Датчик угловых отклонений объектов

 

! к

П И С А--И И -Е-":

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Ссиоз Советскмх

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено25.06.74.(21) 2040285/18-10 с присоединением заявки №(23} Приоритет(43) Опубликовано 25.02.76.Бтоллетень № 7 (51) М. Кл.

001,,C 9/06

Гооударотеенный комитет

Сооета тйнннотроо СССР оа делам наооретеннй н открытнй (53> Nil K":528.541, ;(088.8) (45) Дата опубликования описания 17,03.7В (72) Авторы изобретения

K. P.. Харченко, В. С. Томский, B. А. Ковалев, A. И. Зиновеев, П. П. Ермишина (71) Заявитель (54) ДАТЧИК УГЛОВЫХ ОТКЛОНЕНИЙ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и предназначено для определения, угловых отклонений объектов от истинной вертикали.

Известно оптико-механическое устройство „, для измерения угловых отклонений, обьек та содержашее корпус, опорную базу отсчета углов относительно истинной вертикали (ампулу с жидкостью), источник света, фотоприемнцк и электронный блок обработки сигнала.

Однако в этом устройстве точность и быстродействие ограничиваются нестабильностью и инерционностьктопорной базы, а выбранный тип опорной базы, ограничивает 15 рабочий диапазон измеряемых углов.

11ель изобретения — обеспечение более высокой точности измерения, повьппение быстродействия, расширение рабочего диапазона измереппй. 10

Г1редложепный датчик снабжен пластиной, закрепленной HA валу двигателя, врашаюшейся в плоскости измеряемого угла, причем на планке размешеп грузик и пьезоэлемент,,воспртцьимаюппш силу тяжести и центробеж- _#_

2 ную силу грузика, и фотодиод, формируюший сигнал от периодических облучений закреп ленного на корпусе источника света. Фаза сигнала с пьезоэлемента не зависит от углов наклона датчика, а момент появления сигнала с фотодиода зависит от углов наклона датчика. Эти сигналы вводятся совместно в электроннтИй блок, преобразующий их во временной интервал, длительность которого пропорциональна величине, а знакнаправлению измеряемого угла наклона.

Все это позволяет снизить инерционность датчика и увеличить быстродействие за счет выбора скорости врашения ротора двигателя, а также получить высокую точность отсчета эа счет обработки сигнапа на электронном блоке.

На фиг. 1 и 2 приведена кинематическая схема датчика; па фиг. 3 — эпюры напряжений в датчике; на фиг. 4 -структурная схема электронного блока датчика.

Датчик угловых отклонений рбъектов состоит из пьезоэлемента 1, закрепленного на гцтастипе 2, грузика 3, оказываюшего давление па пьезоэлемент, фотодиода 4, 501 0и коллектора 5, с помощью которого снимается алектрический сигнал с пьезоэлемента и фотодиода, двигателя 6 и источника света 7, Экектроиный блак содержит усилитель . ограничитель 8, ключ 9, реверсивный счет чик 10, гене зтор 11 импульсов, ключ 12.

Датчик работает следующим образом.

Электрический двигатель вращает планку с пьезоэлементом и грузиком в плоскости, р в которой измеряются yr ëû отклонения обьекта от истинной вертикали.

Результирующая сила, действующая на пьезоэлемент, зависит от угла поворота

1 планки и складывается из центробежной си- . N

L лы Ryf, являющейся постоянной составляющей, и силы тяжести FT, нормальная составляющая которой к плоскости грузика является переменной (фиг. 2).

С цье снимают электрически сигнал, пропорциональный силе давления грузика на него. В точке Х переменная составляющая результирующей силы максимальна, в точке g, минимальна, а в точках и .lY l равна нулю (фиг. 2). Таким образом формируется периодический во времени сигнал, соответствующий напряжению

И, (фиг. 3). Благодаря постоянству по величине и направлению вектора-силы тя- яО жести полученный сигнал берет на себя функции опорной базы углов отсчета от истинной вертикали. Положение на оси времени максимумов и минимумов опорного сигнапа не зависит от углов наклона датчика. Они возникают в момент пересечения грузиком истинной вертикали и характеризуют неподвижную относительно земли систему координат. Для отсчета искомых углов наклона необходимо сформировать щ дополнительный сигнал, связывающий момент появления вращающегося грузика над какой-либо фиксированной точкой корпуса датчика, т.е. несущий информацню об угло:вом координате обьекта, С этой целью на . д планке, рядом с пьезоэлементом, размещен фотодиод, который с помощью источника света, размещенного на корпусе, формирует треб„"емый строб-импульс, который характеризует подвижную систему координат 50 относительно земли. Сопоставление сигналов неподвижной и подвижной систем координат позволяет выделить искомый угол отклонения объекта. Так при совмещении фотодиода и источника светя с истинной 55 вертикалью, строб-импульс образуется во времени строго по середине одного из полупериодов опорного сигнала, деля его на две (в данном случае pQBHbIP) части. При отклонении объекта от истинной вертикали

4 строб-импульс делит попупериод оиорнщ о сигнала на неравные временные интервалы, разность между. которыми с учетом знака позволяет определить величину и направление угла наклона. Для повышения точности отсчета искомая разность прео раэуется в .цифровой, код.

На фиг. 4 представпена структурная схема электронного блока. В ней сигнал усиливается и ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе 8, в результате чего получается леандр(4, (фиг. 3).

Строб-импульсЯ, сформированный фотодиодом и источником света, делит положи.тельный полупериодИ» на два интервала. По-! лученные сигналыЦ» и ((обрабатываются электронным блоком в следующей последовательности, Передним фронтом положителен ного полупериода И» открывается ключ 9 (фиг. 4) и через него на суммирующую шину реверсивного счетчика 10 поступают счетные импульсы от генератора импульсов

11. Счетные импульсы поступают до тех пор, пока строб-импульс не закроет ключ 9.

Одновременно строб-импульс, проходя через ключ 9, открывает ключ 12 и через него счетные импульсы поступают на шину вычитания реверсионного счетчика. Задний фронт положительного полупериода 0 g. закрывает ключ 12 и прекращает поступление импульсов на счетчик. Результат счета на выходе реверсионного счетчикапропорционален разности интервалов полупериода, образованных с помощью строб-импульса. датчик позволяет получить точность отсчета углов наклона в 2 угл.мин. при постоянном времени датчика 0,01 сек. Такие характеристики точности и быстродействия достигаются при оборотах ротора

6000 об/мин и частоте счетных импульсов

1;10 гц. При этом точность можно повысить, повышая частоту счетных импульсов, а быстродействие - повышение числа оборотов ротог я. При частоте счетных импуль-.

1 а сов 10 10 гц и в том же числе оборотов ротора можно получить точность отсчета углов паклоиа порядка 1 3 утл. сек., что значительно превышает, возможности по давляющего большинства подобных устройств.

Достоинством предложенного датчика является также большой диапазон иемераемых углов. Работая,тяким образом, с положительным полупериодом опорного сигнала, можно измерить угловые отклонения объекта относительно истшшой вертик. III

+ "о в диапазоне - 90 .

Работая с полиым ипритом сиги;. ия, путем.неирии1ии|и;альных иэмеиеиий элеСоставитель Ю. Ступко

Редактор E. Кравпова Текред М. Ликович Корректор В. Микита

Заказ . R9 " Тираж яgg Подписное

Ц11ИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, г, Ужгород, ул. Гагарина, 1.431. ктронной части, можно расширить рабочий

+ о лиапазон до» 180 .

Формула изобретения

Датчик угловых отклонений объектов, содержащий корпус с размещенными в ней опорным элементом, фотоприемником, источником света и электронным блоком, отличающийся тем, что,с целью . повышения, быстродействия, точно. сти и расширения ди апаз она измерений, датчик снабжен имеющей воэможность вращения пластиной, на которой закреплены пьезоэлемент с грузиком и фотоприемпик, соединенные с электронным блоком.

Фиг. 2