Устройство для измерения угла наклона

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА, содержащее датчик угла наклона в виде корпуса с установленным в опорах внутри корпуса маятниковым чувствительным элементом , подключенный к датчику угла блок регистрации, отличающее сЯ тем, что, с целью повышения точности и пороговой чувствительности измерений, блок регистрации выполнен в виде преобразователя сиг1ала , компаратора, триггера со счет1ЫМ входом, трех двухвходовых эле«ентов И, одного трехвходового эле«ента И, инвертора, генератора счет1ЫХ импульсов, реверсивного счетчиса , преобразователь сигнала, компаоатор , триггер со счетным входом образуют последовательную цепь,выход компаратора соединен с вторьм входом первого двухвходового элемента . И и через инвертор с первым входом второго элемента И и вторым входом трехвходового элемента Н, прямой выход триггера соединен о-первым входом первого двухвходового элемента И и третьим входом трехвходового элемента И, инверсный выход триггера связан с вторым входом второго двухвходового элемента И, выход первого двухвходового элемента И соединен с первым входом третьего двухвходового элемента И, генератор счетных импульсов связан с вторым входом третьего двухвходового элемента И и первым входсяч трехвходового элемента И, выходы третьего двухвходового элемента И и трехвходового Элемента И подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчи (Л ка, выход второго двухвходового элемента И соединен со входом установки нуля реверсивного счетчика опоры маятникового чувствительного элемента выполнены электростатическими, маятниковый чувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра с двумя симметричными относительно оси цилиндра прямоугольными бкнами 05 в средней части боковых поверхносОС тей, в корпусе установлены четыре измерительных электрода, ось чувста вительности каждого из кйторых со- . ос ставляет к вертикали, противоположные электроды попарно электрически соединены и подключены к соответствующим входам преобразовазгеля сигнала блока регистрации.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 01 S 7 3О

C- - " "

»»»

p"

Ъ (.,„,,-"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, ;.. .

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3502366/18-28 (22) 22.10.82 (46) 23.01.84. Бюл. В 3 (72) Г.Ф.Дробышев и В.В. Тимофеев (71) МВТУ им. Н.Э.Баумана (53) 531.717(088.8) (56) 1. Туричин А.N. Электричесхие измерения неэлектрических величин, М. †.Л., "Энергия", 1966, с. 459.

2. Авторское свидетельство СССР

В 690288, кл. 5 01 С 9/02, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛА НАКЛОНА, содержащее датчик угла наклона в виде корпуса с установленным в опорах внутри корпуса маятниковым чувствительным элементом, подключенный к датчику угла блок регистра««ии, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности и пороговой чувствительности измерений, блок регистрации рыполнен в виде преобразователя сиг«ала, компаратора, триггера со счет«ым входом, трех двухвходавых эле«ентов И, одного трехвходового эле«ента И, инвертора, генератора счет«ых импульсов, реверсивного счетчи<а, преобразователь сигнала, компазатор, триггер со счетным входом збразуют последовательную цепь, выход сомпаратора соединен с вторым вхо-. дом первого двухвходавого элемента .

И и через инвертор с первым входом второго элемента И и вторим входом

„.80„„,««Щ8698 A трехвходового элемента И, прямой выход триггера соединен о первым входом первого двухвходового элемента И и третьим входом трехвходового элемента И, инверсный выход триггера связан с вторым входом второго двухвходового элемента И, выход первого двухвходового элемента

И соединен с первым входам третьего двухвходового элемента И, генератор счетных импульсов связан с вторым входом третьего двухвходового элемента И и первым входом трехвходового элемента И, выходы третьего двухвходового элемента И и тоехвходового .элемента И подключены соответственно к суммирующему и вычи- э

62 тающему входам реверсивного счетчика, выход второго двухвходового элемента И соединен со входом установки нуля реверсивного счетчика опоры маятникового чувствительного элемента выполнены электростатическими, Я маятниковый чувствительный элеменr выполнен в виде полого цилиндра с двумя симметричными относительно оси цилиндра прямоугольными окнами в средней части боковых поверхностей, в корпусе установлены четыре измерительных электрода, ось чувствительности каждого из которых со.ставляет 45 к вертикали, противоо положные электроды попарно электрически соединены и подключены к со-. ответствующим входам преобразователя сигнала блока регистрации.

1068698

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения малых углов, в частности, в наклономерах.

Известно устройство для измерения угловых перемещений, содержащее магнитный барабан, привод, две магнитные головки, счетчик импульсов ГХ3.

Недостатком устройства является малая точность измерений, обусловленная нестабильностью привода.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения угла наклона, содержащее датчик. угла наклона в виде корпуса с установленным в опорах внутри корпуса маятниковым чувствительным элементом и подключенный к датчику угла блок регистрации (2).

Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерений, обусловленную моментами трения в опорах маятникового чувствительного элемента. Кроме того, нестабильность резонансных частот колебательных контуров, включенных в цепи измерительных генераторов, также ограничивает: точность измерения углов при изменении температуры окружающей среды.

Целью изобретения является повышение точности и пороговой чувствительности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения угла наклона, содержащем датчик угла наклона в виде корпуса с установ- 35 ленным в опорах внутри корпуса маятниковым чувствительным элементом, подключенный к датчику угла блок регистрации, последний выполнен в ви- де преобразователя сигнала, компа- 40 ратора, триггера со счетным входом, трех двухвходовых элементов И, одного трехвходового элемента И, инвертора, генератора счетных импульсов, реверсивного счетчика, преобразователь сигнала, компаратор, триггер со счетным входом образуют последовательную цепь, выход компаратора соединен с вторым входом первого двухвходового элемента И и через инвертор с первым входом второго элемента И и вторым входом трехвходового элемента И, прямой выход триг,гера соединен с первым входом первого двухвходового элемента И и третьим входом трехвходового элемента, И, инверсный выход триггера связан с вторым входом второго двухвходового элемента И, выход первого двухвходового элемента И соединен с первым входом третьего двухвходового элемента И, генератор счетных импульсов связан с вторым входом третьего двухвходового элемента И и первым входом трехвходового элемен.та И, выходы третьего двухвхоЯового 65 элемента И и трехвходового элемента

И подключен соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, выход второго двухвходового элемента Й соединен со входом установки нуля реверсивного счетчика опоры маятникового чувствительного элемента выполнены электрическими, маятниковый чувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра с двумя симметричными отно-. сительно оси цилиндра прямоугольнымн окнами в средней части боковых поверхностей, в корпусе установлены четыре измерительных электрода, ось чувствительности кажпого из которым составляет 45 к .вертикали, противоположные электроды попарно электрически соединены и подключены к соответствующим входам преобразователя сигналов блока регистрации.

На фиг. 1 представлена блок-схема датчика; на фиг. 2 - разрез A-A на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1 °

В керамическом корпусе 1 подвешен маятниковый чувствительный элемент 2, удерживаемый электрическими силами, образуемыми электродами 3-12 электростатических опор., Цилиндрические электроды 3-10, жестко закрепленйые в корпусе 1, образуют две цилиндрические опоры,обес» печивающие центрирование чувствительного элемента 2 в радиальном направлении.

Дисковые электроды 11 и 12 (фиг.11 жестко закрепленные на корпусе 1, образуют плоскую опору, обеспечивающую центрирование чувствительного элемента 2 в осевом горизонтальном направлении.

Каждая пара диаметрально противоположных электродов 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8, 9 и.10, 11 и 12 включена в свой канал 13,,14, 15, 16 и 17 стабилизации соответственно, каждый из которых содержит датчик положения чувствительного .элемента 2 в корпусе

1, корректирующее устройство и Аор- ° мирователь силовых потенциалов (зарядов}. Каналы 14-17 подключаются аналогично каналу 13 к соответствующим им электродам.

Цилиндрические электроды 18-21 (фиг. 4 I жестко закреплены в средней части корпуса 1 и.образуют с чувствительным элементом 2, выполненным в виде полого цилиндра с двумя прямоугольными отверстиями-окнами в средней части его боковой поверхности, измерительные конденсаторы.

Диаметраль но противоположные электроды 18 и 19, 20 и 21 электрически соединены друг с другом, чтобы исключить влияние линейных сме1068698 щений чувствительного элемента 2 из центра корпуса 1 на точность измерения его угловых отклонений. Элементы

1-21 образуют собственно датчик угла.

Блок 22 регистрации (фиг. 4) содержит преобразователь 23 сигнала, по- 5 следовательно включенные компаратор

24 и тригер 25 со счетным входом, двухвходовые элементы H 26-28, трехвходовый элемент И 29, инвертор 30, генератор 31 счетных импульсов, ре- 10 версивный счетчик 32. Триггер 25 со счетным входом своим прямым выходом .подключен к первому входу первого двухвходового элемента H 26 и третьему входу трехвходового элемента И 29. 15

Инверсным входом тригера 25 связан с вторым входом второго двухвкодового. элемента И 27. Компаратор 24 соеди- . нен с вторым входом первого двухвходового элемента И 26 и через инвертор 30 с первым входом второго двухвходового элемента И 27 и вторым входом трехвходового элемента И 29.

Генератор 31 счетных импульсов через третий двухвходовый элемент

И 28 и трехвходовый элемент И 29 соединен соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика 32. Вход установки нуля реверсивного счетчика 32 соединен с выходом второго двухвходового элемента И 27.

Устройство работает следующим. образом.

При включении источников питания электронных каналов 13-17 чувствительный элемент 2 совершает свободные маятниковые колебания в электростатических опорах.

При исходйом положении корпуса 1, когда cL =0 и оси чувствительности 40 измерительных электродов 18-21 составляют углы в 45О к вертикали, на выходе преобразователя 23 сигнала формируется синусоидальное напряжение. 45

Равенство полупериодов .выходного напряжения преобразователя 23 соответствует горизонтальному положению ,корпуса 1..

При поворотах корпуса 1 вокруг горизонтальной оси на малые углы Ы на выходе преобразователя 2З формируется синусоидальное напряжение, нул .переходы которого происходят в моменты времени, не равные половине периода колебаний маятника. Это напряжение поступает на вход компаратора 24, на выходе которого формируются разнополярные импульсы, длительность которых определяется моментами прохождения через нуль синусоидального напряжения преобразователя 23.

Импульсное напряжение поступает на вход триггера 25 со счетным входом и через инвертор 30 на вход элемента И 27. На второй вход элемента И 27 подаются импульсы с инверсного выхода триггера 25. При этом на выходе элемента И 27 формируются импульсы установки нуля реверсивного счетчика 32. Элемент И 28 формирует импульсы последовательности, разрешающие прохождение счетных импульсов через элемент И 28 с выхода генератора 31 счетных импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 32 в течение интервалов

Времени, соответствующих положительному зна у напряжения. Трехвходовый элемент 29 "И" формирует импульсы последовательности, разрешающие прохождение счетных. импульсов генератора 31 на вычитающий вход реверсивного счетчика 32 .в течение интервалов времени, соответствующих отрицательному знаку напряжения преобразователя

23 сигнала.

Число импульсов на выходе реверсивного счетчика 32 как результат вычитания последовательностей импульсов, соответствующих положительному и отрицательному знаку колебаний, является мерой углов наклона объекt та относительно горизонта. В течение времени последующего периода колебания маятника происходит запись полезной информации и обнуление счетчика 32.

В дальнейшем цикл измерения углов наклона повторяется.

Устройство обеспечивает высокую точность измерения углов наклона. благодаря отсутствию нестабильных индуктивных элементов в измерительных цепях датчика.

ВНИИПИ Заказ 11444/33 Тираж 59 1 Подписное

Филиал ППП. "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4