Датчик угла наклона

 

Изобретение относится к измерительной технике и может найти нрименение в системах контроля положения об-ьекта в пространстве. Цель изобретения - повышение производительности и точности устройства , особенно при измерении малых углов. Датчик содержит первый, диск 1, маятник 2 с оптопарой, состоящей из излучателя 3 и фотоприемника 4, триггер 5 с разделенными входами, схему совпадения 6, счетчик импульсов 7, второй диск 8, электродвигатель 9, редуктор 10, индикатор знака угла наклор1а 11, перекидной ключ 12, резистор 14, усилитель постоянного тока 15, управляемый генератор 16, причем на оси вращения диска 1 укреплен маятник 2 с oirroiiapofi 3. 4, выход фотоирнемника 4 соединен с первым раздельным входом триггера 5, а через него и схему совпадения 6 со счетчиком импульсов 7, второй диск 8 укреплен соосно с первым 1, в половинах дисков выполнены дугообразные прорези, диски 1, 8 приводятся двигателем 9 через редуктор 10 во врандение с одинаковыми по величине, но разны.ми по знаку угловыми скоростями, к одному из выходов редуктора 10 подсоединен индикатор 1i знака крена объекта, выход триггера 5 соединен с управляющим входом перекидного ключа 12, подвижные контакты которого соединены с источником постоянного напряжения и обнаей гочкой схемы, .)1й контакт 12 через RC-фи,lьтp, а источни.к постоянного напряжения через резистор 14 подключены к инвертирующему и прямому входам усилителя 15, выход которого через управляе.мый генератор 16 соединен с вторым входом схе.мы совпадения 6, выход счетчика 7 подключен к второму раздельному входу триггера 5. Угол наклона преобразуется в длительность импульсов, меющих постоянный период следования, равный периоду вращения I, , последующее преобразование приводит к получению выходного кода, иропорционального значению наклона. 4 ил. СО iu IN3 ьо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (з 01 С 9,, 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 41 944 19! 24-! 0 (22) 16.02.87 (46) 07.09.88. Бюл. № 33 (7l) Смоленский филиал Московского эпер гетического ичститута (72) A. М. Ковалев, В. В. Круглов, Г. Д. Панин, Ю. И. Пучков и В. А. Зубов (53) 528.54! (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1044978, кл. G О! С 9/06, !4.05.82.

Авторское свидетельство СССР № 972212, кл. Ei 01 С 9/00, 26.01,81, (54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах контроля положения оо ьекта в пространстве. Цель изобретения — повышение производительности и точности устроиства, особенно при измерении малых углов. Датчик содержит первый . диск 1, маятник 2 с оптопарой, состоящей из излучателя 3 и фотоприемника 4, триггер 5 с разделенными входами, схему совпадения 6, счетчик импульсов 7, второй диск 8, электродвигатель 9, редуктор 10, индикатор знака угла наклона 11, перекидной ключ 12, резистор 14, усилитель постоянного тока 15, управляемый генератор 16, причем на оси вращения диска 1 укреп„„Я0„„1422008 А 1 лен чаяfllHK 2 с опгопарой 3. 4, выход фотоприемника 4 сое. инеи с первым раздельным входом триггера 5, а через него и схему совпадения 6 со c÷åò÷lli oì импульсов 7, второй диск 8 укреплен сооспо с первым 1, в половинах дисков выполнены дугообразные прорези, диски 1, 8 приводятся двигателем 9 через редуктор 10 во вращение с одинаковыми по величине, Но разными l10 знаку угловыми скоростями, к одному из выходов редуктора 10 подсоединен индикатор 1 знака крена объекта, выход трип ера 5 соединен с управляющим Вхо. гом перекидного ключа 2, подвижные контакты которого соединены с источником постоянного напряжения и общей гочкой схех:ы, подвижный контакт 12 через

RC-фильтр. а источник постоянного напряжения через резистор !4 подключены к 3 инвертирующему и прямом входам усилите.lB 15, выход которого через управляемый генератор 16 сое.,инеи с ьторым входом схемы совпадения 6, выход счет ика 7 подключен к второму раздельному входу триггера 5. Угол на клона преобразуется в длительность импульсов, . меющих посILL тоянный период следования, равный периоду вращения, пс. >в 1, 8, последующее ффЬ преобразование которои ..риводит и получению выходного ко:ьа, Ilðîèoðöèîíàëüíoãо р значению наклона. 4 ил.

1422008

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля положения объекта в пространстве.

Целью изобретения является повышение производительности и точности измерений за счет уменьшения влияния дрейфа порога срабатывания фотоприемника.

На фиг. 1 изображена схема датчика; на фиг. 2 — 4 — — временные диаграммы работы устройства.

Дат ик содержит первый диск 1, маятник 2; оптопарой, состоящей из излучателя 3 и фотоприемника 4, триггер 5 с раздельными входами, схему 6 совпадения, счетчик 7 импульсов, второй диск 8, электродвигатель 9, редуктор 10, индикатор ll знака угла наклона, перекидной ключ 12, резисторы 13 и 14, усилитель 15 постоянного тока, управляемый генератор !6, конденсатор 17, причем на оси вращения диска 1 укреплен маятник 2 с оптопарой, состоящий из излучателя 3 и фотоприемника 4, выход которого соединен с первым раздельным входом триггера 5, а через него и схему 6 совпадения со счетчиком 7 импульсов, выход которого является вторым выходом устройства, второй диск 8 укреплен соосно с первым 1, в половинах дисков выполнены дугообразные прорези, диски 1 и 8 кинематически связаны с двигателем 9 через редуктор !О с двумя выходами одинаковой по величине и противоположной по знаку угловой скорости, к одному из выходов редуктора 10 подсоединен индикатор ll знака угла наклона, выход которого является первым выходом устройства, выход фотоприемника 4 оптопары объединен с клеммой момента считывания информации, являющейся третьим выходом устройства, выход триггера 5 соединен с управляющим входом перекидного ключа 2, подвижные контакты которого связаны с клеммой источника постоянного напряжения и общей точкой схемы, подвижный контакт ключа 12 через резистор 13, " клемма источника постоянного напряжения через резистор 14 подключены к инвертирующему и прямому входам усилителя 15, выход которого через управляемый генератор 16 соединен с вторым входом схемы 6 совпадения, выход счетчика 7 подключен к второму раздельному входу триггера 5, а инвертирующий вход усилителя 15 через конденсатор 17 соединен с общей точкой схемы.

Датчик работает следующим образом.

Диски 1 и 8, вращаемые через редуктор 10 двигателем 9 в противоположные стороны, последовательно в течение каждого оборота проходят одни и те же фазы взаимного расположения. 3а начальный момент примем такое их расположение, когда две прорези оказываются слева и концы иv,лежат на вертикали (требуемая для этого

ЗО

55 взаимная установка дисков производится при сборке) . Пусть маятник 2 занимает положение, показанное на фиг. 2 пунктиром. Тогда при отмеченном положении дисКоВ А cBpTQBQH поток H3 !ó÷àTñ:Iÿ IIpoxoдит через две прорези, и на выходе фотоприемника 4 имеет место высокий потенциал. Такое положение сохраняется при дальнейшем движении дисков, вплоть до момента, когда «левый» диск не повернется на угол а. При этом световой поток перекрывается, и I a выходе фотоприемника образуется нулевой по-.енциал.

Оптронпая связь оказывается оборванной и для больших углов (на фиг. 2 показано положение Б, соответствующее повороту дисков на угол л). При повороте дисков на угол 2л — а (положение В) углы отсчитываются с учетом направления вращения дисков, оптронная связь восстанавливается (этот момент определяется «правым» диском, «левый» уже подготовлен), на выходе фотоприемника снова появляется высокий потенциал Таким образом, при положении маятника, указанном на фиг. 2, на выходе 4 образуется последовательность импульсов, следуюгцих с периодом Т, равным времени оборота дисков, имеющих длительность Л1=2а/ы, где ю — круговая частота вращения дисков, ы=-2;т/T.

Вид сигнала 4 для углов крена обьекта противоположного знака поясняют временные диаграммы фиг. 3. Здесь за исходное положение дисков принято то же, что и в рассмотренном ранее случае.

Видно, что начиная от положения Г, вплоть до положения Д, соответствующего повороту дисков на угол л — и, на выходе оптопары имеет место нулевой потенциал, так как световой поток перекрыт. В момент Д «правый» диск подготовлен и начало импульса на выходе 4 определяется

«левым» диском. Высокий потенциал на выходе оптопары сохраняется до момента Е, т. е. до момента, когда световой поток не будет перекрыт «правым» диском. Моменту Е соответствует угол поворота дисков л+а. После момента Е и до окончания периода на выходе 4 сохраняется нулевой потенциал (положение Ж) .

Таким образом, здесь, как и в предыдущем случае, на выходе 4 формируется импульсная последовательность с длительностью М= — 2о./ы и периодом Т.

Работу остальных блоков устройства поясняют временные диаграммы фиг. 4.

Передним фронтом сигнала с выхода 4 триггер 5 перебрасывается в единичное состояние. При этом открывается схема 6 совпадения, и на вход счетчика 7 начинают поступать импульсы управляемого генератора 16. В момент окончания импульса образуется сигнал считывания информации (перепад 1 О) из счетчика 7, в котором оказывается код

1422008

10 !

Фо,!ъ!! »;.и изоб;."теки.

N,»=- At Ь, где fy — частота следования импульсов 1б, пропорциональная углу крена объекта а.

Счетчик 7 продолжает считать импульсы

16 вплоть до переполнения его емкости Мо.

В этот момент на выходе счетчика формируется перепад, переводящий триггер 5 в нулевое состояние, после чего дальнейшее поступление импульсов прекращается. На время действия единичного сигнала на выходе триггера 5 ключ 12 пребывает в верхнем положении, подключая левый вывод резистора 13 к клемме источника постоянного напряжения Vo. Все остальное время указанный вывод подключается к общей точке схемы. Таким образом, через резистор 13 протекают импульсы тока с амплитудой Vu/Rz, где R2 — сопротивление резистора 13 и длительностью No/1,, Постоянная составляющая этого тока, протекающая через сглаживающий RC-фильтр, образованный элементами 13 и 17, имеет величину Ьо!х»:"/К Ь-T. При большом коэффициенте усилителя 15 она равна току Vo. Rl (Ri — сопротивление резистора 14). Поэтому частота управляемого генератора имеет значение

»у = = ы)=)х ю, Я»д!! » о » -»»»» о

RaТ й, 2Г пропорциональное скорости вращения дис ков w.

Выходной код устройства

N„= — At fbi= — — » — k; ы=2 k x

2 и при этом не зависит от угловой скорости w.

Информацию о знаке угла крена объекта выдает индикатор 11 знака. Работа его основана на том, что выходные сигналы фотоприемника 4 в зависимости оТ направления крена отличаются своим взаимным положением. Действительно, при а(0 (фиг. 2) импульсы 4 располагаются в начале и конце периода Т, а при а)0 (фиг. 3) они сдвинуты на полпериода Т. Работа индикатора 11 (он может быть реализован, например, на основе последовательного соединения импульсного датчика 18 и ждущего мультивибратора 19) происходит следующим образом. Импульсный датчик 18 в начале каждого периода Т выдает импульс, запускающий ждущий мультивибратор 19. На выходе последнего формируется импульс длительности 1»9)а„ „,/ы временные диаграммы фиг. 4). Поэтому, ес25

4 ли в момент с !итывания коды А,» на выходе 11 существх ет высокий !!о ген пиал (уровень логической единицы), то а(0, углу крена объекта противоположного знака (а)0) соответствует уровень,!огичсского нуля.

Предлагаемый преобразователь работоспособен как в статическом режиме, так и в режиме движения. В датчике дрейф порога срабатывания единственной оптопары не приводит к изменеHHIo длительности выходного импульса фотоприемника (возможно лишь небольшое его временное смещение).

Сигнал 1 1 является чисто инд!!катор!:ым информацион!!у!с нагрузку несет в еб сигнал оптопарь аятник:».

Датчик угла наклона, .одер. à.ций !е!.вый диск и маятник, уcT :Hoâëci:HI»lå с «о:;можностью вращения, закрепленHIIе на м;— ятнике излучатель и фотоприемник, к выходу которого после.lîB3тельно подключены чер! з первые входы триггер и схема совпадения, выходом связанная со счетчиком импульсов, электродвигатель и источник питания с общей точкой схемы, отличаю!ииися тем, что, с целью повышения производительности и точности за счет уменьц!ения влияния .ipeifr)3 порога сраоатыван!!я фотоприемника, oil снабже!! вторым диском. уcTÇHQBëåííûì с возможность!О вращени.» соосно с первым диском и с маятником, редуктором, связанным входом с электро двигателем, а двумя выходами с соответствую!цими дискам!!, индикаторо» знака угла наклона, !ерез который редуктор подключен к первому выходу устройства, выход триггера соединен с управляющим входом введенного перекидного ключа, другими входами связанного соответственно с источником питания и общей точкой схемы, а выходом через введенный RC-фильтр с инвертирующим входом введенного усилителя постоянного тока. прямой вход которого через введенный резистор подключен к источнику питания, а выход через введенный управляемый генератор связан с вторым входом схемы совпадения, выход счетчика импульсов соединен с вторым выходом устройства и с вторым входом триггера, первый вход которого подключеll к третьему выходу устройства, а выходы редуктора связаны с его входом через механи !еские передачи C ffpoт!»ВО!!Оложным!! 3Hак3ми коэффHциcHтов пc редачи.

1422008 ьГ

:Л

9 ог 2 х х х х

i E .т -сс 2л

Составитель В. Сараханов

Редактор В. Бугренкова 1ехред И. Верес Корректор Л. Пилипенко

Заказ 4415!37 Тираж 680 Г1одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- — 35, Раушская наб., д. 4 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Г!роектная, 4