Датчик угла наклона Советский патент 1990 года по МПК G01C9/06 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля положения объекта в пространстве,

Целью изобретения является расширение диапазона измерений за счет исключения зоны нечувствительности с одновременным упрощением конструкции.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - графики, поясняющие работу известного предлагаемого датчиков,- на фиг 3 - временные диаграммы.

Датчик содержит электродвигатель 1, редуктор 2, первый 3 и второй диски, маятник 5 излучатель 6, фотоприемник 7) перекидной ключ 8, дифференциально-фильтрующий усилитель 9 причем электродвигатель 1 соединен с редуктором 2, два выхода одинаковой по величине и противоположной по знаку угловой скорости которого связаны с двумя дисками 3 и t, имеющими дугообразные прорези, установленными соосно и внутри опор маятника 59 с укрепленными на опорах против прорезей излучателем 6 и фотоприемником 7, перекидной ключ 8, неподвижные контакты которого объединены с шиной .опорного источника и общей точкой схемы, выход фотоприемника 7 подключен к управляющему входу ключа 8, неинвертирующий вход дифференциального фильтрующего усилителя 9 объединен с шиной опорного источника, а инвертирующий с подвижным контактом отмеченного ключа 8,

один из дисков 3 повернут на угол

о

г- относительно вертикали в сторону

его скорости вращения, а второй k на такой же угол против собственной скорости вращения, выход дифференциального фильтрующего усилителя 9 являет ся выходом всего устройства.

Датчик работает следующим образом

В отсутствии крена объекта исходное положение дисков в начале каждог оборота соответствует изображенному на позиции а (пунктиром здесь показано положение маятника). Прорези дисков перекрываются и на выходе фотприемника имеет место высокий потенциал. Такое положение сохраняется до момента когда правый диск повернет. -i

ся на угол г-. Указанный потенциал

появляется на выходе фотоприемника до прихода дисков в начальное состояние, т.е. в момент, когда левый диск не дошел до начального состояния на угол

г- . Указанному факту соответствует

левая часть выходного импульса, изображения пунктиром.

Таким образом, в отсутствие крена объекта на выходе фотоприемника формируется импульс, длительностью

следующий с периодом Т, где Т - период оборота дисков.

При наличии углов крена t 0 (позиция б на фиг. 3) длительность импульсов определяется соотношением Iг

t - т

м 2 IT L

Для углов оС 0 (позиция в на фиг. 3) длительность импульсов имеет большую величину

2(

21Г

.±Ј(1

Т.

Исходя из вышеизложенного, зависимость длительности импульсов от угла наклона с учетом его знака можно представить в виде графика на фиг.2 а и описать выражением

2(

и

Т.

Сигнал с фотоприемника 7 воздействует на управляющий вход ключа 8, последний подключает инверсный вход усилителя 9 к источнику опорного напряжения на время действия импульсов и замыкает этот вход с общей точкой во время пауз.

Постоянная составляющая импульсного потока на инвертирующем входе имеет величину V и Т

v,

На неинвертирующий вход усилителя 9 воздействует постоянный сигнал Von На выходе усилителя имеет место сигнал

V6tlx K ,V -V5Ve/pVon (, )-K1Ven

(/Г1

von|-K1+von

где К1 и Кг - коэффициенты передачи усилителя по соответствующим входам.

Kl

При выборе К t г1 происходит компенсация постоянной составляющей оп- топары и выходная характеристика приобретает вид, изображенный на фиг.26

Соотношение К, и К 7 легко обеспечивается надлежащим выбором резисторов входных цепей и тракта обратной связи дифференциально-фильтрующего усилителя 9, а необходимая степень сглаживания выбором емкости конденсатора в цепи его обратной связи.

Наличие зоны нечувствительности в известном датчике, в диапазоне малых углов крена поясняется временными диаграммами его работы (фиг.2в)„ Действительно, при отсутствии крена в начале циклов вращения дисков на выходе фотоприемника существует сигнал в течение времени поворота дисков на угол, соответствующий дуге, равной половине ширины светового луча. Поэтому зависимость длительности импульса фотоприемника от угла наклона объекта имеет вид, представленный на фиг. 2в, где At равно

1 Гик

а и равно примерно

d

2R

ширина светового луча излучателя;

угловая скорость вращения дисков.

- радиус средней линии дугообразных прорезей дисков. фиг. 2в следует наличие зоны твительности. Уменьшить ее (но

не исключить принципиально) можно за счет сужения светового луча, что имеет известные технологические пределы и одновременно резко снижает чувствительность оптопары.

Из сравнения работы двух устройств следует, что изобретение, по сравнению с известным датчиком обеспечивает достижение положительного эффекта, указанного в цели изобретения.

10

Формула изобретения

Датчик угла наклона, содержащий расположенные на одной оси с возможностью независимого вращения, маятник и два диска с дугообразными прорезями, закрепленные на маятнике излучатель и фотоприемник, электродвигатель, связанный через редуктор с дисками, и перекидной ключ, входы которого подключены соответственно к источнику опорного напряжения и к общей точке схемы, управляющий вход связан с выходами фотоприемника, а выход - с инвертирующим входом дифференциального фильтрующего усилителя, прямой вход которого связан с общей точкой схемы, а выход с выходной клеммой датчика, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона за счет исключения зоны нечувствительности и упрощения конструкции, один из дисков смещен относительно другого на угол ™ , а связи выхода

фотоприемника с управляющим входом перекидного ключа и выхода дифференциального фильтрующего усилителя с выходной клеммой датчика выполнены непосредственными.

щ

%

a.

л 5

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля положения объекта в пространстве. Целью изобретения является расширение диапазона за счет исключения зоны нечувствительности, обусловленной конечностью ширины светового луча излучателя, при одновременном упрощении схемы устройства. Датчик угла наклона содержит электродвигатель 1, соединенный с редуктором 2, два выхода одинаковой по величине и противоположной по знаку угловой скорости которого связаны с двумя дисками 3 и 4, имеющими дугообразные прорези и установленными соосно и внутри опор маятника 5 с укрепленными на опорах против прорезей излучателем 6 и фотоприемником 7, перекидной ключ 8, неподвижные контакты которого объединены с шиной опорного источника и общей точкой схемы, выход фотоприемника 7 подключен к управляющему входу ключа 8, неинвертирующий вход дифференциального фильтрующего усилителя 9 объединен с шиной опорного источника, а инвертирующий с подвижным контактом отмеченного ключа 8, один из дисков 3 повернут на угол φ/4 относительно вертикали в сторону его скорости вращения, а другой - на такой же угол против собственной скорости вращения, выход дифференциального фильтрующего усилителя 9 является выходом всего устройства. 3 ил.

ФЦ8.2

Фие.З