Устройство для определения угла наклона объекта Советский патент 1984 года по МПК G01C9/18 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения угла наклона объектов и может быть использовано в аппаратуре систем контроля и сигнализации измерений положения тел отнсительно первоначального состояния, в измерительной технике для измерения угла наклона объектов относительно горизонта и т.д.

Известны устройства для определения угла наклона относительно горизонта, содержащие чувствительный элемент в -виде жидкостного уровня конденсатора или электромагнитного маятника, усилитель и следящий привод или исполнительный магнитоэлектрический элемент ij.

Недостатками таких устройств являются потеря точности при съеме информации, так как измерительный эле мент не охвачен петлей обратной.связи, съем информации в аналоговом виде, что вызывает необходимость введения дополнительных преобразователей информации, имеющих собственную погрешность, при использовании устройств в цифровой технике.

Известно устройство для определения угла наклона объекта относительно горизонта, содержащее чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, селектор, реверсивный счетчик, преобразователь код напряжение и исполнительный магнитоэлектрический механизм. При от-., клонении устройства относительно горизонта с выхода чувствительного элемента снимается сигнал рассогласования, пропорциональнь1й углу отклонения, который поступает на вход фазочувствительного усилителя, являющегося знаковым звеном и формирующего знак + при одной фазе сигнала и знак - при другой фазе сигнала. Эта информация, заполненная частотой, через селектор управляет рекарсным счетчиком. С выхода счётчика цифровая информация в виде параллельного кода поступает на вход преобразователя код - напряжение и преобразуется в напряжение постоянного тока. Под действием этого непряжения в катушках магнитоэлектрического механизма возникает электрический ток, силы взаимодействия ко торого с магнитным полем постоянного магнита ротора исполнительного магнитоэлектрического механизма

отклоняют ротор индукционного датчика чувствительного элемента, механически жестко связанного с магнитоэлектрическим механизмом, в сторону 5 уменьшения сигнала рассогласования до величины статической ошибки следящей систе :. При этом с выхода реверсивного счетчика, являющегося выходом устройства, снимается Q цифровой КОД, пропорциональный и соответствующий углу наклона 2j .

Однако недостатком данного устройства является увеличение времени переходного процесса при боль5 шик углах рассогласования, т.е. в момент включения системы.

Целью изобретения является уменьшение времени переходного процесса т.е. повышение быстродействия; Q системы.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения угла наклона объекта, содержащее последовательно соединенные чувстви5 тельный элемент и дифференциальный усилитель, а также селектор и последовательно соединенные блоки младших и старших разрядов реверсивного счетчика, преобразователь код - напряжение и магнитоэлектрический механизм, жестко связанный с чувствительным злекеИтом, введены шифратор, коммутатор, три пороговых блока н генератор опорной частоты, причем ком чутатор включен между блоками мпадших и старших разрядов реверсивного счетчика, сигнальные входы каждого из трех пороговых блоков соединены с выходом дифференциального усилителя, а на входы пороговык блоков поданы опорные напряжения, выход первого порогового блока соединен с управлякнцим входом селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, входы шифратора соединены с выходами второго и третьего пороговых блоков, выход шифратора соединен с управляющим вкодом коммутатора, соединенного через дополнительную группу входов с выходом селектора.

На фиг,1 приведена блок-схема предлагаемого устройства с малым временем переходного процесса, на 5 фиг.2 графики переходных процессов системы (Ь( - при регулировании с постоянным шагом, о - при регулировании с переь енным дгагом). Устройство содержит индукционный датчик 1 угла (чувствительный элемент, дифференциальный усилитель 2, первый пороговый блок 3, второй пороговый блок 4, третий пор говый блок 5, генератор 6 опорной частоты, селектор 7, шифратор В, реверсивный счетчик 9 (Ю) младших и старших разрядов, коммутатор 11, преобразователь 12 код - напряжение, магнитоэлектрический механизм 13. -. Индукционный маятниковый датчик I угла отклонения состоит из статора, жестко закрепленного на корпусе, и ротора, подвешенного к корпусу на двух пластинчатых пружинах, которые позволяют ротору перемещаться в заданной плоскости измерения. На роторе имеется магнит, который вместе с катушками,-прикрепленными к корпусу датчика, образует магнитоэлектрический механизм 13. Дифференциальный усилитель 2 представляет собой звено, формирующее сигнал постоянного тока, пропорциональный величине входного сигнала и имеющий полярность в завибимости от полярности входного сигнал Пороговые блоки 3-5 представляют собой дифференциальные усилители, работающие в ключевом режиме настроенные на определенный порог срабатывания по входному сигналу и выдающие сигнал логической единицы при превышении входного сигнала пая пороговым. Селектор 7 является логической схемой и выдает импульсы частоты на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетчика в зависимости от управляющего сигнала. Шифратор 8 и коммутатор 11 пред ставляют собой набор логических схе И совпадения и логических схем ИЛИ сложения. Реверсивный счетчик 9 (10 является П-разрядным последовательным счетчиком. В качестве преобразователя 12 код - напряжение используется диодная матрица в сочетании с операцион ным усилителем, смещенным относи- тельно нулевого уровня. При отклонении устройства относительно горизонта его ротор в силу маятниковых свойств остается вертикальным, а статор перемещается. Расположейие катушек- ротора относительно статора становится несимметричным, а напряжения с роторных обмоток, включенных по дифференциальной схеме, - неодинаковыми. С выхода индукционного датчика 1 снимается разностный сигнал, пропорциональный углу отклонения, который поступает на вход дифференциального усилителя формирукяцего сигнал постоянного тока, пропорциональньй величине входного сигнала и имеющий полярность в зависимости от полярности входного сигнала, с выхода дифференциального усилителя 2 сигнал поступает на вход первого порогового блока 3, настроенного на нулевой порог срабатывания и выдающей сигнал логической единицы в случае положительного входного сигнала. С выхода первого порогового блока 3- снимается информация о знаке ошибки, и эта информация управляет селектором 7, на сигнальный-вход которого поступает частота с-выхода генератора 6 опорной частоты. В зависимости от знака сигнала ошибки селектор 7 выдает импульсы частоты на суммирующий или вычитающий вход младших разрядов реверсивного . счетчика 9, а также на вторую группу входов коммутатора 1 1. Сигналы переноса младщих разрядов счетчика поступают на первую группу входов коммутатора И. С выхода дифференциального усилителя 2 сигнал ошибки в виде напряжения постоянного тока, пропорционального величине входного сигнала и :имекицего знак « или - в зависимости от полярности входного сигнала, поступает на сигнальные входы второго и третьего пороговых блоков 4 и 5, каждое из которых настроено на определенную величину порога срабатывания соответственно по положительному и отрицательному напряжению. Тогда в случае малых по величине входных сигналов любой полярности на выходе второго порогового блока 4всегда формируется логический нуль, на выходе третьего порогового блока 5- логическая единица, при больших положительных сигналах (больше порогов срабатывания) с обоих пороговых блоков 4 и 5 выдается сигнапологической единицы, а при больших по величине, но -отрицательных сигналах, на выходе обоих блоков и5 формируется логический нуль.

С выхода пороговых блоков 4 и 5 логические сигналы поступают на входь1 шифратора 8, с выхода которого выдается сигнал логической единицы при больших углах рассогласования /т.е. при наличии на входах шифратора сигналов: 1 - 1 или О - О

На выходе шифратора 8 формируется, таким образом, управляющий сигнал для коммутатора 11. Если этот управляющий сигнал соответствует логической единице, что имеет место при больших углах рассогласования, то информация об ошибке с выхода селектора 7 подключается к старшим разрядам реверсивного счетчика 10, а сигналы переноса с выхода младших разрядов реверсивного счетчика 9 блокируются. В противном случае, если управляющий сигнал равен нулю, что имеет место при малых углах рассогласования, сигналы переноса с выхода младших разрядов реверсивного счетчика 9 поступают на вход старших разрядов реверсивного счетчика 10, а информация с выхода селектора 7 блокируется. Например, при восьмиразрядном счетчике величина выходного сигнала при больших углах рассогласования становится в 16 раз больше, чем при малых углах рассогласования.

С выхода реверсивного счетчика 9 и ю) цифровая информация в виде п at) аллель но го кода поступает на вхо преобразователя 12 код - напряжение и преобразуется в напряжение постоя ного тока.

Под действием этого напряжения в катушках магнитоэлектрического .механизма 13 возникает электрический ток, силы взаимодействия которого с магнитным полем постоянного магнита ротора отклоняют маятник в противоположном направлении-. Маятник отклоняется на угол, при котором статор одинаково перекрывает обе катушки ротора, при этом с выхода реверсивного счетчика снимается цифровой код, пропорциональный и соответствующий углу наклона. Выход реверсивного счетчика является выходом устройства. В известном устройстве регулирование осуществляется с постоянным шагом (,j,) и, следовательно, время переходного процесса состав)1яет i (фиг.2а

Для уменьшения времени переходного процесса при больших углах рассогласования в системе исполь- . зуется нелинейная коррекция, посредством которой осуществляется скачкообразное изменение коэффициента усиления. При больших углах рассогласования сигнал ошибки через коммутатор подключается к входу старших разрядов счетчика, в этом случае величина шага становится в п раз больше например, в случае восьмиразрядного реверсивного счетчика ). При попадании величины ошибки в трубку допусков (+uU) сигнал ошибки подключается к млад- . шим разрядам реверсивного счетчика, чем уменьшается коэффициент усиления системы. В данном случае время переходного процесса уменьшает- , ся /v в 10 раз (фиг.2&).

Использование изобретения позволит существенно повысить быстродействие системы измерения (-в 10, раз) .

ч1г

-И

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА, содержащее последовательно соединенные чувствительный элемент и дифференциальный усилитель, а также селектор и последовательно соединенные блоки младших и старших разрядов реверсивногосчетчика, преобразователь код - напряжение и магнитоэлектрический механизм, жестко связанный с чувствительным элементом, о т л и ч а ющ е е ся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены шифратор, коммутатор, три пороговых блока и генератор опорной частоты, причем коммутатор включен между блоками младших и от арши.х раз рядов реверсивного счетчика, сигнальные входы каждого их трех пороговых блоков соединены с Е« 1ходом дифференциального усилителя, а на входы пороговых блоков поданы опорные на.пряжения, выход первого порогового блока соединен с управлякицим входом селектора, сигнальный вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты, входы шиф9 ратора соединены с выходами второго и третьего пороговых блоков, выход шифратора соединен с управляющим входом коммутатора, соединенного через дополнительную группу входов с выходом селектора.

Ч -HI

.

ь

ll

f I

s

0

«e -J- I :з

cj

-H I

.

JP

00

«a.

r

:5t

:a«