Измеритель угловых отклонений объектов Советский патент 1988 года по МПК G01C9/36 

.т

А

Изобретение относится к приборостроению, в частности к устройствам для определения наклонов различных поверхностей, и может быть использо- вано при монтаже крупных изделий машиностроения и строительных конструкций.

Целью изобретения является повышение точности измерения углов наклона объектов.

; На фиг.1 изображена ампула измерителя, вид сверху; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - электрическ.я схема измерителя; на фиг.4 - по- лсжение воздушного пузырька при измерении углов по оси У для известного (йкщ справа от оси симметрии) и пред- лЦгаемого измерителей; на фиг.З - график зависимости выходного напряжения измерителя от смещения воздушного пузырька при наклона объекта.

Измеритель содержит прозрачную пузырьковую ампулу 1, имегацую форму кв1адратного параллелепипеда, заполненную светопроницаемой жидкостью с оставлением воздушного пузырька 2, радиус которого несколько больше чет- ве|)ти стороны квадратного основания амйулы. Внутренняя поверхность верхней стенки ампулы представляет собой сферы большого радиуса, вдоль которой движется пузырек 2 при наклоне ампулы, закрепленной на объекте.

На верхнюю квадратную стенку ампулы нанесены с образованием просветов по осям симметрии фоторезисторы 3-6. На боковую поверхность ампулы, выполнеЯную в виде собирающей линзы, нанесен слой 7 люминофора постоянного действия, образованного добавлением в него радиоактивных веществ, излучение которых возбуждает люминофор. При этом боковая поверхность ампулы за счет выпуклости внутрь играет роль плосковыпуклой собирательной линзы с большим фокусным расстоянием, препятствующей попаданию светового потока люминофора на верхнюю стенку и нггиснее основание ампулы (во избежание фоновой засветки).

Переключатель 8 служит для изменения порядка включения фоторезисторов в плечи измерительного моста, образованного ими и балластными резисторами 9 и 10. В диагональ измерительного моста включен дифференциальный усил итель 11 постоянного тока с резистором 12 обратной связи, служащий

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

для согласования выхода измерительного моста с индикатором или линией связи.

Измеритель работает следующим образом.

При горизонтальном положении ампулы 1 воздушный пузьфек 2 находится JB центре верхней стенки и освещенные участки фоторезисторов 3-6 оказывают ся равными. В этом положении проводят балансировку измерительного моста в обоих положениях переключателя 8 с помощью балластных резисторов 9 и 10.

При произвольном наклоне ампуль (показано пунктиром на фиг.1) освещенность и, соответственно, сопротивление фоторезисторов 3-6 изменяются, измерительный мост оказьшается разба- лансированным при обоих положениях переключателя 8.

Дпя измерения угла наклона вдоль оси ОХ переключатель 3 устанавливается в положение В (фиг.З). При зтом в одно плечо измерительного моста включаются последовательно фоторезисторы 3 и 4, а в другое - 5 и 6. Для измерения угла наклона вдоль оси ОУ переключатель 8 устанавливается в положение Б. При зтом в одно плечо моста последовательно включаются фоторезисторы 3 и 6, а в другое - 4 и 5.

Поскольку из-за смещения воздушного пузьфька 2 от центра ампулы 1 освещенность фоторезисторов 3-6 становится различной, измерительный мост разбалансируется и на выходе усилителя 11 появляется напряжение, величина которого пропорциональна углу наклона, а знак - направлению наклона объекта. Максимальное выходное напряжение усилителя может регулироваться подбором резистора 12.

Таким образ.ом, измеритель преобразует углы наклона объектов относительно двух взаимно перпендикулярных осей в электрический сигнал дли индикации кпи телеизмерения.

На фиг.4 изображено взаимное расположение фоторезисторрв и воздушного пузырька в прототипе и предлагаемом устройстве. Выходное напряжение измерителя пропорционально разности освещенных площадей (S и Sj, соответственно) фоторезисторов, которая, в с свою очередь, зависит от смещения дг центра пузырька от нуля соответствующей оси. Разность площадей Л8 S - - S, которая является функцией сма 1428918

щения ur и радиуса пузьфька R, может лов наклона в пределах высокого класбыть определена с помощью интервала,

са точности.

Л8 --arcsin-jj- +

- - .

Зависимость 4S (&г), как видно из формулы, является нелинейной.

На фиг.5 изображена зависимость вых (1) (линия 1), полученная для

заданных на фиг.4 соотношений R и Дг. Расчет по формуле показьгеает, что при отклонении пузырька от центра более чем на шкала измерителя становится нелинейной, причем погрешность достигает 17%.

. Для линеаризации шкапы следует либо уменьшить максимальное значение Ьг (т.е. уменьшить диапазон измеряемых углов), либо увеличить радиус пузырька R (с целью обеспечения выполнения условия R лг)о Таким образом, для повьппения точности измерений до 2,5-5% следует увеличить сторону ос-, нования ампулы в 5-10 раз.

. В предлагаемом устройстве указанная цепь достигается изменением конструкции фоторезисторов (фиг.4). При этом диаметр воздушного пузырька становится значительно больше лшрины b фоторезистора и шкала измерителя линеаризуется во всем диапазоне измеряемых углов (фиг.5, линия 2). Уменьшая ширину b фоторезистора и, соответственно, увеличивая коэффициент усиления дифференциального усилителя можно обеспечить погрешность измерения уг

са точности.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет при сохранении основных преимуществ известного устройства (малые габариты и вес, надежность, малая потребляемая мощность) значительно повысить точность измерения угловых отклонений объектов.

Формула изобретения

Измеритель угловых отклонений объектов, содержащий прозра1чную ампулу в виде квадратного параллелепипеда, заполненную светопроницаемой жидкостью своздушным пузьфьком, боковые стенки которой выполнены в виде плос- ковьтуклых короткофокусных линз со слоем люминофора на плоских внешних поверхностях, а верхняя стенка вьтол- нена с внутренней вогнутой сферической поверхностью, и четьфе фоторезистора, нанесенные на поверхность верхней стенки ампулы с образованием крестообразного просвета одинаковой ширины вдоль осей симметрии ампулы, включенные через переключатель в плечи измерительного моста, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем каж- дьй фоторезистор имеет форму изогнутой под прямым углом полоски, прилегающей соответствунщими сторонами к границам крестообразнох о просвета.

Изобретение относится к измерителям углов наклона объектов и позволяет повысить точность измерения. Для этого фоторезисторы 3-6, нанесенные на внешнюю поверхность верхней стенки прозрачной пузырьковой ампулы, заполненной светопроницаемой жидкостью, имеют, форму полосок, изогнутых под прямым углом, при этом по осям симметрии ампульГна верхней стенке оставлены просветы в виде креста, к границам которых примыкают соо гвет- ствующие стороны фоторезисторов. На боковую поверхность ампулы, вьтол- ненную в виде собирающей линзы, нанесен слой люминофора. Фоторезисторы 3-6 включены через переключатель в плечи измерительного моста. При смещении воздушного пузырька 2 освещенность фоторезисторов 3-6 становится различной, измерительный мост раз- бал ансируется, и на выходе дифференциального усилителя появляется напряжение, пропорциональное углу наклона, а знак - направлению наклона объекта с установленной на нем ампулой. Измеритель преобразует угльг наклона объектов относительно двух взаимно, перпендикулярных осей в электрический сигнал с повышенной точностью. 5 ил. С/ с

.

иг,г

Фш.З

04 гг

O-Vff

Shlx

If.

fiOKC

/7редлагае/4ое 1/с/77роас/пво Z

SVffaifc /7ро/потс/л

0,5/fj,OK r

CPU г. 5