Датчик угла наклона объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности . Устройство содержят чувствительный элемент 1 в виде iaятникa, магнит 3, замковое устройство 4, датчик 5 иоложения маятника,измеритель 6 амплитуды колебаний маятника,преобразователь перемеш.ения в электрический сигнал содержит автогенераторы 10-13, ключи 14, 15. Введение новых элементов и образование новых CBHseii между элементами устройства позволяет онреде.ш1ть угол наклона объекта по точкам реверсий маятникг: 1. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1.SU. 1328 (51) 4 G 01 С 9/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ йо од надою, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3871433/24-10 (22) 25.03.85 (46) 07.08.87. Бюл. N- 29 (72) В.Н.Умников, А.А.Геталов и А.Б,Григорьев (53) 528.526.4 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 901818, кл. G 01 С 9/14,03 ° 06.80.

Авторское свидетельство СССР № 672486, кл, G 01 С 9/14,25.11.77. (54) ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА В

ДВУХ ВЗАИМНО ПЕРПЕНДИКУЛЯРНЫХ ПЛОСКОСТЯХ (57) Изобретение относится к измерительной -,åêÿè Iå. Цель изобретения повьРление точнос и I".3 Icpc ния, Уст рОиствО содерж:IT ч1 Вствитсльный эле мент в виде маятника, магнит 3, замковое устройство 4, датчик 5 поло— жения маятника, измеритель 6 амплитуды колебаний маятника, преобразователь перемещения в электрический сигнал содер— жит автогенераторы 1 О i 3 ключи 14

15, Введение новык элементов и обра— зование новых связей между элементами устройства позволя(- т Определить угол наклона Объекта по точкам реверсий маятника 1. 2 ил.

1328672

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов наклона как неподвижных объектов, так и равномерно движущихся объектов.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет определения угла наклона. объекта по точкам реверсий маятника. 10

На фиг. 1 изображена функциональная электрическая схема датчика угла наклона (с разрезом корпуса чувствительного элемента в одной из плоскостей наклона); на фиг.2 — эпюра напряжений 16 на выходе генератора тактовых импульсов.

Датчик угла наклона объекта в двух взаимно-перпендикулярных плос— костях содержит чувствительный эле- 20 мент (ЧЭ) 1 в виде маятника с подвеской на шарнирной крестовине 2, которая крепится на стойках, инерционное тело которого выполнено из постоянного магнита 3, замковое устрой- 25 ство 4, датчик 5 положения маятника, измеритель 6 амплитуды колебаний ма— ятника емкостного типа, заключенные в общий корпус 7 с основанием и электронную схему 8 управления сос- 30 тоянием чувствительного элемента (СУСЧЭ). Преобразователь перемещения в электрический сигнал представлен электронной схемой 9 измерения амплитуды колебаний маятника (CHAK) содержащей четыре автогенератора

10-13 гармонических колебаний и два ключа 14 и 15. СИАК 9 представляет собой два идентичных канала, первый из которых служит для измерения наклона в одной плоскости„ а второй — в другой перпендикулярной плоскости.

Измеритель 6 амплитуды колебаний маятника емкостного типа представляет собой четыре пары обкладок, образующих четыре конденсатора переменной емкости, включенных в колебательные контуры автогенераторов 10 — 13 соответственно. Четыре обкладки закреплены на маятнике и электрическй связаны между собой и корпусом. Четыре остальные обкладки неподвижно закреп— лены на стенках корпуса 7, по одной обкладке на каждой стенке. Датчик 5 положения маятника представляет собой электрический датчик, а замковое уст— ройство 4 — электромагнитный фиксатор„.

Инерционное тело из постоянного магнита 3 взаимодействует с датчиком 5 положения маятника и замковым устрой— ством 4. Вход СУСЧЭ подключен к датчику 5 положения маятника. Один из входов СУСЧЭ подключен к замковому устройству 4, а второй и третий выходы — к входам двух однотипных ключей 14 и 15 двухканальной схемы СИАК.

Датчик работает следующим образом.

При угле наклона объекта, равном нулю, маятник не отклонен от земной нормали ° Импульс положительной поляр— ности поступает со схемы СУСЧЭ и отключает замковое устройство 4, открывая ключи 14 и 15. Освобожденный от силовых связей с корпусом, маятник не двигается так как угол наклона ра1 вен нулю) . Следующий импульс, отрицательной полярности, восстанавлива— ет разорванные связи и закрывает ключи 14 и 15. Интервал времени 5t между импульсом положительной полярнос— ти и импульсом отрицатегьной полярности должен выбираться исходя из условий

dt Т +L(макс

dt Т вЂ” 2ь с ц где Т. — период незатухающих колебаний, в идеальной когебательной системе при угле отклонения маятника м „(„ к, — макси— мальный из двух углов на клона в одной и перпендикулярной ей плоскостях; максимальные углы наклона объекта по плоскостям задаются при проектирова— нии); — интервал времени, характеризуемый переходными процессами как в электронной схеме датчика, так

E в электромагнитных системах: маятник — замковое устройство, маятник датчик положения маятникаy

Т,, — длительность одного цикла измерений.

Период Т можно вычислить по макс формуле — 2 i 1» ()2sin2 с макс .ла с 1 mgd ) 2 2

1 3,, са

+ (- -) - sin — +

2 4 2

1328672 где j. — момент инерции маятника относительно одной из осей качания (момент инерции маятника относительно осей качания

5 одинаков);

m — масса маятника; — ускорение свободного падения;

d — длина маятника.

Следовательно, при угле наклона объекта, равным нулю, движения маятника нет, на выходе счетчиков схемы

СИАК присутствует код, соответствующий нулевому углу наклона. Этот код определяется качеством схемы СИАК, так как разностная частота автогенераторов 10-13 должна быть равна нулю.

При появлении угла наклона объекта относительно поверхности земли корпус датчика и связанный силовыми свя- 2g зями с корпусом ЧЭ образовывают с нормалью к земной поверхности углы, равные углу наклона объекта в двух перпендикулярных плоскостях. Изме— рение углов наклона в двух перпенди- 25 кулярных плоскостях производится по двух каналам СИАК по однотипным алгоритмам. Для упрощения рассмотрим измерение угла в одной плоскости, нап— ример в плоскости А. При этом с пос†30 туплением импульса положительной пав лярности со схемы СУСЧЭ открывается ключ 15 и обеспечивается обмотка замкового устройства 4. Отклоненный от земной нормали маятник, асвобажВ денный от силовых связей с корпусом, приходит в движение под действием силы притяжения. В своем движении маятник проходит положение равновесия (угол с нормалью равен нулю) и от— кланяется B IIDQTHBQIIQJIoEHóþ сторону (при условии малого сопротивления движению) на угол, равный углу перво. начального отклонения от земной нормали, равному углу наклона объекта.

В зависимости от амплитуды колебания маятника относительное изменение емкости измерителя 6 амплитуды коле— баний маятника различно. Разностная частота f автогенераторов 12 и 13

Р тем больше, чем больше угол наклона объекта. Через открытый ключ 15 импульсы с частотой f поступают на счетчик. В конце первого периода ко— лебаний маятника датчик 5 положения маятника выдает сигнал на схему СУСЧЭ, которая сравнивает этот сигнал с пороговым значением и, в случае превышения порога, выдает сигнал на откорпусам.

При открывании замкового устройства 4 на его обмотку подается питаниее I: i > тi i K AIIKCHD)" ется . Однавр е менна Hp eKp ilit;s e T< я поступление им—

H -J" icos череs KJIIOH 1 5 s счетHHK. С началам измерений ь следующем цикле показания счет-гиков сбрасываются. В счетчике записа-.о количества импуль— са в N, пр о-..орпиональнае углу наклона

Объекта . в плоскости А, йй с

К вЂ” масш-ааный коэффициент, Град показывающий цену имп.

1 дь.

1 де.?ь ния О,. .,нага импульса, Графи ., j» Г. 2) отображает изменение значения текущега угла отклонения ЧЭ а-. зсмн;:й нормали в плоскости

А т,л ва времени, Прн этом саолю даются ус..авив: с „, д = const, т. е. -1 ал: ак ана в плоскости А остается постоянным у- Ол наклОна р,, „„,. в ппасKccTII А задан, причем ан больше (либо раве ) :-1аксимальнаму угул наклона в перпенди1 улярной плоскости.

Видна, что Т, = „ +, где ь„ длительность н-.тервала йзмерении; ь,„ длительность интервала функции чувствительнага элемента с корпусом, и задается периопам следования положительных иьн:ульсав са схемы СУСЧЭ. Для интервала выполняется условие .I

C ма с

Известна, чта период калебаHHH маятника слабо зависит от амплитуды

Отклонения маятника к,, Конкретна, о при изменении угла ei от О до 15 из— менения значения периода колебаний не превышают 0,57.

Ф а р м у л а и з о б р е т е н и я

Датчик угла наклона объекта в двух взаимна перпендикулярных плоскрытие замкового устройства 4 и одновременно на закрытие ключа 15. При

=-там в схеме СУСЧЭ анализируется сигнал с датчика 5 положения маятника не только па величине, на и по зна— ку. Эта необходима для Tol а, чтобы различить момент начала движения маЯтника (каГпа в ОбмОтке датчика пОла женин маятника также появляется сигнал) H момент конца первого периода колебаний, когда необходимо восста— навить разорванные силовые связи ЧЭ с

1328672 пуса, причем зход c:õå û управления состоянием чувствительного элемента лям емкостного типа.

Попаж ение Г ЭО дйОбй с й

-4 а

4 /Вы

ГТЫ

Составитe,; И. Власов

Техред Л. Серд оков

Редактор О.Ирковецкая

Корре-..стор Г.Решетник

Заказ 3475/44 Тираж 676

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушс кая наб, „д, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое прецприяти". г, Ужгород ул, Проектная, 4 костях, содержащий основа.ние с опорными стойками, чувствительный элемент ввиде свободно подвешенного на шарнирной крестовине маятника, пре— образователь перемещения в электрический сигнал, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,:с целью повышения точности измерений за счет определения угла наклона по точкам реверсий ма— ятника, в него введены замковое 70 устройство, датчик положения маятника, электронная схема управления состоянием чувствительного элемента, первый, второй, третий и четвертый измерители емкостного типа, представ3!.--.Mùêå с обой обкладки, расположенные на маятн.ике и на боковых стенках кор—

; †..одключен к датчику положения маят— ника, один из выходов подключен к замковому устройству, а второй и тре. -|й выходы подключены к входам двух сднотипных ключей преобразователя перемещения в электричес.кий сигнал, выполненного в 1зиде двухканальной схе.ы измерения амплитуды колебаний маятника, входы каждого из каналов подключены к соответствующим измерите—