Жидкостный оптический уровень

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объектов относительно горизонтальной плоскости. Жидкостный оптический уровень содержит кювету, частично заполненную жидкостью. Кювета выполнена в виде трех стеклянных трубок квадратного сечения, спаянных между собой. Фотоприемники выполнены в виде линеек фотоэлементов. Линейки расположены напротив источников света. Кювета, фотоприемники, источники света, элементы системы управления и считывания информации закреплены на плате. Оси линеек фотоэлементов фотоприемников расположены под острым углом к поверхности жидкости. Технический результат - упрощение конструкции и повышение устойчивости к механическим и климатическим воздействиям. 2 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объектов относительно горизонтальной плоскости.

Известно магнитожидкостное устройство для определения угла наклона, которое содержит корпус в виде трубки, частично заполненный магнитной жидкостью, и две измерительные обмотки, расположенные на противоположных концах трубки корпуса. Мерой угла наклона является разность индуктивностей обмоток, которая возникает из-за перераспределения объема магнитной жидкости внутри корпуса (патент РФ №2115091, G 01 C 9/20, 30.09.1996 г.).

Недостатком данного устройства является невысокая точность измерений и стабильность получаемых результатов, определяемые магнитными характеристиками жидкости и точностью аналогового измерения индуктивностей обмоток.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является жидкостный оптический уровень, содержащий кювету, частично заполненную жидкостью, по крайней мере, два фотоприемника, соединенные с системой управления и считывания информации, и, по крайней мере, один источник света (Патент РФ №2107896, кл. G 01 С 9/20, 1996 г.).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и неустойчивость к механическим и климатическим воздействиям, нарушающим параметры жидкого слоя связи.

Техническим результатом является упрощение конструкции и повышение устойчивости к механическим и климатическим воздействиям.

Технический результат достигается тем, что в жидкостном оптическом уровне, содержащем кювету, частично заполненную жидкостью, по крайней мере, два фотоприемника, соединенные с системой управления и считывания информации, и, по крайней мере, один источник света, фотоприемники выполнены в виде линеек фотоэлементов, оси которых расположены под острым углом α к поверхности жидкости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен вид сверху, а на фиг.2 - осевой разрез одного из вариантов реализации устройства.

Жидкостный оптический уровень содержит кювету 1, выполненную в виде трех стеклянных трубок квадратного сечения, спаянных между собой, три фотоприемника 2, 3, 4, выполненных в виде линеек фотоэлементов, которые расположены напротив источников света 5, 6, 7. Кювета 1, фотоприемники 2, 3, 4 и источники света 5, 6, 7 закреплены на плате 8 со стандартными элементами системы управления и считывания информации. Фотоприемники 2, 3 и 4 в виде линеек фотоэлементов состоят из 2048 фотоэлементов каждый, расположенных в одну линию. Размер каждого фотоэлемента 14×14 мкм. Система управления и считывания информации представляет собой пороговое устройство со стробированием. Стробирование осуществляется фронтом, расположенным в середине считываемого импульса. Если в момент прихода фронта амплитуда импульса была больше 2,4 В, то считается, что соответствующий фотоэлемент был освещен. В противном случае - нет. Кювета 1 частично заполнена жидкостью 9. Жидкость 9 может быть любой непрозрачной и несмачивающей стенки кюветы, например ртуть. Оси линеек фотоприемников 2, 3 и 4 расположены под любым острым углом α к поверхности жидкости 9. Источники света 5, 6 и 7 применены точечные, например лазерные, светодиоды.

Устройство работает следующим образом. При наклоне кюветы 1 начинает перемещаться жидкость 9. При этом тени от жидкости перемещаются вдоль осей линеек фотоприемников 2, 3 и 4 на расстояние тем большее, чем меньше угол α этих осей относительно горизонтальной плоскости и чем больше размер зеркала Б жидкости 9. Система управления и считывания информации определяет номера фотоэлементов, находящихся на границах свет - тень (на чертеже обозначены А, В и С).

В процессе работы со схемы считывания снимается напряжение в виде пачки из 2048 импульсов прямоугольной формы, амплитуда которых зависит от освещенности соответствующих фотоэлементов и может изменяться в интервале от 0 до 5 В. Номера первых освещенных фотоэлементов и являются выходным сигналом системы управления и считывания информации в виде платы 8. В начальном (горизонтальном) положении эти номера равны. Поскольку ширина границы свет - тень не превышает трех элементов, то точность определения ее позиции на линейке составляет ±1 элемент.

Пусть ось ОХ принадлежит горизонтальной плоскости и лежит в одной вертикальной плоскости с осью линейки 2. Тогда значения углов поворота кюветы 1 относительно осей ОХ и OY вычисляются соответственно по формулам:

Х=К1·(А-В);

Y=K2·(0,5·(A+B)-C),

где К1 и К2 - коэффициенты, определяемые при калибровке уровня. Значение коэффициентов пропорционально размеру зеркала Б жидкости 9 и обратно пропорционально углу α.

Заявленное устройство имеет достаточно простую конструкцию, мало подвержено механическим и климатическим воздействиям, имеет более высокую точность и стабильность результатов измерений благодаря тому, что сигнал на выходе системы управления и считывания информации имеет дискретный характер, практически не зависящий от точности работы схемы считывания.

Кроме того, заявленное устройство имеет хорошую чувствительность. В приведенном примере конструкции при размере зеркала Б=200 мм и угле α=3° чувствительность заявленного устройства составляет 1 угловую секунду.

Жидкостный оптический уровень, содержащий кювету, частично заполненную жидкостью, по крайней мере, два фотоприемника, соединенные с системой управления и считывания информации, и, по крайней мере, один источник света, отличающийся тем, что кювета состоит из трех стеклянных трубок, спаянных между собой, фотоприемники выполнены в виде линеек фотоэлементов, расположенных напротив источника света под острым углом к поверхности жидкости, при этом кювета, фотоприемники, источник света и элементы системы управления и считывания информации закреплены на плате.