Устройство для измерения угла наклона Советский патент 1986 года по МПК G01C9/18 

112803192

Изобретение относится к геодези- духом (диэлектрическую проницаемость ческому приборостроению, в частности воздуха принимаем равной единице), и

могут быть определены из выражения ( + l)(R -rM.

С,С.

2d

где R, г

W

15

d 0

к устройствам для измерения углов наклона объектов.

Целью изобретения является повыше- 5 ние,точности измерения угла наклону за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением, диэлектрической проницаемости воздушной среды.

На фиг. 1 показана конструкция емкостного гидростатического датчика устройства для измерения угла наклона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - структурная схема устройства,

В непроводящем корпусе 1 датчика находится кольцевой канал, вдоль стенок средней части которого расположены две пары основных электродов, образующие два рабочих конденсатора 2 и 3, а вдоль стенок нижней и верх- . ней части - две пары дополнительных электродов, образующие первый и второй компенсационные конденсаторы 4 и 5, Канал до половины заполнен диэлектрической жидкостью 6. Для подсоединения к измерительной цепи уси- ройства электроды датчика имеют выводы 7.

Структурная схема устройства (фиг. 3) соде-ржит генератор 8, трансформатор 9, управляемый делитель 10 напряжения, первый вход которого и первичная обмотка трансформатора 9 соединены с выходом .генератора 8, ин- 35 величину, причем вертор 11 напряжения, вход которого соединен с выходом делителя 10, детектор 12 равновесия и четыре конденсатора 2-5 датчика, вторые электроды которых соединены с входом детектора 12 равновесия, выход которого соединен с выходом всего устройства и с управляющим входом делителя 10. Первые электроды рабочих конденсато1)

20

25

диэлектрическая проницаемость жидкости; соответственно внешний и внутренний радиусы кольцевого канала;

зазор конденсаторов; центральный угол, ограничивающий две части кольцевого канала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов. Выражения для емкостей С и С

компенсационных конденсаторов 4 и 5

имеют вид

. e( .. . (

(2)

30

d P 2 d

где ft - центральный угол, ограничивает щий части кольцевого канала, две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов. Когда датчик находится в гЬризон- тальном положении, сигнал на входе детектора 12 равновесия отсутствует, а выходное напряжение U делителя 10 равно нулю,

При наклоне датчика емкость одного рабочего конденсатора увеличивается, а второго - уменьшается на такую же

40

С,(5 + 1)+об(-1) ; С,(е + 1)-ос(-1) ,

(3)

где 0 - измеряемый угол наклона.

На входе детектора 12 равновесия появляется сигнал, определяемый раз- ров 2 и 3 соединены с концами вторич- ностью токов через рабочие кон енса- ной обмотки трансформатора 9, имею- торы. При этом детектор 12 начинает щей заземленную среднюю точку, а пер- вьщавать управляющие сигналы на дели- вые электроды первого и второго ком- тель 10, изменяя тем самым его выход- пенсационных конденсаторов 4 и 5 - с «о напряжение Ux . Этот процесс про50 должается до тех пор, пока сигнал на входе детектора 12 равновесия, определяемый алгебраической суммой токов через рабочие и компенсационные конденсаторы, не станет равным нулю, т.е.

10

выходами, соответственно делителя и инвертора 11.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии наклона емкости Cj

и С рабочих конденсаторов 2 и 3 равны, поскольку канал датчика заполнен диэлектрической жидкостью наполовину, а вторая его половина заполнена воз55 пока мостовая измерительная цепь не

придет в состояние равновесия. Условие равновесия имеет вид

kU(C,-C.)-U, (С,,, (4)

ут быть определены из ( + l)(R -rM.

С,С.

2d

где R, г

5

d 0

5 величину, причем

0

5

диэлектрическая проницаемость жидкости; соответственно внешний и внутренний радиусы кольцевого канала;

зазор конденсаторов; центральный угол, ограничивающий две части кольцевого канала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов. Выражения для емкостей С и С

компенсационных конденсаторов 4 и 5

имеют вид

. e( .. . (

(2)

0

d P 2 d

где ft - центральный угол, ограничивает щий части кольцевого канала, две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов. Когда датчик находится в гЬризон- тальном положении, сигнал на входе детектора 12 равновесия отсутствует, а выходное напряжение U делителя 10 равно нулю,

При наклоне датчика емкость одного рабочего конденсатора увеличивается, а второго - уменьшается на такую же

величину, причем

С,(5 + 1)+об(-1) ; С,(е + 1)-ос(-1) ,

(3)

55 пока мостовая измерительная цепь не

придет в состояние равновесия. Условие равновесия имеет вид

kU(C,-C.)-U, (С,,, (4)

312803;

где k коэффициент трансформации

трансформатора 9, определяемый отношением количества витков половины вторичной обмотки к количеству витков 5 первичной обмотки; Up - выходное напряжение питающего генератора 8,

Подставляя выражения (2) и (З) в (4), после упрощений получаем 0

.. 2k 06 ;

(5)

где р - выходной параметр устройства численно равный U,,/и .

В состав детектора 1 2 равновесия могут входить, например усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр нижних частот и реверсивный счетчик с тактовым генератором, а в качестве управляемого делителя 10 напряжения может использоваться цифроаналоговый преобразователь. Делитель 10 должен обеспечить выдачу как синфазного, так и противофазного по отношению к Ug напряжения U для уравновещивания мостовой цепи при наклоне датчика в обе стороны от горизонтального положения .

Таким образом, согласно выражению (5), выходной параметр устройства (например, цифровой код) прямопропор ционален углу наклона и не зависит от значения диэлектрической проницаемости, изменения которой (например, температурные) могут приводить к погрешностям в десятые доли и даже единицы процентов.

С помощью предлагаемого устройства можно измерять углы наклона до значений, близких ±45 от горизон-г. тальной плоскости.

Введение в устройство для измерения угла наклона инвертора напряжения, а в емкостный гидростатический датчик второго, компенсационного кон- денсатора позволяет устранить влияние на результат измерения нестабиль;

94

ности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполняющей кольцевой канал датчика, и тем самым повысить точность устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла наклона, содержащее генератор, трансформатор, соединенный с ним первично обмоткой, управляемый делитель напряжения, вход которого соединен с выходом генератора, детектор равновесия, выход которого соединен с выходом устройства и с управляющим входом делителя, и емкостной гидростатический датчик, размещенный в корпусе из непроводящего материала с выполненным в нем вертикальным кольцевым каналом наполовину заполненным диэлектрической жидкостью, вдоль торцовых стенок средней части которого расположены два основных конденсатора, а в нижней части размещен компенсационный конденсатор, причем первые электроды основных конденсаторов соединены с соответствующими выходами вторичной обмотки трансформатора, средняя точка которой соединена с общим проводом первичной обмотки, первый электрод компенсационного конденсатора соединен с выходом делителя, а все вторые электроды соединены с входом детектора равновесия, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости среды, в зазоре основных конденсаторов, оно снабжено инвертором напряжения, вход которого связан с выходом делителя, а выход соединен с первым электродом введенного дополнительно второго компенсационного конденсатора, расположенного в верхней части кольцевого канала.

Фиг./

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность измерений за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости воздушной среды. При наклоне датчика емкости рабочих конденсаторов 2 и 3 изменяются на оди- наковые величины, но с противоположным знаком. По сигналу, определяемо- му разностью токов через конденсаторы 2 и 3, детектор 12 равновесия выдает управляющие сигналы на делитель 10 до момента, когда мостовая измерительная цепь не придет в состояние равновесия. Инвертор 11 напряжения и компенсационный конденсатор 5, введенные в устройство, устраняют влияние на результат измерения нестабильности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполняющей кольцевой канал датчика. 3 ил. с (С с/) 00 о со

f(-A

Фиг. 2