Устройство для определения углов наклона подвижных объектов Советский патент 1986 года по МПК G01C9/16 

1

Изобретение относится к измеои- тельной технике, в частности к устройствам для измерения углов нак-лона подвижных объектов.

Цель изобретения - упрощение конструкции и повьшение точности измерения за счет уменьшения влияния вибраций и ускорений.

На фиг. ,1 изображено устройство при отсутствии наклона; на фиг, 2 - то же, при наклоне объекта влева; на фиг. 3 - то же, при наклоне объекта вправо; на фиг. 4 - то же, вид сбоку; на фиг. 5 - характеристики пружин.

Устройство для определения углов наклона подвижных объектов содержит маятники 1, шарниры 2, пружины 3, преобразователь 4, демпфер 5, Буквой Л обозначена точка крепления преобразователя.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне корпуса на углы ± Cf (фиг, 2 и 3) боковые звенья сохраняют свое вертикальное положение, так как центр тяжести находится в точке А. Возникающие угловые изменения в четырехзвеннике полностью определяются углом наклона ср . Для измерения этого угла использован преобразователь 4, состоящий например, из полупроводникового монокристаллического тензоэлемента балочног типа, закрепленного на середине нижнего звена механизма. На конце теизоэлемента закреплены две пружины 3 равной жесткости, прикрепленные другими концами к боковым (вер- тикальньм) звеньям. Обе пружины растянуты одинаково, вследствие чего при угле наклона tf О (фиг, 1) по причине симметричности в тензозле- менте отсутствуют механические напряжения. При наличии угла Наклона Ц 7 О симметричность нарушается, и деформация пружин изменяются, -Так в положении, изображенном на фиг. 2 пружина 1 растянута больше, чем пружина И, поэтому тензоэлемент изгибается вправо; в положении, изображенном на фиг. 3, по аналогичной причине тензоэлемент изгибается вле во. В соответствии с этим, выходное напряжение, снимаемое с тензомосто- вой схемы, указывает не только величину угла наклона Q , но и его направление в плоскости маятников.

203360 2

Деформации пружин, как видно из фиг. 2 и 3, происходят за счет смещения консольной части преобразователя относительно точек закрепления 5 пруж1 н на боковых звеньях, причем эти деформации i в первом приближении одинакова и равна

10

1Г tgCf

(1)

где - длина преобразователя.

Из рассмотрения характеристик пружин (фиг. 5) следует, что данной деформации соответствует сила Р, действующая на преобразователь

Р PI -i-Pij Kftj+ К Ли ZK (2)

где К - жесткость пружин.

- Механические напряжения от дейст- ВИЯ этой силы разбалансируют тензо- мостовую схему преобразователя 4, и вьщеляется сигнал

, ивых ипитСР,(3)

где напряжение питания моста; С, - коэффициент, зависящий от

размеров полупроводниковой пластинки и сопротивлений тензорезисторов. Следовательно,

Ч- гтЬжё

пит

(4)

При изменении угла наклона в Диапазоне ±15° выходное напряжение меня- 35 ется от -0, до +0,2 В.

Из простейших кинематических соображений следует, что консольная часть преобразователя подвержена воздействиям через пружины и II, пропорциональным В - брационным деформациям этих пружин . . Значения деформаций находят по формуле

43

Ь Аи +d

L z

(5)

При f 0,1 Z й (, 1 т.е. снижается в 10 раз по сравнению с вибрациями корпуса объекта (фиг. 4). Эта величина уменьшается также введением в кинематику механизма демпфера 5 и использованием в качестве шарниров 2 упругих элементов вместо жестких,

Формула изобретения

Устройство для определения углов наклона подвижных объектов, содержащее корпус, два маятника, кинематически связанные между собой, демпфер и преобраэователь, отличающееся тем,что, с целью упроще ния конструкции и повышения точности измерения за счет уменьшения влияния вибраций и ускорений, маятники выпол нены в виде двух стержней равной

12033604

длины, шарнирно подвешенных к корпх су, а к нижним концам маятников шарнирно прикреплен введенный дополнительный стержень, в середине которо- с го закреплен преобразователь, причем расстояния между шарнирами в верхней и в нижней частях маятника равны между собой.

Изобретение позволяет упростить конструкцию устройства и повысить точность измерения за счет уменьшения влияния вибраций и ускорений. Для этого оба м&ятника (М) вьтолнены в виде стержней равной длины, шарнирно подвешенных к корпусу. К нижним концам М прикреплен дополнительный стержень, в середине которого установлен преобразователь, например в виде полупроводникового монокристал- .лического тензоэлемента балочного типа. Преобразователь связан с М двумя пружинами равной жесткости. При наличии угла наклона корпуса симметричность тензоэлемента нарушаемся, что приводит к деформации пружин. Выходное напряжение, снимаемое с тензомостовой схемы, указывает величину угла наклона и его направление в плоскости М. Вибрационная деформация уменьшается демпфером и использованием в качестве шарниров упругих элементов вместо жестких. 5 ил. S

/

ФигЛ

Составитель В. Сараханов Редактор Л. Зайцева Техред О.Ващишииа Корректор Л. Патай

Заказ 8407/4А Тираж 650 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фи.5