ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА Российский патент 2002 года по МПК G01C9/20 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона относительно горизонта, в частности в устройствах робототехники, транспортных средств и подъемных механизмах.

Известен емкостной наклономер с неэлектропроводной жидкостью, которая частично заполняет пространство между двумя симметричными, имеющими форму круговых секторов, парами пластин, которые образуют систему двух конденсаторов с электронной схемой, на выходе которой выдается сигнал, пропорциональный разности емкостей [1] .

Однако недостатком такого устройства является то, что технологически трудно осуществить юстировку пар пластин, чтобы по возможности выдержать постоянное расстояние между пластинами, при этом в рабочем состоянии допустимо не более одной коррекции, например выравнивания нулевой точки или коррекции плоскопаралельной ошибки расстояния между пластинами. В связи с этим требуется высокая точность в изготовлении, которая ведет к удорожанию устройства.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является емкостной наклономер, содержащий плоскопараллельную пластину, на одной стороне которой имеются две поверхности (два электрода) двух конденсаторов с электронной схемой, а на другой стороне выполнен общий кольцевой электрод, охватывающий вышеупомянутые поверхности (электроды), соединенный с электронной схемой с помощью проводниковой структуры. К другой стороне плоской плоскопараллельной пластины прикреплен плоский затвор так, чтобы образовалась герметичная плоская, окружающая общий кольцевой электрод полость, которая частично заполнена электропроводной жидкостью [2] .

Недостатком известного наклономера является ограниченный диапазон измерения углов наклона. Ограничение обусловлено тем, что две пары конденсаторов, образованные двумя поверхностями (электродами), на одной стороне плоскопараллельной пластины и общим кольцевым электродом на другой стороне этой же пластины дают возможность реализовать только амплитудный метод обработки сигналов, при котором существуют две нулевые точки (нулевой потенциал) и две точки с максимальным значением потенциала при вращении наклономера в диапазоне от 0 до 360 электрических градусов. Это приводит к неоднозначности или к ограничению диапазона измеряемых углов. Кроме того, известный наклономер работает только с электропроводной жидкостью. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения углов наклона в диапазоне от 0 до 360 угловых градусов при работе с разными типами жидкостей и уменьшение габаритов, что позволяет также расширить сферу его использования.

Указанная цель достигается тем, что в датчике угла наклона, содержащем первую плоскопараллельную диэлектрическую пластину, на одной стороне которой выполнены первый и второй симметричные потенциальные электроды, а на другой стороне этой пластины съемный электрод, вторую плоскопараллельную диэлектрическую пластину, на одной стороне которой выполнен второй съемный электрод, конгруэнтный первому, при этом первая и вторая пластины соединены между собой с образованием герметичной полости, частично заполненной жидкостью, внутри которой размещены первый и второй съемные электроды, соединенные через проводниковые структуры с электронной схемой, к которой также подключены потенциальные электроды, введены дополнительные потенциальные электроды, выполненные на первой пластине, общее количество которых вместе с имеющимися должно быть более двух, которые запитаны через проводниковые структуры от электронной схемы сигналами, сдвинутыми относительно друг друга во времени, при этом количество сигналов равно количеству потенциальных электродов на первой пластине, дополнительный съемный электрод на второй плоскопараллельной пластине, находящейся в герметичной полости, и дополнительный съемный электрод, на второй плоскопаралельной пластине, находящейся вне герметичной полости, и при этом дополнительные съемные электроды соединены через проводниковые структуры с электронной схемой, а жидкость, заполняющая герметичную полость может быть как электропроводной, так и неэлектропроводной.

В результате введения дополнительных потенциальных электродов на первой пластине обеспечивается возможность реализации различных методов обработки сигналов, например, фазового, когда фаза сигнала линейно изменяется от 0 до 360 электрических градусов при изменении положения жидкости относительно электродов первой пластины от 0 до 360 угловых градусов. Введение дополнительных съемных электродов обеспечивает возможность работы датчика с разными типами жидкостей (электропроводной и неэлектропроводной), в результате расширяется сфера его использования.

Работа датчика угла поясняется чертежами.

На фиг. 1 изображен вариант датчика с жидкостью, общий вид, на фиг. 2 - вариант первой плоскопараллельной пластины с потенциальными электродами (ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3, ПЭ4), на фиг. 3 - вариант первой плоской плоскопараллельной пластины со съемным электродом (СЭ1), на фиг. 4 - вариант второй плоскопараллельной пластины с дополнительными электродами (СЭ3, СЭ4).

Датчик угла содержит первую плоскопараллельную пластину 1, на одной стороне которой выполнены потенциальные электроды 2 (ПЭ1, ПЭ2, ПЭ3, ПЭ4), соединенные с электронной схемой 3 с помощью проводниковой структуры 4, а на другой стороне - съемный электрод 5 (СЭ1), вторую плоскопараллельную пластину 6, на одной стороне которой выполнены съемный электрод 7 (СЭ2), съемный электрод 8 (СЭ3), на другой стороне - съемный электрод 9 (СЭ4). Скрепленные между собой первая пластина 1 и вторая пластина 6 образуют замкнутую герметичную полость 10, частично заполненную жидкостью 11. Все съемные электроды 5,7,8,9 через проводниковые структуры 4 соединены с электронной схемой 3.

Датчик угла работает следующим образом. Электронная схема 3 выдает сигналы на потенциальные электроды 2. С электродов 2 сигналы, сдвинутые по времени, наводятся на съемных электродах 5, 7, 8, 9. Информация об угловом положении жидкости относительно потенциальных электродов 2 заключена в фазе суммарных сигналов, наводимых на съемных электродах 5, 7, 8, 9. Возможны различные варианты подключения электродов. Незадействованные электроды могут отсутствовать. При снятии сигналов со съемных электродов 5 или 7 требуется частичное заполнение полости 10 электропроводной жидкостью. При снятии сигналов со съемных электродов 8 или 9 жидкость может быть как электропроводной, так и неэлектропроводной.

Предлагаемый датчик угла имеет расширенные функциональные возможности, т. к. обеспечивает возможность измерения углов наклона от 0 до 360 угловых градусов, а возможность его работы с разными типами жидкостей расширяет сферу его использования.

Источники информации
1. Патент ГДР-DD 226068, кл. G 01 C 9/20.

2. Патент ГДР-DD 267558, кл. G 01 C 9/20, 1989 г. -прототип.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона относительно горизонта, в частности в устройствах робототехники, транспортных средствах и подъемных механизмах. Датчик угла наклона содержит первую и вторую плоскопараллельную диэлектрические пластины. На одной стороне первой пластины выполнены более двух симметричных потенциальных электродов, на другой - первый съемный электрод. На одной из сторон второй плоскопараллельной пластины в герметичной полости выполнен второй съемный электрод, конгруэнтный первому, и первый дополнительный электрод. На другой стороне второй пластины вне герметичной полости выполнен второй дополнительный электрод. Первая и вторая пластины соединены между собой с образованием герметичной полости, которая частично заполнена жидкостью. Жидкость в полости может быть и электропроводной и неэлектропроводной. Съемные электроды на пластинах размещены внутри герметичной полости. Все потенциальные и съемные электроды через проводниковые структуры соединены с электронной схемой. Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей датчика угла за счет измерения углов наклона в диапазоне от 0 до 360^o при работе с разными типами жидкостей. 4 ил.

Датчик угла наклона, содержащий первую плоскопараллельную диэлектрическую пластину, на одной стороне которой выполнены первый и второй симметричные потенциальные электроды, а на другой съемный электрод, вторую плоскопараллельную диэлектрическую пластину, на одной стороне которой выполнен второй съемный электрод, конгруэнтный первому, при этом первая и вторая пластины соединены между собой с образованием герметичной полости, частично заполненной жидкостью, внутри которой размещены первый и второй съемные электроды, соединенные через проводниковые структуры с электронной схемой, к которой также подключены потенциальные электроды, отличающийся тем, что в него введены дополнительные потенциальные электроды, выполненные на первой пластине, общее количество которых вместе с имеющимися должно быть более двух, которые запитаны через проводниковые структуры от электронной схемы сигналами, сдвинутыми друг относительно друга во времени, при этом количество сигналов равно количеству потенциальных электродов на первой пластине, дополнительный съемный электрод на второй плоскопараллельной пластине, находящейся в герметичной полости, и дополнительный съемный электрод на второй плоскопараллельной пластине, находящейся вне герметичной полости, при этом дополнительные съемные электроды соединены через проводниковые структуры с электронной схемой, а жидкость, заполняющая герметичную полость, может быть как электропроводной, так и неэлектропроводной.