Датчик угла наклона

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля положения объекта в пространстве. Целью изобретения является расширение диапазона за счет исключения зоны нечувствительности, обусловленной конечностью ширины светового луча излучателя, при одновременном упрощении схемы устройства. Датчик угла наклона содержит электродвигатель 1, соединенный с редуктором 2, два выхода одинаковой по величине и противоположной по знаку угловой скорости которого связаны с двумя дисками 3 и 4, имеющими дугообразные прорези и установленными соосно и внутри опор маятника 5 с укрепленными на опорах против прорезей излучателем 6 и фотоприемником 7, перекидной ключ 8, неподвижные контакты которого объединены с шиной опорного источника и общей точкой схемы, выход фотоприемника 7 подключен к управляющему входу ключа 8, неинвертирующий вход дифференциального фильтрующего усилителя 9 объединен с шиной опорного источника, а инвертирующий с подвижным контактом отмеченного ключа 8, один из дисков 3 повернут на угол φ/4 относительно вертикали в сторону его скорости вращения, а другой - на такой же угол против собственной скорости вращения, выход дифференциального фильтрующего усилителя 9 является выходом всего устройства. 3 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1 (51) 5 G 01 С 9/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОВСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4367255/24-10 (22) 27.01 88 (46) 23.01.90. Бюл. 3 (71) Смол енс ки и филиал Мос ковс кого энергетического института (72) А.М. Ковалев, В.В. Круглов, Г.Д. Панин, Г.В. Зубова и В.A. Зубов (53) 528. 541 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 972212, кл. G 01 С 9/00, 26,01.81, Авторское свидетельство СССР

1422008, кл. G 01 С 9/06, 16.02.87. (54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля положения объекта в п рос тра нст ве. Цел ью изобретения является расширение диапазона за счет исключения зоны нечувствительности, обусловленной конечно" стью ширины светового луча излучатеJlR при одновременном упрощении схемы устройства. Датчик угла наклона со" держит электродвигатель 1, соединен2 ный с редуктором 2, два выхода одинаковой по величине и противоположной по знаку угловой скорости которого связаны с двумя дисками 3 и 4, имеющими дуг собра зные прорези и установленными соосно и внутри опор маятника 5 с укрепленными на опорах против прорезей излучателем 6 и фотоприемником 7, перекидной ключ 8, неподвижные контакты которого объединены с шиной опорного источника и об" щей точкой схемы, выход фотоприемни" ка 7 подключен к управляющему входу ключа 8, неинвертирующий вход дифференциал ь ног о фил ьтрующего усилителя

9 объединен с шиной опорного источника, а инвертирующий - с подвижным контактом отмеченного ключа 8, один из дисков 3 повернут на угол й/4 относительно вертикали .в сторону его скорости вращения, а другой 4 - на такой же угол против собственной скорости вращения, выход дифференциального фильтрующего -усилителя 9 явля" ется выходом всего устройства. 3 ил.

1538049

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

Целью изобретения является расши5 рение диапазона измерений за счет исключения зоны нечувствительности с одновременным упрощением конструкции.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройст ва, на фиг . 2 - графики, поясняющие работу известного предлагаемого датчиков; на фиг. 3 - временные диаграммы. 15

Датчик содержит электродвигатель

1, редуктор 2, первый 3 и второй 4 диски, маят ни к 5, и злучат ел ь о, фотоприемник 7, перекидной ключ 8, дифференциал ьно-фил ьтр ующий усилитель 9, причем электродвигатель 1 соединен с редуктором 2, два выхода одинаковой по величине и противоположной по знаку угловой скорости которого связаны с двумя дисками 3 и 4, имеющими дугообразные прорези, установленными соосно и внутри опор маят" ника 5, с укрепленными на опорах против прорезей излучателем 6 и фотоприемником 7, перекидной ключ 8, неподвижные контакты которого объединены с шиной, опорного источника и общей точкой схемы, выход фотоприемника 7 подключен к управляющему входу ключа 8, неинвертирующий вход дифференциальногоо фил ьтрующего усилителя 9 объединен с шиной опорного ис-точни ка, а и н вер тир ующи и с иод вижным контактом отмеченного ключа 8, оДин из дисков 3 повернут на угол и 40 г- относительно вертикали в сторону

lI его скорости вращения, а второй 4 на такой же угол против собственной скорости вращения, выход дифференциального фильтрующего усилителя 9 является выходом всего устройства.

Датчик работает следующим образом.

В отсутствии крена объекта исходное положение дисков в начале каждого оборота соответствует изображенному на позиции а (пунктиром здесь показано положение маятника) . Прорези дисков перекрываются и на выходе фото" приемника имеет место высокий потенциал. Такое положение сохраняется до 55 момента когда "правый" диск повернет1! ся на угол --. Указанный потенциал

4 появляется на выходе фотоприемника до прихода дисков в начальное состояние, т.е. в момент, когда "левый" диск не дошел до начального состояния на угол

Й

4 . Указанному факту соответствует левая часть выходного импульса, изображения пунктиром.

Таким образом, в отсутствие крена объекта на выходе фотоприемника формируется импульс, длительностью

Т

t и 4 следующий с периодом Т, где Т - период оборота дисков °

При наличии углов крена (< 0 (по зиция б на фиг. 3) Длительность импульсовв определяется соотношением

1 о

2(о -aC}

Т. и

Для углов o! ) 0 (позиция в на фиг. 3) длительность импульсов имеет большую величину

2(+о()

Т, и 2ri

Исходя из вышеизложенного, зависимость длительности импульсов от угла наклона с учетом его знака можно предста вить в виде графика на фиг.2 а и описать выражением

2(+ () — — — т.

2 11

Сигнал с фотоприемника 7 воздействует на управляющий вход ключа 8, последний подключает инверсный вход усилителя 9 к источнику опорного напряжения на время действия импульсов и замыкает этот вход с общей точкой во время пауз.

Постоянная составляющая импульсного потока на инвертир ующем входе имеет величину on и

1 т

На неинвертирующий вход усилителя

9 воздействует постоянный сигнал V

На выходе усилителя имеет место сигнал

K> o!

7 =К „Ч„-Ч" 7ор=Voll (7- К ) K

=V --К +V (-- — К ) оП f7 i 1 оп 4 7 где К„и К 7 - коэффициенты передачи усилителя по соответствующим входам, 15380

30 а д Ц равно примерно

d " 2R

При выборе К = - происходит комК

4 пенса ция постоя иной соста вляющей оптопары и выходная характеристика приобретает вид, изображенный на фиг.26.

Cоотношение K > и Кд легко обеспечивается надлежащим выбором резисторов входйых цепей и тракта обратной связи дифференциально-фильтрующего усилителя 9, а необходимая степень сглаживания выбором емкости конденсатора в цепи его обрат ной с вязи.

Наличие зоны нечувствительности в известном датчике, в диапазоне малых углов крена поясняется временными ди. аграммами его работы (фиг.2в). Действительно, при отсутствии крена в начале циклов вращения дисков на выходе фотоприемника существует сигнал в течение времени поворота дисков на угол, сост ветст вующи и дуге, ра вной половине ширины светового луча .

Поэтому зависимость длительности импульса фотоприемника от угла наклона объекта имеет вид, представленный на фиг. 2в, где dt равно

d 1

dt

2 (dR где d - ширина светового луча излучателя;

ы - угловая скорость вращения дисков.

К вЂ” радиус средней линии дугообра зных прорезей дисков, Из Фиг. 2в следует наличие зоны 40 нечувствительности. Уменьшить ее (но

49 6 не исключить принципиально) можно за счет сужения светового луча, что име" ет известные технологические пределы и одновременно резко снижает чувствительность оптопары.

Из сравнения работы двух устройств следует, что изобретение, по сравне" нию с известным датчиком обеспечивает достижение положительного эффекта, указанного в цели изобретения.

Формула изобретения

Датчик угла наклона, содержащий расположенные на одной оси с возмож" ност ью неза висимого вращения, маятник и два диска с дугообразными прорезями, закрепленные на маятнике излучатель и фотоприемник, электродвигатель, связанный через редуктор с дисками, и перекидной ключ, входы которого подключены соответственно к источнику опорного напряжения и к общей точке схемы, управляющий вход связан с выходами фотоприемника, а выход - с инвертирующим входом дифференциального фильтрующего усилителя, прямой вход которого связан с общей точкой схемы, а выход с выходной клеммой датчика, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазо" на за счет исключения зоны нечувствительности и упрощения конструкции, один из дисков смещен относительно (I другого на угол --, а связи выхода фотоприемника с управляющим входом перекидного ключа и выхода дифферен" циального фильтрующего усилителя с выходной клеммой датчика выполнены непосредственными.

1538049

Я@а

Составитель Jl. Качесова

Реда ктор В, Бугренкова Техред M.Äèäûê Корректор М. Иароши

Заказ 163 Тираж 392 Подл ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101