Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1986 года по МПК G01C9/06 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения угла наклона объекта в электрический сигнал при юстировке посадочных мес под измерительный си1 нал в геодезии и при производстве астроно чи ческих измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения углов наклона о

На чертеже изображено предлагаемое устройство, общий ВИДс

Устройство содержит корпус 1, внутри которого на маятниковом подвесе 2 укреплена цилиндрическая подвижная внутренняя обкладка 3, Обкладка 3 расположена на маятниковом подвесе 2 симметрично по отношению к своей длине f, В корпусе 1 преобразователя размещены две неподвижные внешние обкладки 4 и 5 с переменным вдоль их центральных осей диаметром. Длина каждой из обкладок 4 и 5 равна,половине длины подвижной обкладки 3. Обкладки 3-5 изогнуты по дуге, радиус которой равен длине маятникового подвеса 2. Центральная ось подвижной обкладки 3 совпадает с центральными осями неподвижных обкладок 4 и 5. Обкладки 3-5 включены в колебательные контуры 6 и 7 измерительных LC-ав- тог.енераторов 8 и 9, выходы которых подключены к смесителю 10,, фильтру 11 нижних частот, усилителю-формирователю 12 и частотомеру П.

Устройство для измерения углов наклона работает следующим образом.

В исходном положении (угол наклона (| О ) торцевые стороны подвижной внутренней обкладки 3 совпадают по длине с серединами неподвижных обкладок 4 и 5. При этом емкости, образуемые обкладками 3, 4 и 3, 5 равны и имеют среднее по величине значение, т, е, C)(-q,QOi Cj/q- QO Cfp , Частоты измерительных 1.(-автогенераторов 8 и 9, в колебательные контуры 6 и 7 которых включены обкладки 3, 4 и 3, 5, равны по величине, Lg fg 7;, На индикаторе частотомера 13 индуцируется нулевое значение разностной величины выходных частот измерительных 1Л -автогенераторов 8 и 9, согэтиотствующее исходному (горизон100572

тальнсму) положе)1ию исследуемого объекта. При наклоне исследуемого объекта в правую или левую сторону в направлении, совпадающем с нап5 равлением осевой линии обкладок 3-5, проходит соответствующее изменение положения внутренней обкладки 3 по отношению к обкладкам 4 и 5, т. е. изменяется длина взаимо10 действия обкладок 3, 4 и 3, 5,

Например, при максимальном наклоне исследуемого объекта в правую сторону длина взаимодействия обкладок 3 и 4 становится минимальной.

5 Величина емкости обкладок 3 и 4

также становится минимальной, иакс МИН Частота измерительного LC-автогенератора 8, в колебательный контур которого включены

20 обкладки 3 и 4 максимальна, fg

- f

11Л к с

. При этом длина взаимодействия обкладок 3 и Ь становится максимальной. Величина емкости обкладок 3 и 5 также становится макси25 мальной, Ggf f Часто- та измерительного LC-автогенерато- ра 9, в колебательный контур которого включены обкладки 3 и 5 минимальна, -fy f. . На индикаторе

30 частотомера 13 индуцируется максимальное значение разностной величины входных частот измерительных LC- автогенераторов 8 и 9, соответствующее максимальному отклонению ист. следуемого объекта от исходного (горизонтального) положения, т.е.

махс вмакс Чмин- обраЗОМ,

БЬ ходная разностная частота измерительных LC-автогенераторов 8 и 9 Q изменяет свое значение от f,, , соот- ветствую1чего исходному (горизонтальному) положению исследуемого объекта, до соответствующего максимальному углу наклона исследуемого объекта. При этом частота

45

на индикаторе частотомера изменяется по линейному закону от f

ср

до

благодаря предложенному конструктивному выполнению неподвижных обкладок 4 и 5,

Изменение выходной частоты измерительного LC-автогенератора в зависимости от изменения емкости преобразователя углов наклона под- 55 тверждена теоретическим расчетом.

Действительно, если П - диаметр неподвижных обкладок преобразователя есть функция измеряемого угла наклона (If , т.е. D D (cf) и имеем угол перекрытия обкладок tp , то емкость преобразователя определяется следующим образом:

С

01

ln(D, (if)/d)

(1)

где GO, - начальная (минимальная емкость при минимальной площади взаимодействия подвижной и неподвижной обкладок о

При этом выходная частота измерительного LC-автогенератора, в колебательный контур которого включены данные обкладки, максимальна.

1

ЧТС

а другого

4 мин

2 ц

LC-автогенератора - минимальна, так как площадь взаимодействия другой неподвижной обкладки с подвижной обкладкой максимальна, т, е. ин

.Коэффициент перекрытия

по частоте измерительного LC-автогенератора определяется выражением

KI К,

о,кс минТогда изменение, емкости устройства от изменения угла наклона объекта определяется следующим соотношением:

C(tf)

КсС,

(2

1 + (4к;,- 1)%) ,

где t(cf) 1 - 1/2(q /(fJ,

Подставляя вьфажение (2) в (1) и дифференцируя правую левую части Ц находим закон измерения D (cf). позволяющий получить линейную зависимость изменения частоты измерительного LC-автогенератора

г- Г,. - КсС,д,,, (-liQ - 1)g (cf)

1 + (ж; - 1)«(ср)

С1

КсС« мин (KC - 1 )

1 +(чк; - 1)е(()

1

2Lf

Составитель В Лыков Редактор О.Юрковецкая Техредj А.Бабинец Корректор А.Обручар

Заказ 509/51

Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

,«в««..вв-.-.--.™---..в--в.м1.

Филиал ПИП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, А

10

15

20

25

D((f) а„р ((-Р)

d, luf. 1 n(D/d) l +k- - 1)

.(1 - j(cf/) / K;4 - O. Формула изобретения

Устройство для измерения углов наклона, содержащее корпус, в котором закреплены две неподвижные полые цилиндрические обкладки, внутри которьк на маятниковом подвесе закреплена подвижная цилиндрическая обкладка, длина каждой из неподвижных обкладок равна половине длины подвижной обкладки, центральная ось которой совпадает с центральными осями неподвижных обкладок, обкладки изогнуты по дуге, радиус которой равен длине маятникового Подвеса, отличающееся тем, что, с целью повьш1е)ия точности измеренр я углов наклона, неподвижные обкладки выполнены в виде поверхностей вращения с образующей, диаметр которой определяется из выражения

XI

D 4 Vdexp 2cf e.n((iK7M)

° чир|Ц / к,

где cf - измеряемый угол наклона, Ч,, - угол перекрытия подвижной обкладки с неподвижнойJ диаметр неподвижных обкладок;диаметр подвижной обкладки/

Л

с

e C.aJ I гла КС иСд,„н

коэффигдиент перекрытия емкостей преобразователя;

максимальная и минимальная соответственно емкости преобразователя при максимальном угле наклона.

Изобретение oт cJcитcя к области измерительной техники и может использоваться при производстве астрономических измерений. Цель изобрете-« кия - повышение точности измерения углов наклона. В корпусе 1 на маятниковом подвесе 2 укре11лень| обкладка