Ультразвуковой датчик угла отклонения от вертикали с частотным выходом

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения углов отклонения от вертикали различных объектов. Устройство содержит корпус с цилиндрической камерой, ультразвуковой приемник, ультразвуковой излучатель, усилитель и частотомер. Камера заполнена двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. Ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник установлены в корпусе под одинаковыми углами к его основанию и сопряжены друг с другом посредством границы раздела жидкостей. Выход усилителя соединен с частотомером. Ультразвуковой излучатель подключен к выходу усилителя. Жидкость, в которую излучается ультразвук, выполняет роль резонатора, определяющего частоту самовозбуждения усилителя. Технический результат состоит в улучшении метрологических характеристик и в повышении точности обработки измерительных сигналов. 1 ил.

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

Известно устройство для измерения углов наклона объекта, содержащее сосуд, частично заполненной жидкостью, и два стержневых звукопровода, наполовину погруженных в жидкость. На верхних концах звукопроводов закреплены излучатель и приемник ультразвука, включенные в цепь обратной связи операционного усилителя. Измерение угла наклона производится по изменению резонансной частоты [1].

Указанное устройство имеет сложную конструкцию и низкую виброустойчивость, что не позволяет его использовать для динамических измерений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. В корпусе под углом 45^o к его основанию установлены 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. Измерение углов отклонения от вертикали осуществляется по изменению амплитуды сигнала [2].

Недостатками известного устройства являются невысокий порог чувствительности и низкая помехоустойчивость, что ограничивает точность измерений.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в улучшении метрологических характеристик и в повышении точности обработки измерительных сигналов.

Указанная цель достигается тем, что датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью, ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник, установленные в корпусе под одинаковыми углами к его основанию и сопряженные друг с другом посредством границы раздела жидкостей, дополнительно снабжен усилителем и соединенным с его выходом частотомером, причем ультразвуковой излучатель подключен к выходу введенного усилителя, а ультразвуковой приемник - соответственно к входу введенного усилителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого датчика.

Датчик содержит корпус 1 с цилиндрической камерой, заполненной в равных частях двумя несмешивающимися жидкостями 2 и 3 с различной плотностью. Под одинаковыми углами к плоскости основания корпуса располагаются излучатель 5 и приемник 6 ультразвука. Граница раздела жидкостей 4 используется в качестве отражателя ультразвука. Излучатель 5 соединен с выходом усилителя 7, а приемник 6 подключен к его входу. Выход усилителя 7 также соединен со входом частотомера 8.

Датчик работает следующим образом.

При вертикальном положении датчика выполняется условие самовозбуждения усилителя 7 на резонансной частоте, определяемой геометрическими параметрами резонатора, роль которого выполняет жидкость 2. В результате возникает стоячая волна, энергия которой передается приемнику ультразвука 6. При этом на выходе усилителя возникает напряжение резонансной частоты f_p. При возбуждении стоячей волны на расстоянии, пройденном ультразвуковой волной от излучателя 5 до приемника 6, укладывается целое число длин полуволн.

При отклонении от вертикали появляются угловые рассогласования между камерой и поверхностью раздела жидкостей, вследствие чего изменяются геометрические параметры резонатора. В результате изменяются и условия самовозбуждения усилителя 7, и на его выходе возникает напряжение частотой f_р+Δf, где Δf - абсолютное изменение частоты при отклонении от вертикали. Частота выходного сигнала усилителя 7 измеряется с помощью частотомера 8.

Применение частотного преобразователя позволяет улучшить метрологические характеристики датчика, повысить помехозащищенность и точность обработки измерительных сигналов.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Авт.свид. СССР 1673831, МКИ G 01 С 9/06.

2. Патент РФ 2093791, опубл. 14.01.1998.

Формула изобретения

Датчик угла отклонения от вертикали, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью, ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник, установленные в корпусе под одинаковыми углами к его основанию и сопряженные друг с другом посредством границы раздела жидкостей, отличающийся тем, что дополнительно снабжен усилителем и соединенным с его выходом частотомером, причем ультразвуковой излучатель подключен к выходу введенного усилителя, при этом жидкость, в которую излучается ультразвук, выполняет роль резонатора, определяющего частоту самовозбуждения усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1