球装铰支座设置在水平支架12的端部。传动杆8和轴平面镜9为整体式设计，传动杆8使承物板7微量的竖向位移转换为轴平面镜9的转动。传动杆8的一端置于承物板7上（并使在其置于承物板7上时承物板7台面保持水平，比如承物板7有一个初始的斜度，传动杆8一端放上后刚好水平），另一端铰接在轴平面镜支座5上并且该端设有轴平面镜9，轴平面镜9能够在传动杆8的带动下产生转动。在高精度需求的应用场景中，承物板7竖向位移量相对较小，轴平面镜9不会发生较大转动，可设置未放置重物时的轴平面镜9与水平面夹角为45°。功率固定的激光器10设在轴平面镜9旁边，位置一旦调准就固定住，其光束能够水平射到轴平面镜9的转动轴心进行反射并经由至少一块中继平面镜13的反射到达CCD图像传感器14，这样的光路传输能够使较小的镜面转动转化为CCD图像传感器上较大的光斑位移，即起到使转动量放大的功能。其中，激光器10的光束投射在轴平面镜9的中心轴位置，保证在轴平面镜9转动过程中，激光束照射点位置不发生变化。能够起放大功能的原因：当轴平面镜9转动角度为α，相应的，入射激光束与出射激光束间的夹角增大量为2α，在此过程中，轴平面镜9的转动量在激光束角度上放大了2倍；根据三角形相似原理，当三角形的一边长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光称重装置，包括承物板（7）、传动杆（8）、激光器（10）、CCD图像传感器（14）和数据处理终端（15），其特征在于，该装置还包括轴平面镜（9）和至少一块中继平面镜（13），所述传动杆（8）的一端置于所述承物板（7）上，另一端铰接在轴平面镜支座（5）上并且该端设有所述轴平面镜（9），工作时所述激光器（10）位置固定且其光束能够射到所述轴平面镜（9）的转动轴心进行反射并经由至少一块所述中继平面镜（13）的反射到达所述CCD图像传感器（14）。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光称重装置，包括承物板（7）、传动杆（8）、激光器（10）、CCD图像传感器（14）和数据处理终端（15），其特征在于，该装置还包括轴平面镜（9）和至少一块中继平面镜（13），所述传动杆（8）的一端置于所述承物板（7）上，另一端铰接在轴平面镜支座（5）上并且该端设有所述轴平面镜（9），工作时所述激光器（10）位置固定且其光束能够射到所述轴平面镜（9）的转动轴心进行反射并经由至少一块所述中继平面镜（13）的反射到达所述CCD图像传感器（14）。


2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述承物板（7）底部由线性弹性底座（4）支撑。


3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，整个所述装置集成设置于一块具有找平功能的基座平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚胜，温智，何成旦，金龙，高樯，魏彦京，施瑞，殷子涵，王永瑞，
申请(专利权)人：中国科学院西北生态环境资源研究院，兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃;62