Устройство для измерения угла наклона Советский патент 1989 года по МПК G01C9/06 

(/

С

3150У

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть применено в системах контроля положения объекта.

Цель изобретения - повьшение точности.

На фиг,1 приведена функциональная схема устройства; на - временные диаграммы его работы; на фиг.З - часть непрозрачной стенки емкости с прозрачными дугообразными участками..

Устройство содержит первый 1 и второй 2 светоизлучатели, первые вьгеоды которых через первый перекидной ключ 3 соединены с общей точкой схемы, расположенные по одну вертикальную сторону емкости 4, частично заполненной непрозрачной жидкостью 5, первьй 6 и второй 7 фотоприемники первые выводы которых объединены с входами первого 8 и второго 9 инвертирующих усилителей с параллельной обратной связью, генератор 10 им- пульсов, неинвертирующий усилитель I1 с последовательной обратной связью второй 12, третий 13, четвертьй 14, пятый 15, шестой 16 и седьмой 17 перекидные ключи, счетчик 18 импульсов первую 19 и вторую 20 схемы совпадения, полупрозрачное зеркало 21, пер вьй 22, второй 23 и третий 24 дифференциальные фильтрующие усилители, управляемый резистор 25 цепи обратной связи неинвертирующего усилителя 1, причем второй вьшод первого 1 свето- излучателя соединен с прямым выходом генератора 10 импульсов, входами счетчика 18, неинвертирующего усили теля 11 и первыми входами схем 19 и 20 совпадения, второй вывод второго светоизлучателя 2 подключен к выходу неинвер)тирующего усилите1:я 1 1, между светоизлучателями 1 и 2 и емкостью 4 введено полупрозрачное зеркало 21, первьй фотоприемник 6 расположен на пути отраженных зеркалом 21 потоков светоизлучателей 1 и 2, причем второй его вывод объединен с шиной источника постоянного напряжения, второй фотоприемник 7 расположен по вторую вертикальную сторону емкости 4, причем эта сторона выполнена непрозрачной с прозрачными дугообразными участками на пути световых потоков светоизлучателей 1 и 2, выход первого инвертирующего усилителя 8 соединен с первыми неподвижными контактами второго 12

и третьего 13 перекидных ключей, выход второго инвертирующего усилителя 9 объединен с первыми неподвижными контактами четвертого 14, пятого 15, шестого 1 и седьмого 17 ключей, вторые неподвижные контакты второго 12, третьего 13, четвертого 14, пятого 15, шестого 16 и седьмого 17 перекидных ключей объединены с общей точкой схемы, подвижные контакты втог рого 12, четвертого 14 и шестого 16 ключей соединены соответственно с неинвертирующими входами первого 22, второго 23 и третьего 24 дифференциальных фильтрующих усилителей, а подвижные контакты третьего 13, пятого 15, седьмого 17 ключей - с неинвертирующими входами тех же усилителей, дополнительньш неинвертирующий вход второго дифференциального фильтрующего усилителя 23 объединен с упомянутой шиной.источника постоянного напряжения,- выход первого дифференциального фильтруюшего усилителя 22 соединен с управляющим входом управляемого резистора 25 цепи последовательной отрицательной обратной связи неинвертиру щего усилителя 11, выход второго дифференциального фильтрующего усилителя 23 подключен к второму вьтоду второго фотоприемника 7, выход третьего дифференциального фильтрующего усилителя 24 является выходом всего устройства, вторые входы схем 19 и 20 совпадения объединены соответственно с инверсным выходом счетчика 18, его прямым выходом и управляющим входом первого перекидного ключа 3, управляющие входы второго 12 и шестого 16 ключей соединены с выходом первой схемы 19 совпадения управляющие входы третьего 13 и седьмого 17 ключей - с Вьыходом второй схемы совпадения 20, а управляющие входы четвертого 14 и пятого 15 ключей объединены с прямым и инверсным выходами генератора 10 импульсов.

Принцип действия устройства рассмотрим , начиная с взаимодействия блоков, организующих работу светоизлучателей 1 и 2 (временные диаграммы фиЬ.2). На аноды светодиодов (светоизлучателей 1 и 2) подается импульсное напряжение генератора 10 (на анод 1 оно подается непосредственно, а на анод 2 через неинвертирующий усилитель 11 с коэффициентом усиления, близким к единице). Однако включаются светодиоды поочередно за счет коммут ации их катодов к общей точке схемы перекидным ключом 3. Суммарное время подключения светоизлучателей одинаково и равно ,/2, где емкость счетчика 18 импульсов, t - длительность импульса 10 генератора (на временных диаграммах фиг.2 N принята равной 8). Световые потоки .1 и 2 проходят через полупрозрачное зеркало 21 в направлении емкости 4 и частично отражаются им. Отраженные потоки воздействуют поочередно на фотоприемник 6 (фотодиод с большим светочувствительным окном), подключенный к клемме источника постоянног напряжения (фотодиод работает здесь режиме управляемого генератора тока)

Инвертирующий усилитель 8, во входную цепь которого включен фотоприемник 6, преобразует сигнал последнего в выходное напряжение, вид которого представлен на позиции 8 (фиг.2), где и, и и/2 - напряжения, пропорциональные потокам первого 1 и 2 .светоизлучателей, 11., - напряжение темновой составляющей сигнала фотоприемника 6. Выходное напряжение 8 поступает на второй 12 и третий 13 перекидные ключи, управляемые сигналами с выхода первой 19 и второй 20 схем совпадения по следующей логике. При наличии сигнала логической единицы на инверсном выходе счетчика 18 (ключ 3 в это время замыкает цепь питания светодиода 2), ключ 12 переводится на время действия единичного сигнала на выходе 19 в верхнее положение и переходит в нижнее положение в моменты логического нуля (паузы генератора 10,отсутствие светового потока 2), Во втором полупериоде работы счетчика 18 появляется на его Прямом выходе, замыкается цепь питания светодиода 1, и работает ключ 13, управляемый сигналом второй схемы 20 совпадения. Ключ 12 при этом пребывает в нижнем положении. Такое же

состояние имеет ключ 13 в предыдущем Q входы усилителя 24 к общей точке в полупе риоде выходного сигнала счетчика 18 импульсов.

Сигналы, получающиеся при этом на выходах 12 и 13, имеют вид, изображенный на фиг.2. Эти напряжения поступают на входы дифференциального фильтрующего усилителя (этот усилитель, так же, как и усилитель 24i вы- полнен по схеме блока 23, но не имеет

55

течение пауз сигналов 19, 20. Выход ные сигналы ключей 16 и 17 имеют вид, изображенньй на позициях 16 и 17 временных диаграмм фиг.2.

Усилитель 24 формирует выходное напряжение устройства, пропорционал ное разности постоянных составляющи сигналов, действующих на его входы.

дополнительного неинвертирующего входа). Усилитель 22 формирует напряжение K(Un2. Ufl, ), где К - коэффициент его усиления по разностному сигналу, и, и, - постоянные составляющие напряжения с выходов ключей 12 и 13. Это напряжение воздействует на управляемый резистор 25 цепи обратной связи усилителя 11, изменяя его коэффициент усиления и, тем са- мым, величину напряжения, действующего на светоизлучатель 2.

Светоизлучатель 2, фотоприемник 6,

усилители 22 и 11 образуют замкнутый контур системы стабилизации (точнее, выравнивания) световых потоков 1 и 2. При надлежащем выборе коэффициента передачи ее разомкнутого контура данная система обеспечивает одинаковую интенсивность световых потоков независимо от наличия температурного и временного дрейфов излучателей 1 и 2.

Световые потоки этих излучателей проходят через прозрачные дугообразные участки стенки емкости 4 (фиг.З) и поочередно воздействуют на второй фотоприемник 7 (фотодиод с большим световым окном). Интенсивность проходящих потоков определяется углом крена объекта, и в зависимости от знака крена один поток увеличивается, а второй уменьшается (фиг.З). Фотоприемник 7 запитан выходным напряжением усилителя 23 и является управляемым генератором тока, включенным во входную цепь инвертирующего усилителя 9. Последний преобразует этот ток в пропорциональное напря

40

45

жение и (фиг.2, позиция 9; здесь изображены временные диаграммы для разных знаков крена) Ug через ключи 16 и 17 подается на входы дифференциального фильтрующего усилителя 24, причем 16 и 17 управляются сигналами с выходов первой 19 и второй 20 схем .совладения, замыкаясь в верхнее положение при наличии единичного сигнала на управляющих входах и, подключая

Q входы усилителя 24 к общей точке в

55

течение пауз сигналов 19, 20. Выходные сигналы ключей 16 и 17 имеют вид, изображенньй на позициях 16 и 17 временных диаграмм фиг.2.

Усилитель 24 формирует выходное напряжение устройства, пропорциональное разности постоянных составляющих сигналов, действующих на его входы.

Это напряжение пропорционально углу крена об. Предлагаемая система производит только выравнивание световых потоков светоизлучателей, а компенсацию измерений интенсивности светового потока Р , а также крутизну фотоприемника 7 и усилителя 9 осуществляет дифференциальный фильтрующий усилитель 23. Ключи 14 и 15, стоящие в его входной цепи, управляются парафазными сигналами генератора 10, При наличии единичного сигнала на прямом выходе 10 ключ 14 замыкается в верхнее положение, а нуле- вым потенциалом он переводится в нижнее положение. Аналогичным образом сигналом с инверсного выхода 10 управляется ключ 15 Выходные напряжения ключей 14 и 15 изображены на соответствующих позициях 14 и 15 временных- диаграмм фиг,2. Таким образом, усилитель 23 усиливает разность постоянных составляющих импульсных последовательностей,

Воздействием выходного напряжения 23 на цепь питания фотоприемника 7 управляют его крутизной.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла наклона содержащее емкость, частично заполненную жидкостью, первьй и второй светоизлучатели, первый и второй фотоприемники, усилитель постоянного тока, генератор импульсов с прямь М и инверсным выходом, неинвертирующий усилитель с последовательной обратно связью, первьй - седьмой ключи, пер- вые выводы светоизлучателей соединен с общей точкой схемы через первый ключ, первьй светоизлучатель оптически связан с первым фотоприемником, подключенным к источнику постоянного напряжения, второй светоизлучатель оптически связан с вторым фотоприемником через емкость, частично заполненную жидкостью, выход второго фотоприемника соединен с усилителем постоянного тока, источник постоянного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения ошибок,, обусловленных нестабильностью светоизлучателей и фотоприемников, оно снабжено управляемым резистором, первой и вто рой схемами совпадения с двумя выходами, первым, вторым и третьим диффе

0 5

о

,.

5

5

0

5

ренциальными фильтрующими усилителями с прямым и инверсным входами, дополнительным усилителем постоянного тока, полупрозрачным зеркалом, расположенном между светоизлучателями и ем- костью, все ключи выполнены с управляющими входами, жидкость выполнена непрозрачной, выход генератора импульсов соединен -с входом счетчика импульсов, входом неинвертирующего усилителя с последовательной отрицательной связью, вторым вьшодом первого светоизлучателя, первыми входами первой и второй схем совпадения и управляющим входом четвертого ключа, инверсный выход генератора импульсов соединен с управляющим входом пятого ключа, выход счетчика импульсов соединен с управляющим входом первого ключа и с вторым входом второй схемы совпадения, выход которой обьединен. с управляющими входами третьего и седьмого ключей, инверсный выход счетчика соединен с вторым входом первой схемы совпадения, выход которой объединен с управляющими входами второго и шестого ключей, второй вывод второго светоизлучателя соединен с выходом неинвертирующего усилителя, первьй светоизлучатель оптически связан с вторым фотоприемником через полупрозрачное зеркало и емкость, второй фотоприемник оптически связан с первым фотоприемником через полупрозрачное зеркало, выход первого фотоприемника соединен с входом дополнительного усилителя тока, выход которого объединен с первыми неподвижными контактами второго и третьего ключей, выход усилителя постоянного тока соединен с первыми неподвижными контактами четвертого - седьмого ключей, вторые неподвижные контакты второго - седьмого ключей соединены с общей точкой схемы, инверсньй вход первого дифференциального фильтрующего усилителя соединен с подвижным контактом второго ключа, прямой вход соединен с подвижным контактом третьего ключа, выход объединен с управ- л яющим входом управляемого резистора, включенного в цепь отрицательной обратной связи неинвертирующег о усилителя, инверсньй вход втор.ого дифференциального фильтрующего усилителя соединен с подвижным контактом четвертого ключа, прямые входы - с подвижным контактом пятого ключа и

источником постоянного напряжения,- прямой вход - с подвижным контактом

выход - с вторым фотоприемником, седьмого ключа, а выход третьего

инверсный вход третьего дифференциаль -дифференциального фильтрующего усиного-фильтрующего усилителя соединен лителя объединен с выходной клеммой

с пЬдвижным контактом шестого ключа, устройства.

Изобретение относится к устройствам геодезического приборостроения и может быть использовано для измерения углов наклона. Целью изобретения является повышение точности. Устройство содержит емкость, частично заполненную непрозрачной жидкостью 4, два светоизлучателя 1,2, два фотоприемника 6,7, генератор импульсов 10, счетчик 18, две схемы совпадения 19,20, неинвертирующий усилитель 11 с управляемым резистором 25 в цепи обратной связи, два усилителя постоянного тока 8,9, три дифференциальных фильтрующих усилителя 22 - 24 семь управляемых ключей. 3 ил.

.

/опппппппНпппппппп J

I

18 J.

в

1

X

1

мпл

lit

-,-.-.., I . p.

I 11 1 | ппг1ппппГ1111

15

16

nnnnnnnnnnnfinnnr t

т

ПППП

n

пппг

X

1

ПППП

шш

t

Фиг. 2

Фиг.Ъ