Преобразователь углов наклона
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Соеетскнх Соцнаанстнческнх Респубики (61) Дополнительное к авт. свид-ву-. (22) Заявлено 26. 09. 80 (21) 2984774/18-10 {51)M Кй з с присоединением заявки ¹ G 01 С 9/02 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий (23) Приоритет Опубликовано 30.10,82., Бюллетень ¹40 Дата опубликования описания 301082 {53) УДК 528. 541 (088. 8) H.È. Даников, Т.С. Даникова, A.A. сутовийа и В.A. Трандин .. М,;. Московский институт электронного машиностроенк (72) Авторы изобретения (73) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВ НАКЛОНА Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения углов наклона объектов относительно горизонта. Известны высокочастотные индуктивные преобразователи углов наклона маятникового типа, принцип действия которых основан на использовании нормальной составляющей напряженности электромагнитного поля катушки индуктивного преобразователя, взаимодействующего с поверхностью электропроводящего материала. Данный тип преобразователей углов наклона позволяет проводить высокочувствительные однокоординатные измерения углов наклона. Для измерения углов наклона по другим координатам требуется установка дополнительных преобразователей (1). Применение высокочастотных индуктивных преобразователей углов наклона маятникового типа, принцип действия которых основан на использовании нормальной составляющей напряженности электромагнитного поля катушки индуктивного преобразователя, для проведения высокочувствительных измерений скалярных изменений углов наклона сложно. Наиболее близким по технической 5 сущности является техническое решение 2 . Однако оно также не свободно от указанных недостатков и обладает низкой точностью. Цель изобретения — повыаение точности измерения скалярных изменений углов наклона относительно горизонтальной плоскости с помощью высокочастотных индуктивных преобразователей. Указанная цель достигается тем, что преобразователь углов наклона содержит корпус, измерительный маятник и катушку индуктивности, выполненную в виде соленоида и размещенную внутри корпуса, а корпус выполнен из электропроводящего материала в виде конуса, вершина которого и ось катушки индуктивности расположены по одной прямой. На фиг. 1 изображен предлагаемый преобразователь углов наклона, включенный в электронную схему измерения,общий вид; на фиг. 2 — то же, блок-схема. Преобразователь угла наклона включает в себя конический корпус 1, 970105 d» e йе, т ф»е Н и «дьнх 3й ии»к 4 где Ки тегралы второго 60 изготовленный из электропроводящего материала, внутри которого на измерительном маятнике 2 укреплена соленоидная катушка 3 индуктивности, включаемая в цепь измерительного управляющего автогенератора 4. Автогенератор 4 и опорный автогенератор 5 через схему б смещения частот, фильтр 7 нижних частот и усилительформирователь 8 подключены к частотомеру 9. B горизонтальном положении,10 т. е. при угле наклона <а = О, вершина A конического корпуса 1 и ось 00 соленоидальной катушки индуктивности 3 расположены на одной прямой. Угол раскрыва Р.конического корпу са 1 определяется максимально измеряемым углом наклона. Преобразователь работает следующим образом. В горизонтальном положении преоб- 20 раэователя(угол наклона с = 0))) части боковой поверхности соленоидаль. ной катушки индуктивности расположены на одинаковом расстоянии от внутренней поверхности конического корпуса. Величина индуктивности соле ноидальной катушки 3, получаемая в этом положении, равна величине постоянной индуктивности 2 опорного автогенератора 5. При этом частоты обоих автогенераторов 4 и 5 равны. Вычитая частоты автогенераторов 4 и 5 в блок-схеме, изображенной на фиг. 2, получаем нулевую частоту. При наклоне конического корпуса 1 на угол aL 10 в любом скалярном на- З правлении относительно горизонта происходит одно и то же приближение частей боковой поверхности соленоидальчой катушки индуктивности 3 к внутренней поверхности конического 40 корпуса 1. Вещественные и мнимые части тангенциальной составляющей поля вихревых токов, возбуждаемых соленоидальной катушкой индуктивности в электропроводящем матеРиале кони- 45 ческого корпуса, определяются следующими выражениями: с" = ха <Г- у " )0 )- )(2) + y,(»»т)1 )) голные эллиптические инсоответственно первого и Род.; 4d д (f-д ) .6 65 где tl — расстояние между боковой поверхностью соленоидальной катушки индуктивности и внутренней поверхностью конического корпуса, R — радиус витков соленоидальной катушки индуктивности, координата в цилиндрической системе, 7 — ток катушки, uu — круговая частота этого тод ка) — электропроводность материа"ла конического корпуса. Формулы записаны для одного витка соленоидальной катушки индуктивности. Полагая = сопзС, получим выражение для приращения ЭДС соленоидальной катушки индуктивности: е»е Ъ «Г и И„) Ъ,к)) Д У 2_#_A, (f (p L ( и окончательно: ЬЕ=и.)Е(1 H ) ь4 где и=p)us% коэффициент, зависящий оТ числа витков с)лтенбидальной катушки индуктивности и частоты питающего преобразователь тока. Из выражения для ЭДС соленоидальной катушки индуктивности видно, что ЭДС одинаково изменяется при наклоне преобразователя относительно горизонтальной плоскости, и ее изменение определяется при постоянстве других входящих в выражение величин только изменением зазора между боковой поверхности соленоидальной катушки индуктлвности и внутренней поверхностью конического корпуса. При нахождении величины сигнала катушки индуктивности следует учесть, что поле тангенциальной составляющей напряженности вихревых токов векторно складывается с полем тангенциальной составляющей поля в свободном пространстве. Из полученных выражений видно, что отклонение преобразователя в любом направлении от горизонтальной плоскости приводит к уменьшению величины индуктивности соленоидальной катушки. При этом частота управляемого автогенератора станет большей, чем его частота при нулевом значении угла наклона <) -= О. Вычитая из частоты управляемого автогенератора 4 частоту опорного автогенератора 5, получаем частоту, соответствующую углу наклона преобразователя. 970105 Формула изобретения Яие.! ВНИИПИ Заказ 8368/47 Тираж 614 Подписное Филиал lIfITI "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная,4 Высокочастотный индуктивный преобразователь углов наклона маятникового типа, принцип работы которого основан на использовании тангенциальной составляющей напряженности электромагнитного поля катушки индуктивности, конструктивно прост в изготовлении, настройке и эксплуатации. Испытания экспериментального образца преобразователя углов наклона с однослойной соленоидальной ка- 10 тушкой индуктивности величиной L 104,2 мкГн, включенной в контур управляемого автогенератора, работающего при oL = 0 на частоте 2,5 МГц длиной катушки l = 45 мм и длиной !5 нитяного измерительного маятника 1 = 25 мм, помещенных внутри конического корпуса, изготовленного из меди и имеющего раскрыв = 30, поо казали, что преобразователь имеет ;щ чувствительность, равную 20 Гц/с в диапазоне изменения угла наклона от 0 до 30 угловых мийут, что значительно превосходит чувствительность известных контактных и бесконтактных скалярных преобразователей углов наклона с использованием других методов измерения. Преобразователь углов наклона, содержащий корпус, измерительный маятник и катушку индуктивности, выполненную в виде соленоида и размещенную внутри корпуса, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения чувствительности скалярных измерений углов наклона, корпус выполнен из электропроводящего материала в виде конуса, вершина которого и ось катушки индуктивности расположены на одной прямой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 243852,. кл. G 01 С 9/02, 1969. 2. Авторское свидетельство СССР Р 316931, кл. G 01 С 9/06, 1970 1прототип) .
