Устройство для измерения угла отклонения от вертикали

 

Союз Советских

Социалистимеских

Республик (11) 609950 ! г (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 12.03.76 (21) 23441 51/18-10 (51) М. Кл„б- 01 С 9/02 е присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет(43) Опубликовано 05.06.78,Бюллетень №21

Гасударственный намнтет

Саавта Мнннстроа СССР аа делам наааретеннй н аткрытнй (53) УДК 528.546 (088.8) (45) дата опубликования описания 15.05.78 ) (721 Автор изобретения

В. И. Казанков (7! ) Заявитель

Ленинградский институт авиациоштого приборостроения (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ

ОТ ВЕРТИКАЛИ

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено дпя измерения угла отклонения объекта от вертикали.

Известны устройства дпя определения уг пов отклонения от вертикали, чувствителып.;:м элементом в которых служит ртуть, образующая вместе с метаплизированной поверхностью электрод конденсатора, являющегося составной частью задающего контура генератора. Изменение объема в сосудах при перемещении ртути изменяет емкость конденсатора, а вместе с тем модупируется частота генератора. Однако на точность этих устройств и чувствитепьность впияеттемпература, вибрация.,Наличие модуляции и электронной схемы для обработки сигнала усложняет конструкцию устройства t1, Известны устройства для определения угла пакпона с одноканальным емкостным преобразователем $2).

Наиболее близким по технической сущности является устройство дпя измерения угла отклонения от вертикали, содержащее корпус, неподвижный П-образный магнитопровод, на одном конце которого закреплен постоянный магнит с обмоткой возбуждения, к другому консопьно прикреплен подвижный электродмагнитопровод, который с неподвижным электродом, выполненным в форме паралпепипипеда, образует конденсатор. Боковая грань неподвижного электрода образует с обращенной к ней поверхностью дополнительного электрода конденсатор связи, Неподвижный эпектрод и электрод конденсатора связи прикреплены к корпусу преобразователя через диэлектрический держатель. Измеряемый электрический заряд от физического источника зарядов подкпючеп к неподвижному электроду преобра вователя. Электрод конденсатора связи Ъод

)а кпючен к входу предусилитепя, выход которого

,присоединен к входу фазовогодетектора. Выход последнего подключен к ттндикатору. Выход .генератора с самовозбуждением подключен к обмотке возбуждения и фазовому.детектору (3) .

Емкостный преобразователь предназначен дпя преобразования подпежаших измерению постоянных нпи медленно изменяющихся электрических зарядов в переменный ток частоты, равной частоте колебания подвиж609950 ного электрода на основном тоне. Через конденсатор связи переменный ток подводится к предусилптелю, выход которого подключен к фазовому детектору, Опорное. напряжение к фазовому детектору. подводится от генератора. В диагональ места, образованного фазовым детектором, включается стрелочный прибор в качестве индикатора.

В известных емкостных преабразователях подвижный электрод возбуждается на частоте основного тона, в профиле колебаний которого нет участков с йротивофаэным перемещением, поэтому неподвижный электрод имеет плоскую поверхность. Преобразователь лишен воэможности защиты от внешних механических воздействий посредством введения отрицательной обратной связи на частоте помехи, имеет узкий динамический диапазон при измерении переменных зарядов, Однако отмечается низкая чувствитель- 20 ность вследствие увеличенного расстояния е между электродами конденсатора; повышен-. ная восприимчивость к внешним механическим воздействиям из-.эа отсутствия отрицательной обратной связи на частоте помехи; узкий ди- 25 намический частотный диапазон измеряемого сигнала, так как преобразователь работает на частоте основного тона, 11елью изобретения является повышение чувствительности преобразователя, 30

Это достигается тем, что устройство снабжено блоком выделения колебаний первого обертона подвижного электрода, фильтром и усилителем основного тона, подключенным к обмотке подавления основного тона, доцолнительно намотанной на постоянном магните встречно обмотке возбуждения, а также прикрепленным к неподвижному электроду металлическим треугольным наконечником, тупой угол которого обращен к подвижному элек- 40 троду с вершиной, отстоящей от его свободного конца на расстоянии .1/5 .рабочей глины подвижного электрода, причем вход усилителя основного тона и блока выделения коле1 бания первого бертона подключены к выходу4 предусилителя, а выход блока выделения колебаний первого обертона — к фазовому детектору и генератору.

На чертеже приведена принципиальная

S0 схема устройства, Устройство содержит П-образный магнитопровод, на одном конце которого закреплен постоянный магнит l с обмоткой возбуждения 2, к другому концу консольно прикреп55 лен подвижный электрод-магнитопровод 3.

Неподвижный электрод 4 емкостного преобра. зователя снабжен треугольным:наконечником 5, вершина тупого угла:которого обрац;ена к подвижному электроду и отстоит от.

60 его свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины. Неподвижный электрод прикреплен к корпусу преобразователя 6 диэлектрическим держателем 7, Устройство включает блок 8 выделения колебаний первого обертона подвижного электрода, фильтр 9 и усилитель

10 основного тона, выход которого подключен к обмотке подавления основного тона 11, дополнительно намотанной на постоянный магнит встречно обмотке возбуждения, Вход усилителя основного тона и блока выделения колебаний первого обертона подключены к выходу предусилителя 12, а выход блока вьшеления колебаний первого обертона — к фазовому детектору 13 и генератору 14. Выход генератора подключен к обмотке возбуждения и фазовому детектору. Выход фазового детектора подключен к индикатору 15, Подвижный и неподвижный электрод, снабженный наконечником треугольной формы, образуют конденсатор, емкость которого изменяется при изменении угла между осью подвижного электрода и нацравлением силы тяжести. Несовпадение направления силы тяжести с осью подвижного электрода приводит к прогибу последнего. Вследствие этого расстояние между электродами конденсатора. является функцией угла наклона подвижного электрода относительно направления силы тяжести. От приложенного напряжения конденсатор заряжается, возникает напряженность электрического поля между пластинами. Подвижный электрод от генератора через обмотку. возбуждения приводится в колебательное движение на частоте первого обертона и поэтому при наличии прогиба емкость конденсатора является функцией времени и угла .наклона. Постоянное электрическое поле преобразуется в переменное, на пластинах конденсатора возникает переменный электрический заряд, который гротекая через конденсатор связи 16, вызывает на. входе предусилителя переменное напряжение, амплитуда. и фаза которого является функцией угла наклона подвижного электрода относительно. направления силы тяжести.

Консольно закрепленный подвижный электрод подвержен влиянию внешних механических воздействий, под действием которых возникает спектр его собственных колебаний, причем амплитуда основного тона во много раэ больше амплитуды колебания первого обертона. С выхода предусилителя составляющая основного тона выделяется с помощью фильт ра и после усиления подается на обмотку, намотанную на постоянный магнит, в противофазе с колебанием электрода на основном тоне. Введение отрицательной обратной связи на частоте основного тона ослабляет влияние внешних механических воздействий, что уменьшает расстояние между электродами. 609950 конденсатора и повышает чувствительность устройства, Информация об угле наклона определяется амплитудой и фазой напряжения частоты первого обертона. В профиле колебания подвижного электроды на частоте

5 первого обертона имеют место два противофазных участке, узел между которыми отстоит от свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины. Наличие двух противофазных участков позволяет выполнить неподвижный 1р электрод с наконечником, имеющим в продольном сечении форму треугольника, вершина тупого угла которого обращена к узлу колебания подвижного электрода. При этом формируются два противофазных перемен- >5 ных напряжения, суммирующиеся непосредственно на неподвижном электроде. Это уменьшает дрейф выходного переменного напряжения, обусловленный непостоянством контактной разности потенциалов между элек-20 тродами конденсатора. Образовавшийся в сумматоре сигнал при изменении угла наклона изменяется по амплитуде и по фазе.

Изменение сигнала по фазе относительно опорного напряжения, подаваемого от ге- 25 нератора к фазовому детектору, дополнительно повышает чувствительность устройства.

Частота преобразования на первом обертоне в шесть раз выше частоты преобразования на основном тоне, поэтому частотный динамический диапазон увеличен.

Применение двух противофазных емкостных преобразователей на частоте первого обертона подвижного электрода повышает .чувствительность до 6 угловых минут.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла отклонения от вертикали, содержащее корпус, не:подвижный П-образный магнитопровод, на одном конце которого закреплен постоянный магнит с обмоткой возбуждения, к другому консольно прикреплен подвижный электролмагнитопровод, неподвижный электрод емкостного преобразователя, расположенный у свободного конца подвижного электродамагнитопровода, прикрепленный к корпусу через диэлектрический держатель, на котором неподвижно укреплена пластина емкости связи, подключенная через предусилитель и фазовый детектор к индикатору, и генератор, подключенный к обмотке возбуждения, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности устройства оно

) снабжено блоком выделения колебаний первого обертона подвижного электрода, фильтром и усилителем основного тона, подключенным к обмотке подавления основного тона, дополнительно намотанной на постоянном магните встречно обмотке возбуждения, а также прикрепленным к неподвижному электроду металлическим .треугольным наконечником туI . пой угол которого обращен к подвижному электроду с вершиной, отстоящей от его свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины подвижного электрода, причем вход усилителя основного тона и блока выделения колебани.) первого обертона подключены к выходу предусилителя, а выход блока выделения колебаний первого обертона — к фазовому детектору и генератору, Источники информации, принятые во вниманне при экспертизе:

1, Патент Франции М 1595917, кл. (-Ol С 9/00, 1970.

2» Казанков 8» И» и llpà Емкостный QGT» чик вертикали", Известия вузов СССР

"Приборостроение", 1969, том. XII, Л) 6.

З. Шинтльмейстер . И. "Электронная лампа как прибор для физических измерений

М-Л., ГИТТЛ, 1949 с. 3 >6.

609950

Составитель Л. A. Колюбакина

Редактор О, Филиппова Техред 3, Фанта Корректор B. Сердюк

Заказ 2994/29 Тираж 872 Подписное

UHHHflH 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. Проектная, 4