Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1985 года по МПК G01C9/20 

Изобретение относится к системам для определения углов наклона объектов, технологических баз, приборов и т. д. относительно горизонтальной плоскости. ,5

Цель изобретения - повышение точности измерений путем обеспечения стабильности характеристик чувствительных элементов.

На фиг. 1 показан вариант вьшол- )0 нения устройства,, разрез А-А-; на фиг. 2 - структурная схема устройстBaJ .на фиг. 3 - устройство при двух положениях плоскости рабочей жидкости на фиг. 4 - зависимость фазы li колебаний струны от глубины погружения ее в жидкость.

. Устройство измерения углов наклона содержит корпус, чувствительные элементы, размещенные в нем, измеритель-20 нуто схему, связанную с чувствительными элементами.

Корпус (фиг. 1) выполнен из немагнитного материала, например титана, в виде двух частей: нижней 1 и верх-25 ней 2. Внутренняя полость корпуса имеет цилиндрическую форму. Такая форма технологична, обладает осевой симметрией. Выбор цилиндрической формы корпуса связан еще и с тем, что 30 для увеличения чувствительности прибора струны надо разносить как можно дальше от центральной оси, т. е. Друг от друга, при этом в цилиндре длина струны не меняется от того, « как далеко струна отстоит от центра корпуса, и в любом случае равна высоте цилиндра. Материал корпуса выбирается немагнитными, для уменьшения вредного магнитного влияния корпуса 0 на струну.

На дне корпуса 1 вьшолнены упоры 3 для крепления чувствительных элементов. Корпус наполовину заполнен жидкостью 4, например силиконовым 45 маслом Жидкость может быть как электропроводной, так и неэлектропроводНой и вьйирается из соображений наименьшего химического воздействия с чувствительными элементам11и корпусом. 50

Чувствительные элементы выполнены в виде двух струн 5 из ферромагнитного материала, например, рояльной стали, обладающей хорошими упругими и ферромагнитными свойствами. Для 55 подцер;. а ния натяжения служат натяжные винты 6, с помощью которых верх1ще концы струн крепятся к крышке корпуа с нужным натягом. Струны 5 располоены параллельно продольной оси коруса ,в двух взаимно перпендикулярных адиальных плоскостях. Расстояние ежду струнами5 и стенкой корпуса станавливается минимальным для повыения чувствительности, но с учетом исключения возможности капиллярного эффекта.

Кроме того, для увеличения чувствительности измерителя струны располагают как можно дальше от продольной . оси симметрии корпуса, при этом длина чувствительного элемента не будет меняться (а в случае сферической формы полости корпуса для чувствительйого элемента будет уменьшаться, что дриведет к уменьшению динамического диапазона).

По оси корпуса расположен штырь 7. На нем закреплены в плоскостях размещения струн 5 два электромагнита 8 и два звукоснимателя 9. Каждый электромагнит 8 служит для возбуждения в струне 5, размещенной в той же плоскости, гармонических колебаний, в качестве его может быть использован любой стандартный электромагнит переменного тока с напряжением питания 20-25 В и подходящими габаритами.

Звукосниматель 9 предназначен для съема электрических сигналов со струны 5, расположенной в его плоскости, можно использовать, например, звукосниматель магнитный ГЗУМ-73С.

В верхней части корпуса 2 имеется технологическое отверстие 10 для заполнения жидкостью.

Изоляция от окружакщей среды необходима для исключения испарения рабочей жидкости.

Измерительная схема устройства (фиг. 2) содержит кварцевый генератор 11, усилитель мощности 12, два усилителя напряжения 13, два фазовых детектора 14 и вычислительный блок 15.

Выходы кварцевого генератора 11 .подсоединены через усилитель 12 к каждому электромагниту В и к одному из входов каждого фазового детектора 14. :

К каждому звукоснимателю 9 подключен усилитель напряжения 13, выход которого подан на второй вход каждого фазового детектора 14. Выходы

3

фазовых детекторов 14 подсоединены к -входам вычислительного блока 15,,

Усилители напряжения 13 служат для усиления сигнала с чувствительного элемента 5 и, например, могут быть вьшолнены как опера1Щонный усилитель на микросхеме 140УД1.

Фазовые детекторы 14 предназначены для определения фазовых сдвигов между колебаниями струны кварцевого генератора в качестве их можно применить любой цифровой фазовый детектор высокого класса, например, типа Ф2-16.

Вычислительный блок 15 служит для преобразования фазовых сдвигов угла наклона и регистрации их. Оно может быть организовано в виде любой универсальной ЭВМ.

Связь чувствительных элементов 5 с электромагнитами 8 и звукоснимателями 9 осуществляется через электромагнитное поле, поэтому на фиг. 2 она показана штриховыми линиями.

Устройство работает следукяцим (Образом.

При подаче питания на схему (фиг. 2) кварцевый генератор 11 выра761724

батывает синусоидапьньй сигнал определенной частоты. С выхода кварцевого генератора сигнал поступает на усилитель мощности 12, выход которого связан с входами электромагнитов 8 и одновременно с входами фазовых детекторов 14. Электромагниты 8 возбуждают вынужденные колебания струн 5, которые воспринимаются звукоснимателями 9. Последний представляет собой магнитньй сердечник, на котором размещена индуктивная катушка. При колебании струны в магнитном поле в катушке наводится ЭДС пропор5 циональная скорости изменения магнитного потока. Сигналы с выходов звукоснимателей 9 поступают на входы усилителей напряжения 13. Выходы усилителей 13 связаны с дpyги iи входами

0 фазовых детекторов 14. На выходах

фазовых детекторов 14 выходные напряжения пропорциональны глубине погружения каждой струны в жидкость. С выходов фазовых детекторов 14 сигналы

5 поступают на вычислительный блок 15. Вычислительный блок определяет углы наклона в соответствии с з&висимостью .(фиг. 4).

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА, содержащее герметичный корпус, частично заполненный жидкостью, размещенные в корпусе чувствительные элементы и измерительную схему, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений путем обеспечения стабильности характеристик чувствительных элементов последние вьшолнены в виде двух ферромагнитных струн,- закрепленных параллельно оси выполненного цилиндрического корпуса в двухвзаимно перпендикулярных радиальных плоскостях, цилиндрический, корпус снабжен штырем, закрепленным на его оси, двумя электромагнитами и двумя звукоснимателями, закрепленными в плоскостях установки ферромагнитных струн, а измеритель-, ная схема снабжена кварцевым генератором, усилителем мощности, двумя усилителями напряжения, двумя фазовыми детекторами и вычислительным блоком, при этом выход кварцевого генератора соединен с входом усилителя мощности, первый выход которого соединен с первыми входами перво го и второго фазовых детекторов, втоО) рой выход соединен с входами первого и второго элект4)омагнитов, выходы первого и второго звукоснимателей соответственно через первый и второйусилители напряжения соединены с вторыми входами-первого и второго фазовых детекторов, выходы кото рых соединены с первым и вторым вхоОд дами вычислительного блока. ч 1C

фиг. г

X -

|У,лгй

1,5100,5,

O.S Т.9 /«