Устройство для измерения координат положения измерительного элемента

 

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения положения измерительного элемента для дефектоскопии стен строительных сооружений, для определения ближнего поля антенн с большой апертурой защищенных обтекателем сложной формы, например в виде полусферы ил конусообразной формы. Технической задачей изобретения является устройство для измерения координат положения измерительного элемента, при расположении его на поверхности объекта сложной формы, с высокой точностью и однозначным определением координаты положения измерительного элемента на поверхности объекта. Устройство содержит измерительный элемент 1, держатель 2 измерительного элемента 1, два одинаковых измерителя перемещения 3 и 4, каждый из которых содержит трос 5 соединенный с реверсивным приемником 7 троса 5 фиксатор 9, прижимное устройство 10 троса 5, формирователь дискретности 11, один выход 12 которого соединен со входом электрического датчика 13 линейного перемещения троса 5, а второй выход 14 соединен со входом электрического датчика 15 направления перемещения троса 5. Выходы датчиков 13 и 15 соединены с соответствующими входами вычислителя 16 линейного перемещения троса 5, выход которого соединен с вычислителем координат 17 положения измерительного элемента 1. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике антенных измерений и может быть использовано для измерения положения измерительного элемента для дефектоскопии стен строительных сооружений, для определения ближнего поля антенн с большой апертурой защищенных обтекателем сложной формы, например в виде полусферы или конусообразной формы, для измерения характеристик антенн установленных стационарно на земле или на изделиях и защищенных от внешних воздействий радиопрозрачными кожухами.

Известно устройство для измерения поля в раскрыве антенны (авт. св. СССР N 1506390 A1, кл. G 01 R 29/10, 1989), содержащее зонд, соединенный с регистратором, механизм пространственного перемещения зонта, включающий вертикальные направляющие и верхние и нижние горизонтальные направляющие и соответствующие каретки, соединенные соответственно с приводами, эталонную горизонталь в виде натянутой металлической ленты, первую дополнительную горизонтальную направляющую, первую дополнительную каретку, датчик осевого перемещения с первым исполнительным механизмом, например в виде электромагнита, эталонную вертикаль в виде металлической ленты с грузом, укрепленным в нижней части с демпфирующим блоком, например в виде плоскости, укрепленной в нижней части эталонной вертикали и погруженной в емкость с маслом, укрепленным на каретке нижней горизонтальной направляющей в которой находится вторая дополнительная каретка с жестко укрепленным на ней зондом и вторым, аналогичным первому, датчиком осевого перемещения второй дополнительной каретки, соединенным через второй усилитель со вторым исполнительным механизмом. Первый датчик может быть выполнен в виде Ш-образного сердечника с двумя питающими обмотками на центральных стержнях и четырьмя выходными обмотками на крайних стержнях.

Недостатками данного устройства являются достаточная сложность конструкции, заключающаяся в большом количестве горизонтальных и вертикальных направляющих, требующее при развертывании устройства большого количества точек жесткого крепления направляющих и полной их юстировки в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также невозможность использовать данное устройство при измерениях антенн, апертура которых расположена горизонтальное, а также антенн расположенных под обтекателем сложной формы.

Известно устройство для измерения ближайшего поля антенны (АС СССР N 970269, кл. G 01 R 29/08, 1982 г.), содержащее координатор с направляющей, подвижный зонд, выход которого соединен с сигнальным входом амплифазометра, фотодатчик размещенный на зонде и координатную планку с отверстиями, два элемента И, элемент ИЛИ, блок задержки, два концевых выключателя, размещенных на координаторе и триггер, причем выход фотодатчика соединен с одним из входов элемента И и входом блока задержки, выход которого подключен к одному из входов другого элемента И, а вторые входы обоих элементов И соединены с выходами триггера, установленные входы которого соединены с концевыми выключателями, выходы элементов И соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого подключен ко входу запуска амплифазометра.

Недостатком данного устройства является невозможность проведения измерений характеристик антенн расположенных под обтекателем сложной формы, поскольку координатор и направляющие выполнены в виде жесткой конструкции.

Наиболее близким техническим решением - прототипом является устройство для перемещения измерительного элемента по раскрыву антенны (авт. св. СССР N 1020784 А, кл. G 01 R 29/10, 1983), содержащее вертикальный и горизонтальный тросовые приводы с системой направляющих роликов, расположенных в углах прямоугольника, соответствующего раскрыву антенным на них держателем измерительного элемента, соединенные с соответствующим тросовым приводом, при этом трос каждого тросового привода выполнен замкнутым и натянут на систему направляющих роликов, образуя замкнутый прямоугольник, при этом одна из его сторон образована тремя ветвями этого троса.

Недостатком известного устройства является невозможность проведения измерений характеристик антенн со сложной формой апертуры, например выпуклых, или антенн расположенных под обтекателем сложной формы.

Технической задачей изобретения является создание устройство для измерения координат положения измерительного элемента при расположении его на поверхности объекта любой формы, в частности, при контроле дефектов в стенах строительных сооружений, при измерении амплитудно-фазового распределения в раскрывах выпуклых антенных решеток или антенн установленных под обтекателями сложной формы, например в виде полусфера или конусообразной формы с высокой точностью и одназначным определением координаты положения измерительного элемента на поверхности исследуемого объекта.

Поставленная задача решается в устройстве для измерения координат положения измерительного элемента, содержащем два троса и держатель измерительного элемента, в котором на держателе измерительного элемента установлены два одинаковых измерителя перемещения, каждый из которых содержит трос, один конец которого соединен с реверсивным приемником троса, а другой конец соединен с фиксатором, при этом перед реверсивным приемником троса установлен прижимное устройство троса, обеспечивающее безпроскальзывающее сцепление троса с формирователем дискретности, один выход которого соединен со входом электрического датчика линейного перемещения троса, а второй выход соединен со входом электрического датчика направления перемещения троса, выходы электрического датчика линейного перемещения троса и электрического датчика направления перемещения троса первого и второго измерителя перемещения соединены с соответствующими входами вычислителя линейного перемещения троса, выход которого соединен с вычислителей координат положения измерительного элемента.

Реверсивный приемник троса может быть выполнен, например, в виде катушки установленной на оси с возможностью вращения вокруг нее. На катушку намотан трос, один конец которого жестко на ней закреплен. Внутри катушки установлена ленточная пружина, аналогичная часовой, обеспечивающая постоянное натяжение троса.

Фиксатор, на котором закрепляется второй конец троса, например, может быть выполнен в виде крючка, струбцины или любого другого элемента, обеспечивающего его жесткое закрепление.

Прижимное устройство троса, обеспечивающее беспроскальзывающее сцепление троса с формирователем дискретности, может, например, быть выполнено в виде двух прижатых друг к другу при помощи пружины, роликов, свободно вращающихся вокруг своих осей, в плоскости прижима которых проходит трос.

Формирователь дискретности может быть выполнен, например, в виде диска, кромка которого представляет собой разделенные одинаковыми промежутками зубцы, используемые для прерывания светового потока идущего от светоизлучающего диода, расположенного с одной стороны плоскости диска, к фотопринимающему диоду, на выходе которого формируется импульсный сигнал, используемый для отсчета направления и величины приращения длины троса от фиксатора к реверсивному приемнику троса.

Установка каждого измерителя перемещения с возможностью вращения вокруг оси, закрепленной на держателе измерительного элемента и введение датчика углового положения для каждого измерителя перемещения относительно держателя измерительного элемента позволяет повысить точность определения координат положений измерительного элемента за счет устранения неоднозначности, возникающей при повороте измерительного элемента вокруг произвольной оси, перпендикулярной поверхности исследуемого объекта.

Датчик углового положения измерителя перемещений, например, может быть выделен на переменном резисторе или сельсин датчика или на другом элементе, обеспечивающем преобразование линейного углового перемещения в напряжение.

Установка одного и другого измерителей перемещения на одной общей оси позволяет расширить площадь исследуемой поверхности объекта с однозначным определением координат положения измерительного элемента по отношению к прямой, проходящей через один и другой фиксаторы, т.е. в верхней или нижней полуплоскости.

На чертеже представлена структурная схема устройства для измерения координат положения измерительного элемента.

Устройство для измерения координат положения измерительного элемента 1 содержит держатель 2 измерительного элемента 1, на который установлены два одинаковых измерителя перемещения 3 и 4 соответственно, каждый из которых содержит трос 5, один конец которого соединен с реверсивным приемником 7 троса 5, а другой конец 8 соединен с фиксатором 9, перед реверсивным приемником 7 троса 5 установлено прижимное устройство 10 троса 5, обеспечивающее беспроскальзывающее сцепление троса с формирователем дискретности 11, один выход 12 которого соединен со входом электрического датчика 13 линейного перемещения троса 5, а второй выход 14 соединен со входом электрического датчика 15 направление перемещения троса 5. Выходы электрического датчика 13 линейного перемещения 5 первого и второго измерителя перемещения 3 и 4, соответственно, соединены с соответствующими входами вычислителя 16 линейного перемещения троса 5, выход которого соединен с вычислителем координат 17 положения измерительного элемента 1.

Измерители перемещения 3 и 4 установлены с возможностью вращения вокруг оси 18 и 19 соответственно, которые жестко закреплены на держателе 2 измерительного элемента 1.

Датчики 20 углового положения измерителей перемещения 3 и 4 соответственно, установлены на держателе 2 измерительного элемента 1, выходы каждого из которых соединены с соответствующим входом вычислителя координат 17 положения измерительного элемента 1.

Оси 18 и 19 могут быть совмещены в единую ось, жестко закрепленную на держателей 2 измерительного элемента 1.

Устройство для измерения координат положения измерительного элемента работает следующим образом.

Фиксаторы 9 измерителей перемещений 3 и 4 жестко закрепляются по краям поверхности исследуемого объекта, например строительного сооружения или обтекателя апертуры антенны и измеряется линейное расстояние между точками закрепления фиксаторов 9 и первоначального местоположения измерительного элемента 1 на поверхности исследуемого объекта, величина которого заносится в вычислитель координат 16. Перемещая держатель 2 измерительного элемента 1 в нужную точку исследуемой поверхности объекта, тросы 5 измерителей перемещения 3 и 4 приобретают определенную длину, при этом тросы 5 всегда поддерживаются в натянутом состоянии соответствующими реверсивными приемниками 7, независимо от того, укорачиваются они или удлиняются. Линейное изменение длины троса 5 в формирователе дискретности 11 преобразуется в последовательность электрических импульсов, величина дискретизации и беспроскальзывающее сцепление троса 5, обеспечиваемое прижимным устройством 7, определяет точность аппроксимации изменения линейной длины. С помощью формирователя дискретности 11 вырабатывается последовательность электрических импульсов обрабатываемых электрическим датчиком 13 линейного перемещения троса 5 для подсчета приращения линейной длины троса 5, а электрическим датчиком 15 направления перемещения троса, осуществляя операцию определения удлинения или укорачивания троса 5 соответствующего измерителя перемещения 3 и 4. С выходов электрического датчика 13 линейного перемещения и электрического датчика 15 направления перемещения троса информация первого и второго 4 измерителей перемещения поступает на соответствующие входы вычислителя 16 линейного перемещения троса 5, где осуществляется вычисление истиной линейной длины каждого троса 5 от фиксатора 9 до местоположения держателя 2 измерительного элемента 1. В вычислителей координат 17 производится определение координат положения измерительного элемента 1 на поверхности исследуемого объекта.

Перемещая измерительный элемент 1 по поверхности исследуемого объекта измерители перемещения 3 и 4 вращаясь на осях 18 и 19, соответственно, изменяют свое угловое положение относительно держателя 2 измерительного элемента 1, которые фиксируются соответствующими датчиками 20 углового положения, электрический сигнал с которых поступает на вычислитель координат 17. Вычисленная угловая координата положения измерительного элемента 1 позволяет однозначно определить его положение по отношению к прямой, проходящей через один и другой фиксаторы 9, т.е. в верхней или нижней полуплоскости, и тем самым расширить площадь исследуемой поверхности.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения координат положения измерительного элемента, содержащее два троса и держатель измерительного элемента, отличающееся тем, что на держателе измерительного элемента установлены два одинаковых измерителя перемещения, каждый из которых содержит трос, один конец которого соединен с реверсивным приемником троса, а другой конец соединен с фиксатором, при этом перед реверсивным приемником троса установлено прижимное устройство троса, обеспечивающее беспроскальзывающее сцепление троса с формирователем дискретности, один выход которого соединен с входом электрического датчика линейного перемещения троса, а второй выход соединен с входом электрического датчика направления перемещения троса, выходы электрического датчика линейного перемещения троса и электрического датчика направления перемещения троса первого и второго измерителей перемещения соединены с соответствующими входами вычислителя линейного перемещения троса, выход которого соединен с вычислителем координат положения измерительного элемента.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что один и другой измерители перемещения установлены с возможностью вращения вокруг оси, закрепленной на держателе измерительного элемента, при этом каждый из них соединен с датчиком углового положения, установленным на держателе измерительного элемента, выход каждого из которых соединен с соответствующим входом вычислителя координат положения измерительного элемента.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что один и другой измерители перемещения установлены на одной общей оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1