Датчик угловых отклонений объектов Советский патент 1986 года по МПК G01C9/06 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и предназначено для определения угловых отклонений объектов от истинной вертикали (горизонтали).

Целью изобретения является умень шение веса и габаритов датчика при сохранении точности за счет исключения парадитного балансировочного груза.

На фиг.1 схематично показана конструкция датчика; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - эпюры напряжений сигналов датчика в процессе работы.

Датчик угловых отклонений объектов состоит из корпуса 1 с размещенным в нем полым диском 2, закрытым с двух -сторон крышками 3 и 4, внутри которого ,с помощью регулируемых упоров 5 и 6 закреплены пьезо- злемент 7 и грузик 8, общий центр тяжести которых совмещен с осью вращения ротора, фотодиода 9 и источника света 10, закрепленных на корпусе 1 датчика по разные стороны от крышки 3 диска, коллектора 11, с помощью которого подается питание на плату 12 с усилителем и триггером Шмитта, светодиода 13, закрепленного в торце полого вала ротора и фотодиода 14, установленного на корпусе 1 датчика соосно со свето- тодяодом 13.

При этом грузик не закреплен на валу ротора, а удерживается совместно с пьезоэлементом с торцов регулируемыми упорами 5 и 6. В месте расположения ротора в грузике выполнен паз размерами, большими диаметра вала, что позволяет регулировать положение грузика с пьезоэлементом относительно вала с помощью упоров 5 и 6 для совмещения их центра тяжести с осью вращения ротора и с учетом общей балансировки. На краю крышки 3 выполнена радиальная щель направлению оси грузика, воздействующего на пьезоэлемент 7. Диск 2 приводится во вращение двигателем кинематически соединенного с валом ротора.

Блок управления состоит из усил теля 15, триггера Шмитта 16, формирвателей импульсов 17 и 18, ключей, 19 и 20, реверсивного счетчика 21 и генератора импульсов 22.

Датчик работает следующим образом.

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Во время работы электрический двигатель (не показан) вращает полый диск 2 с пьезоэлементом 7 и грузиком 8 в плоскости измеряемого угла.

В связи с тем, что грузик вращается относительно своего центра тяжести, на пьезоэлемент действует только нормальная составляющая силы тяжести грузика и плоскости пьезоэле- мента, переменная по углу поворота диска. С пьезоэлемента 7 снимают электрический сигнал, пропорциональный силе давления на него грузика, которая принимает максимальные и минимальные значения при пересечении грузиком 8 истинной вертикали благодаря постоянству по величине и направлению вектора силы тяжести грузика. Таким образом, формируется периодичес кий во времени сигнал,у которого положение максимумов и минимумов по оси времени не зависит от углов наклона датчика. Поэтому полученный сиг- .нал выполняет функции базы отсчета углов от истинной вертикали.

Сигнал от фотодиода (строб-импульс) появляется в момент прохождения мимо него грузика. В этот момент фотодиод облучается через щель- в диске,расположенную по оси грузика. В остальное время поток света к фотодиоду перекрывается диском.

При совмещении фотодиода и грузика с истинной вертикалью строб- импульс от фотодиода образуется одновременно с максимумом или мом сигнала пьезоэлемента и делит его по времени на две равные части строго по середине одного из полупериодов. При отклонении объекта от истинной вертикали строб-импульс делит полупериод опорного сигнала на неравные временные интервалы, разность между которыми с учетом знака позволяет определить величину и направление угла наклона.

Сигнал U( от пьезоэлемента усиливается усилителем 13 до уровня и2 5 преобразуется в опорный меандр и2 триггером Шмитта 14 и подается на светодиод 13 (VD1), который формирует световые импульсы, длительность которых определяется шириной опорного меандра Uj. Световые импульсы принимаются фотодиодом 14 (VD2), который преобразует их в электрически сигнал 1)4 , который формирователем 17 преобразуется

в меандр U, идентичный Uj.Далее сигнал Uj подается на ключ 19.

Строб-импульс Ug,сформированный формирователем 18 из сигнала И и фотодиодом 9 (VD3), делит положительный полупериод И 7 на два интер- вала Т и Tj. Передним фронтом положительного полупериода открывается ключ 19 и через него на суммирующую шину реверсивного счетчика 21 постпают счетные импульсы Т( от генератора импульсов 22. Счетные импульсы поступают до тех пор, пока строб-импульс не закроет ключ

19. Одновременно строб-импульс, проходя через ключ 19, открывает ключ 20 и через него счетные импульсы Т поступают на шину вычитания реверсивного счетчика 21 . Задний фронт продолжительного полупериода И-, закрывает ключ 20 и прекращает поступление импульсов на счетчик.

Результат счета на выходе реверсивного счетчика. 21 пропорционален разности интервалов полупериода, образованных с помощью строб-импульса

(Т , Т, - Т, ) .

13

Фи,2Л

fe.2

U1

U2.3

Составитель А.Циплаков

Редактор К.-Волощук Техред Т.Тулик Корректор,М,Демчик

а

Заказ 8515/40 Тираж 650 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва,Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4