Датчик угла наклона Советский патент 1983 года по МПК G01C9/06 

1 Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для дистанционного определения угла нак лона и направления вектора наклона объекта. Известны устройстт а для определения угла наклона и угла плоскости наклона объекта,, содержащие корпус, две упругие балочки с тензорезисторам1, в конце которых укреплены гру зы, балочки укреплены в корпусе так что их продольные оси параллельны, а плоскости перпендикулярны Г 1 . Недостатком известных устройств является нелинейность амплитудной характеристики его измерительных эл ментов (тензопластинЬ Нелинейность устройства проявляется из-за изменения жесткости при изгибе теизопластины в плоскости Наклона объект при изменении напрйвления вектора наклона. Нелинейность амплитудной характеристики устройства вносит по грешность в измерение угла, усложняет обработку результатов измерени Такие датчики, предназначенные преимущественно для измерения больших углов наклона, имеют невысокую точность при измерении малых углов наклона. Измерение датчиком малых углов характеризуется уменьщением коэффициента использования диапазона измерений датчика и соответствующим увеличением погрепшос 1ТИ измерений. НаибЬлее близким к предлагаемому является датчик угла наклона, содержащий корпус, инерционную массу, под вешенную на тягах, точка пересечения которых совмещена с центром тяжести инерционной массы, и дифференциальНый преобразователь. Тяги наклонены к вертикальной оси датчика на угол, равный предельному измеряемому углу наклона, а преобразователями служат тензорезисторы,, являющиеся составной частью тяг 2 , Инерционная .масса этого датчика висит на тенэорезисторах,которые исга 1тьшают некоторую начальную деформацию растяжения S. При измерении углов наклона от оС до - oL тензорезисторы испытывают деформацию растяжения от О до « . Амплитуда выходного сигнала датчика при этом ограничивается предельной деформацией растяжения + Е , измеряемой тензорезисторами, деформация сжатия - , также измеряемая 732 тензорезистсрами, в тягах и тензорезисторах датчика отсутствует, что уменьшает его сигнал на выходе, а следовательно, и чувствительность не менее чем в 2 раза. Другим недостатком датчика является нелинейность амплитудной характеристики датчика, вносящей погрешность в измерениях как больших, так и ма.пьгх углов. Наличие тригонометрических функций в формулах обработки результатов измерений усложняет процесс определения угла наклона и не позволяет следить за изменением величины угла наклона и направлением вектора наклона в ходе эксперимента, Цель изобретения - повышение чувствительности и снижение погрешности датчика при измерении малых углов наклона. Поставленная цель достигается тем, что в датчике угла наклона, содержащем корпус, тензометрированный упругий элемент, связанный с инерционной массой, тензометрированный упругий элемент вьшолнен составным, имеющим внутренний осевой стержень из материала с высоким модулем Юнга, и охватывающий его полый цилиндр из материала с низким модулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцом полого цилиндра, а другим - с введенным в датчик устройством натяжения, укрепленным на корпусе. На фиг. 1 изображен датчик угла наклона, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1, Датчик содержит упругий элемент 1 с наклеенными на него тензорезисторами 2, своим основанием жестко скрепленный с корпусом 3, а другим концом - с инерционной массой 4. Упругий элемент выполнен составным из внутреннего осевого стержня 5 и охватьшающего его полого цилиндра. Осевой стержень 5 одним концом скреплен с торцом полого цилиндра, а другим - с натяжиым устройством 6. При наклоне объекта с установленным на нем датчиком угла наклона на внешней поверхности упругого элемента датчика появляются деформации изгиба, воспринимаемые тензорезисторами, соединенными в две полумостовые схемы. Выходные сигналы с каждого полумосТа, пропорциональные компонентам углового перемещения, поступают каждый в свой канал усилитель3но-регистрирую1дей аппаратуры. Величина угла наклона определяется зависимостью oL, где ci и diy компоненты углового перемещения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих че рез оси чувствительности тензорезис:торов. Направление вектора угла наклона определяется суммой векторов 0 и al-nf&X. же составляющих углового перемещения. Использование цилиндрического упругого элемента, обладающего неизменной жесткостью в плоскости наклона при изменении направления вектора наклона, обеспечивает линейность амплитудной характеристики датчика 734 при измерении как больших, так и малых углов наклона и снижает погрешность измерений. Тарировка такого датчика сводится к обычному, широко npHMEHHeMONfy в измерительной технике, масштабированию, что позволяет следить за изменением величины и направления угла наклона в ходе зкрперимента при подключении датчика, например, к показывак 1дему регистрирующему прибору. Использование разгруженного полого цилиндра с низкий модулем Юнга позволяет уменьшить его жесткость при изгибе (увеличить деформацию наружной поверхности полого цилиндра ), чем повьш1ается чувствительность датчика и снижается погрешность измерений.

ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА, содержащий корпус, тензометрированный упругий элемент, связанный с инер(Л со sl 00 .i ционной массой, стлич.аю1)ий с я тем, что, с целью повьппення чувствительности, снижения погрешности и получения линейной амплитудной характеристики при измерении малых углов, упругий элемент датчика выполнен составньтм, нмеюрщм внутренний осевой стержень из материала с высоким модулем Юнга, и охватывающий его полый цилиндр из материала с низким модулем Юнга, причем внутренний стержень скреплен одним концом с торцом полого цидиндра, а другим - с введейным в датчик устройством натяжения, укрепленным на корпусе.