Оптико-электронный маятниковый датчик уровня

Авторы патента:

G01C9/12 - с помощью маятника (отвесы G01C 15/10)

Владельцы патента RU 2478186:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) (RU)

Изобретение относится к устройствам для измерения отклонения объекта в вертикальной плоскости и может быть использовано для контроля и выправки положения железнодорожного полотна. Сущность: датчик уровня содержит маятник, излучатель света, ряд светоприемников, корпус. В эту схему введены щелевая диафрагма, коммутатор, устройство сравнения, источник опорного напряжения, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников, блок вычисления линейного и углового смещения маятника. При этом излучатель света и щелевая диафрагма расположены на маятнике, а ряд светоприемников - на корпусе симметрично относительно маятника на некотором расстоянии, выходы светоприемников соединены со входами коммутатора, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения. Второй вход устройства сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения, выход устройства сравнения через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещения маятника. Щелевая диафрагма формирует узкий пучок излучения, который засвечивает ограниченное число светоприемников. Сигналы с выходов всех светоприемников сравниваются с опорным напряжением, в результате чего определяются порядковые номера засвеченных светоприемников. Затем вычисляется порядковый номер среднего из засвеченных светоприемников. Технический результат: повышение точности и разрешающей способности при измерении угла отклонения маятника за счет сужения пучка излучения с помощью щелевой диафрагмы и применения устройства обработки сигнала светоприемников. 2 ил.

Известен маятниковый датчик уровня ELT-133.00 фирмы «Plasser & Thuerer» (Австрия) [Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Зотов С.А. Датчики уровня систем управления выправочных железнодорожных машин // Датчики и системы - 1999. - №4. - С.40-43]. Он содержит массивный маятник, корпус, в нижней части которого имеется ванна, профиль которой повторяет профиль нижней части маятника по его радиусу. В ванне находится демпфирующая жидкость. Подвес маятника в корпусе выполнен с помощью оси, жестко связанной с маятником, и двух шарикоподшипниковых опор. С осью подвеса маятника связана ось вращения потенциометрического датчика угла.

Передача колебаний маятника на ось вращения потенциометра происходит с помощью шкивов и гибкой передачи (стальной тросик, кордовая нить, зубчатый ремень). Основным недостатком такого способа съема сигнала является наличие статической погрешности датчика, обусловленной моментом трения в механической передаче. Кроме того, имеет место износ потенциометра как при работе, так и при транспортировке датчика.

Таким образом, к недостаткам прибора можно отнести наличие у него значительной статической погрешности, обусловленной моментом трения в механической передаче, которая ограничивает возможности его применения.

Прототипом является устройство для контроля перемещений, выполненное в соответствии с патентом РФ №2150086. Оно имеет два блока датчиков, расположенных перпендикулярно друг другу, каждый блок выполнен в виде маятника, на конце которого расположен излучатель света, а на шкале находится ряд светоприемников, расположенных симметрично относительно маятника на некотором расстоянии.

Недостатком устройства является то, что излучатель света за счет расхождения пучка засвечивает сразу несколько светоприемников, что снижает разрешающую способность и точность определения угла отклонения маятника.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и разрешающей способности при измерении угла отклонения маятника за счет сужения пучка излучения с помощью щелевой диафрагмы и применения устройства обработки сигнала светоприемников.

Поставленная техническая задача в предлагаемом изобретении решена тем, что оптико-электронный маятниковый датчик уровня содержит маятник, излучатель света, щелевую диафрагму, ряд светоприемников, корпус, коммутатор, устройство сравнения, источник опорного напряжения, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников, блок вычисления линейного и углового смещения маятника, причем излучатель света и щелевая диафрагма расположены на маятнике, а ряд светоприемников - на корпусе симметрично относительно маятника на некотором расстоянии, выходы светоприемников соединены со входами коммутатора, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход устройства сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения, выход устройства сравнения через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещения маятника.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что щелевая диафрагма формирует узкий пучок излучения, который засвечивает ограниченное число светоприемников. Сигналы с выходов всех светоприемников сравниваются с опорным напряжением, в результате чего определяются порядковые номера засвеченных светоприемников. Затем вычисляется порядковый номер среднего из засвеченных светоприемников. Таким образом, зная размеры светоприемников и величину расстояния между ними, можно определить линейное и угловое перемещение маятника с высокой точностью и разрешающей способностью.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана структурная схема оптико-электронного маятникового датчика уровня. На фиг.2 показан сигнал, формируемый на выходах светоприемников.

Предлагаемый оптико-электронный маятниковый датчик уровня содержит маятник 1, излучатель света 2, щелевую диафрагму 3, ряд светоприемников 4, корпус 5, коммутатор 6, устройство сравнения 7, источник опорного напряжения 8, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников 9 и блок вычисления линейного и углового смещения маятника 10, причем излучатель света 2 и щелевая диафрагма 3 расположены на маятнике 1, а ряд светоприемников 4 - на корпусе симметрично относительно маятника 1 на некотором расстоянии, выходы светоприемников 4 соединены со входами коммутатора 6, а его выход соединен с первым входом устройства сравнения 7, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения 8, выход устройства сравнения 7 через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников 9 соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещения маятника 10.

Работа устройства происходит следующим образом. При отклонении маятника 1 от первоначального положения относительно корпуса 5 световой пучок от излучателя света 2, сформированный щелевой диафрагмой 3, смещается относительно ряда светоприемников 4, засвечивая несколько из них. В результате на выходах светоприемников формируются сигналы, показанные на фиг.2, которые поступают на входы коммутатора 6. В устройстве сравнения 7 сигналы с выхода каждого светоприемника сравниваются с опорным напряжением, формируемым источником опорного напряжения 8. В результате определяются номера светоприемников i и i+m, сигнал на выходе которых равен опорному напряжению. Причем число засвеченных светоприемников m является постоянной величиной для данной конструкции и в основном определяется шириной щели диафрагмы. Далее в блоке 9 определяется номер среднего из засвеченных светоприемников

Линейное смещение маятника определяется в блоке 10 по формуле

Δl=Δj(d+c),

где Δj - значение приращения номера засвеченного светоприемника;

d - ширина светоприемника;

с - расстояние между соседними светоприемниками.

Угловое смещение маятника определяется по формуле

где R - расстояние от оси подвеса маятника до светоприемника.

Применение такого алгоритма обработки сигналов позволяет повысить разрешающую способность определения смещения маятника до значения d+c, несмотря на то что одновременно засвечивается несколько светоприемников. Блоки вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников 9 и вычисления линейного и углового смещения маятника 10 могут быть реализованы в виде программируемого микропроцессорного устройства.

Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства, реализация которых может быть выполнена в соответствии фиг.1, позволяет повысить точность и разрешающую способность при измерении угла отклонения маятника за счет сужения пучка излучения с помощью щелевой диафрагмы и применения обработки сигнала светоприемников.

Оптико-электронный маятниковый датчик уровня, содержащий маятник, излучатель света, ряд светоприемников, корпус, отличающийся тем, что в него дополнительно введены щелевая диафрагма, коммутатор, устройство сравнения, источник опорного напряжения, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников и блок вычисления линейного и углового смещений маятника, причем излучатель света и щелевая диафрагма расположены на маятнике, а ряд светоприемников - на корпусе симметрично относительно маятника на некотором расстоянии, выходы светоприемников соединены со входами коммутатора, а его выход соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход устройства сравнения через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещений маятника.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к грузоподъемной технике, и может использоваться во фронтальных погрузчиках. .

Портативный опорный лазер и принадлежности для лазера // 2452919

Маятниковый датчик уровня // 2345325

Уровень // 2290607

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для выверки горизонтальности линий и плоскостей. .

Функциональный датчик пространственного положения сварочной ванны // 2241207

Изобретение относится к области электродуговой сварки, а именно к маятниковым датчикам пространственного положения сварочной ванны. .

Способ определения угла пуска боеприпаса его бортовым датчиком до старта при отсутствии электропитания и устройство для его реализации (варианты) // 2224204

Изобретение относится к измерительным приборам, в частности к датчикам угла отклонения управляемого боеприпаса от горизонта при его выстреливании. .

Сигнализатор угла наклона // 2156957

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для контроля положения вертикали транспортного средства при его движении по пересеченной местности или на горных склонах.

Устройство для контроля перемещений // 2150086

Изобретение относится к устройствам для определения крена объекта. .

Датчик углов наклона сооружений // 2131112

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов наклона гидротехнических сооружений. .

Способ определения отклонения объекта от вертикального положения // 2075729

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при определении отклонения объекта от вертикального положения. .

Маятниковый датчик угла наклона // 2500988

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углов наклона, в частности, подвижных объектов. Заявленный маятниковый датчик угла наклона содержит поперечный и боковые стержни, при этом вторые концы каждого из боковых стержней неподвижно соединены с роторами соответствующих вращающихся трансформаторов, находящихся на площадке, установленной подвижно на оси подвеса датчика наклона, вращающиеся трансформаторы установлены симметрично относительно оси датчика и на расстоянии друг от друга, обеспечивающем образование стержнями в точках их соединения параллелограмма, причем статор каждого вращающегося трансформатора скреплен соосно с шестерней и, как и его ротор, установлен с возможностью поворота относительно оси вращающегося трансформатора, на оси датчика наклона жестко установлена шестерня, входящая в зацепление с шестерней статора одного из вращающихся трансформаторов и через дополнительную шестерню с шестерней второго вращающегося трансформатора, а обмотки роторов вращающихся трансформаторов соединены последовательно и встречно. Технический результат, достигаемый от реализации заявленного изобретения, заключается в повышении точности измерения угла наклона объекта при его движении, посредством исключения влияния линейного ускорения при движении объекта на результаты измерения угла его наклона относительно местной вертикали, что повышает точность измерения угла наклона объекта при его движении. Указанная цель достигается тем, что дифференциальный сигнал с двух вращающихся трансформаторов определяется только поворотом объекта при его наклоне и не чувствителен к колебаниям маятника относительно оси его подвеса при движении объекта. 2 ил.

Маятниковый датчик угла наклона // 2548397

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углов наклона, в частности подвижных объектов. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения угла наклона объекта при его движении. Маятниковый датчик угла наклона содержит маятник и два датчика угла, состоящие из статора и ротора. Статоры датчиков углов соединены соосно с шестернями. Оба датчика угла установлены на одной оси подвеса и их роторы жестко закреплены на этой оси. Статор и шестерня одного датчика угла жестко соединены с маятником и установлены с возможностью их совместного поворота вокруг оси подвеса относительно ротора этого датчика угла. Статор и шестерня другого датчика угла установлены с возможностью их совместного поворота вокруг оси подвеса относительно ротора этого датчика угла. Шестерни, соединенные со статорами датчиков углов, находятся в зацеплении через четное количество промежуточных шестерен, выходные обмотки статоров датчиков углов соединены с возможностью суммирования их выходных сигналов. 1 ил.

Уровень // 2570799

Изобретение относится к инструментам контроля горизонтальности и вертикальности плоскостей и измерения малых углов отклонения от горизонтальности и вертикальности и может быть использовано в строительной отрасли и в бытовых условиях. Уровень, содержащий визуальный индикатор в виде стрелочного указателя, размещенного в защитной оправе и подвешенного радиально с возможностью свободного поворота на горизонтальной оси, защитная оправа с фронтальной стороны прозрачная, снабжена кольцевой контрольно-измерительной шкалой, по оси которой расположена горизонтальная ось стрелочного указателя, при этом защитная оправа закреплена в прямоугольном полом корпусе, имеющем две параллельно расположенные узкие рабочие грани, соединенные двумя параллельно расположенными широкими гранями, отличающийся тем, что защитная оправа выполнена в виде прямоугольной платы, закрепленной неподвижно в полости прямоугольного корпуса с плотной посадкой между узкими рабочими гранями, кольцевая контрольно-измерительная шкала и один конец горизонтальной оси закреплены на прямоугольной плате защитной оправы, второй конец горизонтальной оси закреплен на прозрачной крышке защитной оправы. Технический результат заключается в упрощении конструкции, технологии изготовления и повышении эксплуатационной надежности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Датчик для измерения углов поворота подвижных элементов конструкций // 2605005

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения углов поворота, в частности, подвижных элементов конструкций объектов. Технической задачей изобретения является увеличение диапазона измерений углов поворота датчика и повышение точности измерения углов поворота подвижных элементов конструкции объекта. Указанная цель достигается тем, что суммарный сигнал с двух датчиков углов определяется поворотом только одного подвижного элемента конструкции и не чувствителен к перемещениям второго подвижного элемента за счет того, что каждый из датчиков установлен на своей оси, жестко закрепленной на одном из подвижных элементов конструкции. Предлагаемое техническое решение позволяет получать сигнал, пропорциональный углу поворота одного из подвижных элементов конструкции относительно исходного положения датчика независимо от положения второго подвижного элемента конструкции. 1 ил.