НАКЛОНОМЕР Российский патент 1997 года по МПК G01B17/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения и контроля углового перемещения объекта.

Известен преобразователь угла наклона /1/, содержащий корпус, прокладку, подвес, две токопроводящие пластины, диэлектрическую прокладку и два боковых электрода.

Известен ультразвуковой преобразователь угла наклона /2/, выбранный в качестве ближайшего аналога, который содержит корпус в виде трубки с жидкостью и воздушным пузырьком, две пары ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, двух демпферов, генератор электрических импульсов и измерительное устройство.

Общими и основными недостатками этих устройств являются недостаточные точность и надежность измерения угловых перемещений объектов за счет влияния акустических, тепловых и электромагнитных помех, вызывающих увеличение составляющих погрешности измерения. Выполнение маятника из диэлектрической прокладки с пластинами /1/ и акустического тракта с жидкостью и пузырьковым отражателем /2/ резко снижает надежность известных устройств, ограничивает области технического приложения.

Задачей изобретения является повышение точности и надежности измерения угловых перемещений объекта.

Поставленная задача достигается тем, что в наклономер, содержащий кольцевой звукопровод, взаимодействующие с ним элементы записи и считывания, и связанные с ним генератор опроса, блок кодирования и вычислений, дополнительно введены поводок, эксцентрично установленный относительно указанного звукопровода, поляризатор, установленный на конце поводка с возможностью перемещения по периметру этого звукопровода, гальванически выходом связанный с ним усилитель записи, выходом соединенный с опорным входом блока кодирования и вычислений и с выходом генератора опроса, звукопровод выполнен из магнитострикционного материала.

На фиг. 1 приведена структурная схема наклономера; на фиг. 2 вариант выполнения его блока кодирования и вычислений; на фиг. 3 основные временные диаграммы, поясняющие его работу.

Наклономер содержит звукопровод 1 из магнитострикционного материала с радиусом закругления R, поводок 2 с поляризатором 3 и шарниром 4, акустический поглотитель 5, два элемента 6,7 считывания, усилитель 8 записи, два усилителя 9,10 считывания, генератор 2 опроса, блок 12 кодирования и вычислений /БКВ/, шину 13 управления, n шины 14 данных и m шины 15 знака перемещения. Звукопровод 1 заключен в акустический поглотитель 5 и подключен к выходу усилителя 8 записи. С обеих сторон от акустического поглотителя 5 на звукопроводе 1 неподвижно закреплены два элемента 6,7 считывания, подсоединенные соответственно к входам усилителей 9, 10 считывания, подсоединенных к сигнальным входам блока 12 кодирования и вычислений. На звукопроводе 1 закреплен поляризатор 3, выполненный с возможностью радиального перемещения и кинематически подключенный через поводок 2 к шарниру 4, установленному в осевом центре звукопровода 1. Выход генератора 2 опроса соединен с входами блока 12 кодирования и вычислений и усилителя 8 записи. Управляющие входы генератора 2 опроса и блока 12 кодирования вычислений объединены и подключены к шине 13 управления. Первые и вторые группы выходов БКВ 12 подключены соответственно к шинам 14 данных и шинам 15 знака перемещения.

Блок кодирования и вычислений /фиг. 2/ содержит одновибратор 16, два пороговых элемента 17, 18, два триггера 19, 20, два измерительных генератора 21, 22, два счетчика 23, 24, компаратор 25, элемент ИЛИ 26, коммутатор 27 и вычитатель 28.

Наклономер работает следующим образом.

Первоначально наклономер /фиг. 1/ находится в исходном состоянии. При подаче сигнала "Разрешение" /фиг. 3а/ наклономер переводится в режим работы, разблокируются его генератор 2 опроса и БКВ 12. Запускается генератор 2 опроса, вырабатывающий прямоугольные видеоимпульсы /фиг. 3б/ с частотой следования f_оп 1•T_оп, которыми возбуждаются усилитель 8 записи и БКВ 12 /фиг. 2/. На выходе усилителя 8 записи формируется токовый сигнал, поступающий в среду магнитострикционного звукопровода 1, в котором под поляризатором 3 возбуждается упругая крутильная волна вследствие магнитомеханического преобразования, распространяющая в обе стороны по звукопроводу 1 со скоростью U_кр.

В следующие искомые моменты времени
T₁ l₁/U_кр и T₂ l₂/U_кр,/1/
определяющие текущее положение l₁, l₂ поляризатора 3 на рабочей части С-образного звукопровода 1 и тем самым угол отклонения объекта от вектора гравитации /вертикали/, упругие волны достигают соответственно первый и второй сосредоточенные элементы 6,7 считывания и ими считываются /фиг.3в,г/ вследствие магнитоупругого преобразования. Достигая акустический поглотитель 5, падающие упругие волны демпфируются. В результате в среде магнитострикционного звукопровода 1 не накапливается энергия отраженных волн и поддерживается заданное отношение сигнала/помеха.

Наведенные аналоговые сигналы считывания усиливаются усилителями 9,10 считывания и, поступая в БКВ 12 /фиг. 2/, преобразуются пороговыми элементами 17, 18 в прямоугольные видеоимпульсы /фиг.3д,е/. Производится переключение триггеров 19,20 /фиг.3д,е/, запускаются измерительные генераторы 21, 22 на время действия этих сигналов /фиг.3и,к/ и на прямые счетные входы счетчиков 23, 24 проходят счетные импульсы. Таким образом, выполняется цифровое кодирование с частотой дискретизации f₀ 1/T₀ временных интервалов /1/ углового отклонения α объекта и запоминание кодов в счетчиках 23, 24, до следующего цикла преобразования:
N₁ T₁•f₀ и N₂ T₂•f₀/2/
С выходов счетчика 23, 24 кода /2/ углового положения объекта поступают на входы компаратора 25 и коммутатора 27. Компаратор 25 проводит их по-разрядное сравнение и вырабатывает m 3-разрядных код знака углового перемещения

который с выходов БКВ 12 проходит на шины 15 знака перемещения и формирует сигнал "Знак перемещения". На выходе элемента ИЛИ 26 вырабатывается управляющий сигнал, которым переключаются входы коммутатора 27, и на входы вычитателя 28 поступают коды /2/ в однозначной позиции для вычисления кода углового отклонения объекта

С выхода вычитателя 28 результирующий код /4/ проходит на n-шины 14 данных, формируя сигнал "Перемещение". При подаче очередного сигнала записи генератора 2 опроса производится установка в единичное состояние триггеров 19, 20 и нулевого состояние счетчиков 23, 24, обозначая начало очередного цикла преобразования, который выполняется согласно рассмотренного. Начальную установку триггеров 19,20, БКВ 12 производит одновибратор 16.

При снятии сигнала "Разрешение" по шине 13 управления преобразователь переводится в режиме блокирования и преобразования угловых перемещений объекта в код не выполняются.

Повышение точности измерений угловых отклонений объекта от вертикали достигается за счет уменьшения влияния дестабилизирующих факторов среды (акустические, тепловые и электромагнитные помехи). Подключение акустического тракта /1/ первичного преобразователя к его основанию через акустический поглотитель 5 и неконтактный способ возбуждения упругих волн препятствует проникновению энергии акустических помех в сигнальные цепи преобразователя и не искажает форму информационных сигналов-носителей. Применение упругих крутильных волн в качестве носителя информации об угловых перемещениях объекта, термостабильных пороговых схем /17, 18, 21, 22/ уменьшает температурную погрешность преобразователя. А размещение сигнальных цепей преобразователя в электромагнитном корпусе, служащем экраном, позволяет уменьшить влияние электромагнитных помех среды. Кроме того, использование магнитострикционного звукопровода повышает надежность преобразователя, его технологичность. Это существенно отличает его от прототипа и способствует расширению области использования.

Использование: в приборостроении. Задача - повышение точности углов наклона. Сущность изобретения: состоит из магнитострикционного звукопровода 1, поводка 2 с поляризатором 3 и шарниром 4, акустического поглотителя 5, двух элементов 6, 7 считывания, усилителя 8 записи, двух усилителей 9, 10 считывания, генератора 11 опроса 11, блока 12 кодирования и вычислений, шин 13 управления, n - шин 14 данных и m - шин 15 знака перемещения. Преимущество: уменьшение влияния дестабилизирующих факторов среды и упрощение первичного преобразователя. 3 ил.

Наклономер, содержащий кольцевой звукопровод, взаимодействующие с ним элементы записи и считывания и связанные с ними генератор опроса, блок кодирования и вычислений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения углов наклона, он снабжен поводком, эксцентрично установленным относительно указанного звукопровода, поляризатором, установленным на конце поводка с возможностью перемещения по периметру этого звукопровода, гальванически выходом связанным с ним усилителем записи, входом соединенным с опорным входом блока кодирования и вычислений и с выходом генератора опроса, а звукопровод выполнен из магнитострикционного материала.