Двухкоординатный датчик угла отклонения от вертикали

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения углов отклонения от вертикали различных объектов. Датчик содержит корпус со сферической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. Под углом 45^o к плоскости основания корпуса в верхней его части располагаются первые излучатель и приемник ультразвука, а в нижней части в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения первых двух излучателя и приемника, вторые излучатель и приемник ультразвука. Излучатели соединены с выходом генератора, а приемники подключены к модулям предварительной обработки сигнала, выходы которых соединены со входами амплитудных детекторов. Граница раздела жидкостей используется в качестве отражателя ультразвука. Датчик позволяет измерять угол отклонения от вертикали одновременно относительно двух осей. 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения углов отклонения от вертикали различных объектов.

Известно устройство для измерения углов наклона объекта, корпус которого имеет цилиндрическую камеру, заполненную диэлектрической и электропроводной жидкостями так, что граница их раздела проходит через центр камеры. На плоских торцевых частях корпуса расположены секторные электроды, образующие вместе с электропроводной жидкостью дифференциальный конденсатор. Измерение углов наклона производится по изменению величин дифференциальных емкостей /1/.

Указанное устройство имеет невысокий порог чувствительности, что ограничивает точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. В корпусе установлены под углом 45^o к его основанию и сопряжены друг с другом посредством границы раздела жидкостей ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного детектора. Изменение углов отклонения от вертикали осуществляется по изменению амплитуды сигнала /2/.

Известное устройство позволяет измерять угол отклонения от вертикали только относительно одной оси, что является его недостатком.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в возможности измерения угла отклонения от вертикали относительно двух осей.

Указанная задача достигается тем, что датчик, содержащий корпус с камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью, установленные под углом 45^o к его основанию ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного детектора, имеет камеру сферической формы и дополнительно снабжен излучателем ультразвука, приемником ультразвука, модулем предварительной обработки сигнала и амплитудным детектором, причем введенные излучатель и приемник ультразвука расположены в нижней части корпуса в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения первых двух излучателя и приемника ультразвука, а введенный излучатель ультразвука подключен к выходу генератора, введенный приемник ультразвука соединен с введенным модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом введенного амплитудного детектора.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображены два взаимно перпендикулярных сечения предлагаемого датчика вдоль вертикальной оси z.

Датчик содержит корпус 1 со сферической камерой, заполненной в равных частях двумя несмешивающимися жидкостями 2 и 3 с различной плотностью. Под углом 45^o к плоскости основания корпуса в его верхней части располагаются излучатель 5 и приемник 6 ультразвука, а в нижней части корпуса в плоскости yz, перпендикулярной плоскости xz размещения первых двух излучателя и приемника, размещены еще один излучатель 7 и приемник 8 ультразвука. Излучатели сопряжены с приемниками посредством границы раздела жидкостей 4. Излучатели 5 и 7 соединены с выходом генератора 9. Приемники 6 и 8 подключены к модулям предварительной обработки сигнала соответственно 10 и 12, выходы которых соединены со входами амплитудных детекторов соответственно 11 и 13.

Датчик работает следующим образом.

Электрические колебания генератора 9 преобразуются излучателями 5 и 7 в ультразвуковые колебания и излучаются в жидкости соответственно 3 и 2. Отразившись от границы раздела жидкостей 4, они попадают на приемники соответственно 6 и 8, где снова преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на модули соответственно 10 и 12, осуществляющие согласование электрических параметров приемников и последующих преобразователей, усиление и пр. , и далее на амплитудные детекторы соответственно 11 и 13. При отклонениях от вертикали относительно осей x и y появляются угловые рассогласования между камерой и поверхностью раздела жидкостей 4 по осям x и y, вследствие чего на приемники 6 и 8 попадет лишь часть излучения от передатчиков 5 и 7. Соответственно уменьшается амплитуда электрических сигналов на выходе приемников 6 и 8 и, следовательно, на выходе амплитудных детекторов 11 и 13. Таким образом, выходной сигнал детектора 11 несет информацию об угле отклонения от вертикали относительно оси y, выходной сигнал детектора 13 - относительно оси x.

Размещение излучателей и приемников в верхней части корпуса (в области менее плотной жидкости, например воды) и в нижней части корпуса (в области более плотной жидкости, например ртути) позволяет устранить взаимное влияние излучателей ультразвука 5 и 7 на приемники ультразвука соответственно 8 и 6 за счет существенного различия акустических сопротивлений жидкостей.

Источники информации 1. Авт. свид. СССР 152546, МКИ C 01 C 9/18.

2. Патент РФ 2093791, публ. 14.01.1998.7

Формула изобретения

Датчик угла отклонения от вертикали, содержащий корпус с камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, установленные под углом 45° к его основанию и сопряженные друг с другом посредством границы раздела жидкостей ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного детектора, отличающийся тем, что камера имеет сферическую форму, а датчик дополнительно снабжен излучателем ультразвука, приемником ультразвука, модулем предварительной обработки сигнала и амплитудным детектором, причем введенные излучатель и приемник ультразвука расположены в нижней части корпуса в плоскости, перпендикулярной плоскости размещения первых двух излучателя и приемника ультразвука, а введенный излучатель ультразвука подключен к выходу генератора, введенный приемник ультразвука соединен с введенным модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом введенного амплитудного детектора.

РИСУНКИ

Рисунок 1