Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК G01C9/24 

3

/

-- Ж97.

Изобретение относится к измерительной технике и быть использовано для дистанционного измерения углов наклона деталей и конструкций относительно горизонта.

Целью изобретения является повышение точности измерения угл4 наклона путем уменьшения динамической погрешности измерения.

На фиг. 1 схематично показано устройство для измерения угла нак лона объекта относительно горизонта, с помощью которого осуществляют пред- лагаемый способ; на фиг. 2 - положа- ние линейной пузырьковой ампулы при измерении с ее помощью малых значений угла наклона объекта относительно горизонта; на фиг. 3 - положение дугообразной пузырьковой ампулы при измерении с ее помощью больших значений угла наклона относительно горизонта; на фиг. 4 и 5 - изображения измеренных сигналов, получаемых на экране стробоскопического осциллографа при использовании соответственно линейной и дугообразной пузырьковых ампул.

Устройство для измерения угла наклона объекта относительно горизонта содержит пузырьковую ампулу 1, предназначенную для установки на контролируемом объекте 2 в процессе измерения и выполненную из непроводящего материала. Ампула 1 частично заполнена жидкостью 3, электрические свойства которой отличаются от свойств воздуха. Ампула 1 может быть заполнена двумя несмешивающимися жидкостями с различньгми электрическими свойствами. Вдоль противоположных поверхностей ампулы 1 размещены два электрода 4, выполненные в виде проводников, образующих вместе с ней линию передачи с распределенными параметрами. К одной паре концов этих проводников подключен блок 5 питания и измерения, выполненный в виде СВЧ-рефлектометра, содержащего генератор 6 импульсов напряжения и cTp боскопический осциллограф 7. К противоположной паре концов проводников подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8.

Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта с помощью предлагаемого устройства осуществляют следующим образом.

0

0

5

0

5

Q

5

Устанавливают пузырьковую ампулу 1 на объекте 2 контроля и возбуждают в ней с помощью СВЧ- рефлектометра импульсное электромагнитное по ле бегущей волны. Благодаря зависящему от углаЛ наклона распределению Ъ(х) воздушного зазора Ъ на длине х пузырьковой ампулы, образующей вмес-. те с электродами 4 линию передачи с распределенными параметрами, изменяется волновое сопротивление v(x) этой линии. За счет неоднородности волнового сопротивления v(x) происходит частичное отражение бегущей волны.. Величина 5 (l) и время йсГ прихода отраженной волны в виде зависимости коэффициента 5 ( о) отражения от времени поступает на аналоговый или цифровой выходы СВЧ-рефлектометра и ее можно одновременно наблюдать на экране стробоскопического осциллографа 7 (фиг. 4 и 5). Время t прихода от точки с координатой х связано соотношением t 2x/v, где v - скорость распространения бегущей волны по линии пе)редачи. Таким образом, на выходе СВЧ-рефлектометра и на экране осциллографа 7 имеется отраженный сигнал от каткдой точки х линии передачи, несущий информацию об v(x) и, следовательно, о величине углаoi.

По величинам . S (о) и 5 (l) - коэф фициентам отражения от начала и конца линии передачи - рассчитываются в этих же точках волновые сопротивления :

v(o) W

v(l) W

r+S(o 1 -5(o

1 -t-S(l) 1 -S{1)

где W - известное волновое сопротивление выходного кабеля СВЧ- рефлектометра, равное величине нагрузочного сопротивления 8 и волновому сопротивлению линии передачи при горизонтальном положении ампулы 1 .. Величина волнового сопротивления w(x) однозначно связана с величиной зазора ъ(-х). В случае использования в качестве жидкости 3 ртути и при прямоугольном поперечном сечении ампулы зависимость Ъ(х) определяется выражением

b(x) a-

IZOTT

,,(120. ). ill w(x)JJ

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности способа и осуществляющего его устройства для измерения угла наклона объекта относительно горизонта за счет исключения динамической погрешности измерения, связанной с использованием пузьфьковой ампулы. Связанную с контролируемым объектом пузьфьковую ампулу 1 помещают в переменное электрическое поле, благодаря чему обеспечивается преобразование угла наклона объекта в электрический сигнал. Возбуждая в ампуле 1 импульсы электромагнитного поля бегущей волны, измеряют отраженный сигнал, по величине и форме которого непосредственно определяют угол наклона. При этом величина и временные характеристики отраженного сигнала -зависят от углового положения ампулы относительно вектора силы тяжести. В устройстве, осуществляющем способ измерения угла наклона, пузырьковую ампулу 1 помещают между электродами 4, образующими вместе с ней линию с распре- ленными параметрами, к которой подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8. Электроды 4 вьтол- нены в виде двух проводников, а блок 5 питания и измерения вьтолнен в , виде импульсного СВЧ-рефлектометра. По изменению волнового сопротивлений линии передачи определяют угловое положение ампулы 1 относительно горизонтальной поверхности заключенной в ней жидкости 3. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. i (Л ю о 00

где a - ширина верхнего проводника; С - коэффициент, учитывающий влияние материала стенок ампулы.

По приведенным выражениям для w(o) и w(l) могут быть рассчитаны Ъ(о) b(l) - величины воздушных зазоров в начале и конце линии передачи (фиг.2).

На практике величины Ь( о) и b(l) могут быть определены и непосредственно через 5(о) и о(1) по предварительно снятой калибровочной зависимости о tp (ъ) .

Через Ь(о) и b{l) рассчитывают угол наклона

b(l) - b( o)

6

arctg

Как видно, при большой длине ампулы 1 можно измерить достаточно малые углы наклона.

При измерении больших углов наклона ампулу вьтолняют дугообразной и заполняют, диэлектрической жидкостью до получения локализованного пузырька воздуха (фиг. 3).

По времени u t прихода сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа и показанного на фиг. 5, измеряют расстояние от местоположения пузырька X. Угол наклона при зтом равен:

360° X

2 irR

360

27R 2

где R - радиус кривизны ампулы, V - Скорость распространения импульсов напряжения.

Таким образом, возбужденное в ампуле импульсное электромагнитное поле бегущей волны преобразуется в зависимости от угла наклона ампулы в импульсное электромагнитное поле отраженной бегущей волны. По величине и времени прихода отраженной волны от различных точек ампулы определяют угол наклона. При этом параметры отраженной волны можно определять известными средствами, в частности с помощью осциллографа.

Если в известном устройстве при использовании обычной пузырьковой

ампулы непосредственно перед отсчетом угла oi. наклона необходимо провести операцию компенсации смещения пузырька с визуальньг фи.ссированием

его нулевого уровня, что Исключает возможность автоматизации измерений, предлагаемые способ и устройство позволяют измерять углы наклона относи- тельно горизонта в динамике, причем

динамическая погрешность измерения, присущая известному способу и устройству, сведена к минимуму.

Формула изобретения

I. Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта, заключающийся в том, что устанавливают на объекте пузырьковую ампулу, иомещают ее в электрическое поле и по изменению параметра этого коля определяют угол наклона, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения динямической погрешности измерения, в ампуле возбуждают импульсное электромагнитное поле бегущей волны, измеряют отрчженньш сигнал, а определение угла наклона осуществляют по величине или времени прихода отражен

ного сигнала.

отличающееся тем, что электроды выполнены в виде проводников, расположенных вдоль поверхности пузырьковой ампулы н образующих с нею линию передачи с распределенными параметрами, а блок питании и измерения выполнен в виде импульсного СВЧ-рефлектометра, подключенного к одной паре концов обоих проводников, и согласованного нагрузочного

сопротивления, подключенного к другой паре концов этих проводников.

Х:

фие.5

фиб.2

Фие.