Устройство для измерения угла наклона Советский патент 1984 года по МПК G01B7/30 

Изобретение относится к измерител ной технике и может использоваться для измерения малых углов, в частности, в наклономерах. Известно устройство для измерени угловых перемещений, содержащее магнитный барабан, привод, две магнитные головки, счетчик импульсов 3. Недостатком устройства является малая точность измерений, обусловленная нестабильностью привода. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения угла наклона, содержащее датчик угла наклона в виде корпуса с установленный в опоpax внутри корпуса маятниковым чувст вительным элементом и подключенный к датчику угла блок регистрации 2J Однако известное устройство имеет недостаточную точность измерений, обусловленную моментами трения в опо рах маятникового чувствительного эле мента. Кроме того, нестабильность резонансных частот колебательных кон туров , включенных в цепи измерительных генераторов, также ограничивает точность измерения углов при изменении температуры окружающей среды. Целью изобретения является повышение точности и пороговой чувствительности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения угла нйклона, содержащем датчик угла наклона в виде корпуса с установ ленным в опорах внутри корпуса маят никовым чувствительным элементе, подключенный к датчику угла блок ре гистрации , последний выполнен в виде преобразователя сигнала, компаратора, триггера со счетным входом, трех двухвходовых элементов И, одного трехвходового элемента И, инвертора, генератора счетных импульсов, реверсивного счетчика, преобразователь сигнала, компаратор, три гер CQ счетным входом образуют последовательную цепь, выход компаратора соединен с вторчлМ входом первого двухвходоБого элемента И и через инвертор с первьм входсмл )второго эле мента И и вторым входом трехвходового элемента И, прямой выход триг ,гера соединен с первым входе первого двухвходового элемента И и третьим входом трёхвходового элемента И, инверсный выход триггера связан с вторь входом второго двухвходового элемента И, выход первого двухвходового элемента И соединен с первьи входом третьего двухвходового элемента И, генератор счетных импульсов связан с вторым входом третьего двухвходового элемента И и первьм входом трехвходового элемен .та И, выходы третьего двухвходового элемента И и трехвходового элемента И подключен соответственно к суммирующему и Вычитающему входам реверсивного счетчика, выход второго двухвходового элемента И соединен со входом установки нуля реверсивного счетчика опоры маятникового чувствительного элемента выполнены электрическими , маятниковый чувствительный элемент выполнен и виде полого цилиндра с двумя симметричными относительно оси цилйнщ а прямоугольными окнами в средней части боковых поверхностей, в корпусе установлены четыре измерительных электрода, ось чувствительности каждого из которых составляет 45 к вертикали, противоположные электроги попарно электрически соединены и пода:лючены к соответствующим входс1М преобразователя сигналов блока регистрации. На фиг. 1 представлена блок-схема датчика; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез В-Б на фцг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1. В керамическом корпусе 1 подвешен маятниковый чувствительный элемент 2, удерживаемый электрическими силами, образуемыми электродшли 3-12 электростатических опор. . Цилиндрические электроды 3-10, жестко закреплённые в корпусе 1, образуют две цилиндрические опоры,обес-i печивающне центрирование чувствительного элемента 2 в радиальном направлении. Дисковые электроды 11 и 12 (,фиг.1) жестко закрепленные на корпусе 1, образуют плоскую vonopy, обеспечивгиощую центрирование чувствительного элемента 2 в осевом горизонтгшьном направлении. Каждая пара диаметрально противополсмкных электродов 3 и 4, 5 и 6, 7 и В, 9 и-10, 11 и 12 включена в свой канал 13, .14, 15, 16 и 17 стабилизации соответственно, каждый из которых содержит датчик положения чувствительного -элек нта 2 в корпусе 1, корректирующее устройство и Лор- мирователь силовых потенциалов (зарядов ). Каналы 14-17 подключаются аналогично каналу 13 к соответствующим им электродам. Цилиндрические электроды 18-21 (фиг. 4 ) жестко закреплены в средней части корпуса 1 и образуют с чувствительным элементом 2, выполненным в виде полого цилиндра с двумя прямоугольными отверстиями-окнами в средней части его боковой поверхности, измерительныеконденсаторы. Диаметрально противоположные электроды 18 и 19, 20 и 21 электрически соединены друг с другом, чтобы исключить влияние линейных смецений чувствительного элемента 2 из центра корпуса 1 на точность измерения его угловых отклонений. Элементы 1-21 образуют собственно датчик угла Блок 22 регистрации (фиг. 4) содержит преобразователь 23 сигнала, последовательно включенные компаратор 24 и тригёр 25 со счетным входом, двухвходовые элементы И 26-28, трехвходовый элемент И 29, инвертор 30, генератор 31 счетных импульсов, реверсивный счетчик 32. Триггер 25 со счетным входом своим прямым выходом подключен к первому входу первого двухвходового элемента И 26 и третьему входу трехвходового элементам 29. Инверсным входом тригера 25 связан с вторым входом второго двухвкодового; элемента И 27. Компаратор 24 соед ней с вторым входом первого двухвходоврго элемента И 26 и через инвертор 30 с первым входом второго двухвходового эл.емента И 27 и вторым входом трехвходового элемента И 29. Генератор 31 счетных импульсов через третий двухвходовый элемент И 28 и трехвходовый элемент И 29 сое динен соответственно с суммирующим и вычитающим входами, реверсивного счетчика 32. Вход установки нуля реверсивного счетчика 32 соединен с выходом второго двухвходового элемента И 27. Устройство работает следующимобразом. При включении источников питания электронных кангшов 13-17 чувствительный элемент 2 совершает свободные маятниковые колебания в электростатических опорах. При исходном положении корпуса 1 когда ot 0 и оси чувствительности измерительных электродов 18-21 составляют углы в 45 к вертика/1и, на выходе преобразователя 23 сигнала формируется синусоидальное напряжение . Равенство полупериодов выходного напряжения преобразователя 23 соответствует горизонтальному положению .корпуса 1. При поворотах корпуса 1 вокруг горизонтальной оси на малые углы oL на выходе преобразователя 23 формир ется синусоидальное напряжение, нул1.переходаа которого происходят в моменты времени, не равные половине периода колебаний маятника. Это напряжение поступает на вход компаратора 24, на выходе которого формируются разнополярные импульсы, длительность которых определяется моментами прохождения через нуль синусоидального напряжения преобразователя 23. Импульсное напряжение поступает на вход триггера 25 со счетным входом и через инвертор 30 на вход элемента И 27. На второй вход элемента И 27 подаются импульсы с инверсного выхода триггера ,25. При этом на выходе элемента И 27 формируются импульсы установки йуля реверсивного счетчика 32. Элемент И 28 формирует импульсы последовательности, разрешающие прохождение счетных импульсов через элемент И 28 с выхода генератора 31 счетных импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 32 в течение интервалов времени, соответствующих положительному зна:у напряжения. Трехвходовый элемент 29 И формирует импульсы последовательности, разрешающие прохождение счетныхимпульсов генератора 31 на вычитающий вхОд реверсивного счетчика 32 в течение интервалов времени, соответствующих отрицательному знаку напряжения преобразователя 23 сигнала. Число импульсов, на выходе реверсивного счетчика 32 как результат вычитания последовательностей импульсов, соответствующих положительному и отрицательномузнаку колебаний, является мерой углов наклона объекта относительно горизонта. В течеИие времени последукицего периода колебания маятника происходит запись полезной информации и обнуление счетчика 32. В дальнейшем цикл измерения углов наклона повторяется. Устройство обеспечивает высокую точность измерения углов наклона благодаря отсутствию нестабильных индуктивных элементов в измерительных цепях датчика.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА, содержащее датчик угла наклона в виде корпуса с установленным в опорах внутри корпуса маятниковым чувствительным элементом, подключенный к датчику угла блок регистрации, отличающее сЯ тем, что, с целью повышения точности и пороговой чувствительности измерений, блок регистрации выполнен в виде преобразователя сиг1ала, компаратора, триггера со счет1ЫМ входом, трех двухвходовых эле«ентов И, одного трехвходового эле«ента И, инвертора, генератора счет1ЫХ импульсов, реверсивного счетчиса, преобразователь сигнала, компаоатор, триггер со счетным входом образуют последовательную цепь,выход компаратора соединен с вторьм входом первого двухвходового элемента . И и через инвертор с первым входом второго элемента И и вторым входом трехвходового элемента Н, прямой выход триггера соединен о-первым входом первого двухвходового элемента И и третьим входом трехвходового элемента И, инверсный выход триггера связан с вторым входом второго двухвходового элемента И, выход первого двухвходового элемента И соединен с первым входом третьего двухвходового элемента И, генератор счетных импульсов связан с вторым входом третьего двухвходового элемента И и первым входсяч трехвходового элемента И, выходы третьего двухвходового элемента И и трехвходового Элемента И подключены соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчи(Л ка, выход второго двухвходового элемента И соединен со входом установки нуля реверсивного счетчика опоры маятникового чувствительного элемента выполнены электростатическими, маятниковый чувствительный элемент выполнен в виде полого цилиндра с двумя симметричными относительно оси цилиндра прямоугольными бкнами 05 в средней части боковых поверхносОС тей, в корпусе установлены четыре измерительных электрода, ось чувста вительности каждого из кйторых со- . ос ставляет к вертикали, противоположные электроды попарно электрически соединены и подключены к соответствующим входам преобразовазгеля сигнала блока регистрации.