Способ определения углового положения объекта Советский патент 1992 года по МПК G01C9/06 G01C9/14 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения параметров наклона объекта: полного угла наклона и направления наклона, - маятниковым компенсационным наклономером.

Известен способ определения углового положения объекта маятниковым компенсационным наклономером путем установки наклономера на контролируемый объект и регистрации выходных сигналов наклономера.

Недостатком этого способа является недостаточная точность контроля углового положения контролируемого объекта, так как данный способ не позволяет определять полный угол и направление наклона объекта.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения параметров наклона объекта путем установки на контролируемый объект двух маятниковых компенсационных наклономеров в положение с взаимно перпендикулярными измерительными осями и измерения выходных сигналов наклономеров.

Недостатком данного способа является увеличение габаритно-массовых характеристик измерителя, так как необходимо использование двух наклономеров, а также необходимость наличия именно двух наклономеров. Что же касается выходной информации одного наклономера, то она также обладает недостаточной точностью для определения углового положения объекта, так

XI

СЬ О

Сл

ч

как не позволяет определять полный угол и направление наклона объекта.

Целью изобретения является повышение точности при одновременном повышении информативности за счет определения направления наклона при определении углового положения объекта маятниковым компенсационным наклономером.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения углового положения объекта, включающем установку маятникового компенсационного наклономера с вертикальной осью подвеса, горизонтальной измерительной осью и масштабным коэффициентом lg на объект, измерение выходного сигнала И наклономера в исходном положении при согласованном контуре обратной связи и обработку результатов измерения, - после измерения сигнала И вводят рассогласование в контур обратной связи и последовательно отклоняют маятник относительно исходного положения на углы + у,±у,+2у и 2 у, дополнительно измеряют выходные сигналы 2, з, Ц и Is наклономера, соответственно, в каждом из положений, а направление наклона / и угол наклона в вертикальной плоскости «определяют из выражений:

/8 arctg

2 h (I2 + з)

2 (I2 - l3) - (l4 l5)

2 sin у

а arcsin

2 Ь - (Г2 + з)

4lg sin/3 sin2 I

.при

или

a arcsin

2 (I2 - з) - (l4 - is)

8 Igcos sinysln2

при р 90°.

На чертеже изображена блок-схема устройства для реализации способа определения углового положения объекта.

Блок-схема содержит объект 1, параметры наклона которого подлежат определению, корпус 2 наклономера с ориентационной риской 3. подвижную систему 4 с маятником 5 наклономера, установленную на подвесе 6 в корпусе 2, датчик 7 угла, усилитель 8 обратной связи и датчик 9 момента наклономера, измеритель 10 выходного сигнала датчика 7, измеритель 11 выходного сигнала наклономера и блок 12 смещения нуля усилителя 8.

На Черт, также условно показаны:

вертикальная плоскость 13 наклона объекта 1,угол а-угол отклонения оси подвеса наклономера от вертикали, угол наклона объекта в вертикальной плоскости, угол / угол отклонения маятника 5 наклономера от вертикальной плоскости 13 наклона оси подвеса, азимутальный угол наклона объекта 1, характеризующий направление наклона, контрольный угол у и удвоенный

контрольный угол 2 у, на которые отклоняют подвижную систему 4 с маятником 5 при введении рассогласования в контур обратной связи.

Изобретение осуществляется путем выполнения следующих операций:

1.Устанавливают корпус 2 наклономера на объекте 1 в исходное положение, при котором ось подвеса наклономера вертикальна, а измерительная ось горизонтальна,

при этом наклономер устанавливают на объекте 1 базовой плоскостью, имеющейся на корпусе 2 наклономера. Кроме этого, на корпусе 2 наклономера имеется контрольная риска 3, соответствующая направлению маятника 5 в режиме с замкнутой обратной связью в исходном положении (при согласованном контуре обратной связи наклономера), когда положение подвижной системы 4 на подвесе 6 в корпусе 2 относительно датчика 7 угла соответствует нулевому уровню выходного сигнала датчика 7, контролируемого измерителем 10.

Эта риска 3 координирует положению наклономера в азимутальной плоскости и может быть совмещена либо с какой-либо осью условно заданной системы координат, например, определенным образом связанной с объектом 1, либо может быть совмеще- на, например, с направлением на Север, или еще с каким-то направлением, относительно которого необходимо определить направление наклона объекта 1.

2.С помощью измерителя 11 измеряют выходной сигнал И наклономера в исходном

положении, который можно представить выражением

H AV +lg sin a sin/,, где И - величина измеренного выходного сигнала наклономера:

А V - смещение нуля наклономера; А - крутизна изменения смещения нуля; ty - угол отклонения подвижной системы 4 вокруг оси подвеса в наклономере от положения, при котором смещение нуля соответствует нулевому уровню;

lg - масштабный коэффициент наклономера, выходной сигнал наклономера, соответствующий воздействию на маятник 5

полного вектора ускорения гравитационного поля Земли (g 9.81 м/сек2);

а-угол отклонения оси подвеса наклономера от вертикали, угол наклона объекта 1 в вертикальной плоскости 13;

/3 - угол отклонения маятника 5 наклономера от вертикальной плоскости 13 наклона оси подвеса, азимутальный угол наклона объекта 1, характеризующий направление наклона объекта 1, или угол между вертикальной плоскостью 13 наклона оси подвеса и вертикальной плоскостью, проходящей через маятник 5 и риску 3, совмещенную в исходном положении наклономера с определенным направлением, относительно которого требуется определить угловое положение объекта 1.

3.Введением рассогласования в контур обратной связи наклономера путем смещения нуля усилителя 8 с помощью блока 12 отклоняют подвижную систему 4 с маятником 5 вокруг оси подвеса на контрольный угол + у.

При этом, практически, отклоняют подвижную систему 4, контролируя выходной сигнал датчика 7 угла наклономера измерителем 10, до положения, соответствующего определенной контрольной величине выходного сигнала датчика 7 угла. Контрольная величина выходного сигнала датчика 7 угла выбирается исходя из конкретной конструкции наклономера, типа и схемы датчика угла, с учетом разрешающей способности датчика угла, его линейного диапазона, и углового диапазона перемещения подвижной системы в наклономере, определяемого расположением ограничительных упоров. Контрольная величина выходного сигнала датчика 7 угла определяется выражением:

Ug.y. K -у,

где Ug.y. - контрольная величина выходного сигнала датчика 7 угла;

К - крутизна датчика 7 угла (основная техническая характеристика наклономера, которая фиксируется в технической документации при калибровке наклономера).

у- величина контрольного угла отклонения подвижной системы 4 с маятником 5.

4.С помощью измерителя 11 измеряют выходной сигнал г наклономера, который можно представить выражением

l2 A()+ lg since sin(i6+y), где 2 - величина измеренного выходного сигнала наклономера;

у- величина контрольного угла.

5.Введением рассогласования в контур обратной связи наклономера с помощью

блока 12 отклоняют подвижную систему 4 с маятником 5 вокруг оси подвеса относительно исходного положения на контрольный угол - у

56 С помощью измерителя 11 измеряют

выходной сигнал з наклономера который можно представить выражением:

10

з A()+ lg sin a sin (fl - у).

где з - величина измеренного выходного сигнала наклономера.

7.Введением рассогласования в контур обратной связи наклономера с помощью

блока 12 отклоняют подвижную систему 4 с маятником 5 вокруг оси подвеса относительно исходного положения на удвоенный контрольный угол + 2 у.

8.С помощью измерителя 11 измеряют выходной сигнал 14 наклономера, который

можно представить выражениемl4 A (t/ + 2y) + lg sin a sin# + 2y),

где Ц - величина измеренного выходного сигнала наклономера.

9.Введением рассогласования в контур обратной связи наклономера с помощью блока 12 отклоняют подвижную систему 4 с

маятником 5 вокруг оси подвеса относительно исходного положения на удвоенный контрольный угол -2 у.

10.С помощью измерителя 11 измеряют выходной сигнал Is наклономера, который

можно представить выражением:

ls A () + lg sin a sin у),

где Is - величина измеренного выходного сигнала наклономера.

11. Из соотношения измеренных величин определяют параметры наклона объекта 1, - угол и Направление наклона, - по формулам

,#4%-Н

21,-&±1з)

« arcsm

s.n2Ј

а arcsm

4lg -sln/3

2(b-l3)-(U-i5)

8 Ig COS/ Sin у Sin2

для В 903.

где р -азимутальныйугол наклона объекта

1, характеризующий направление наклона.

а- угол наклона объекта 1 в вертикальной плоскости 13.

Формула изобретения Способ определения углового положения объекта, включающий установку маятникового компенсационного наклономера с вертикальной осью подвеса, горизонтальной измерительной осью и масштабным коэффициентом Ig на объект, измерение выходного сигнала И наклономера в исходном положении при согласованном контуре обратной связи и обработку результатов измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном повышении информативности за счет определения направления наклона, после измерения сигнала Н вводят рассогласование в контур обратной связи и последовательно отклоняют маятник относительно исходного положения на

углы +у, -у, 2у и - 2у и дополнительно измеряют выходные сигналы la, з, U и Is наклономера соответственно в каждом из положений, а направление наклона / и угол наклона в вертикальной плоскости а определяют из выражений

/ arctg

2 h (I2 + з)

2 (I2 - з) - (14 - Is)

2 slny

а arcsm

2h -(12 + 1з)

а - arcsm

4lfl sin21

2(l2-l3)-(U-l5)

ПрИ/3 5 0C

8 lg cos-/ -sln y.sin2 Ј

20

при 90°.

Использование: измерительная техника, при определении параметров наклона объекта: полного угла наклона и направления наклона, - маятниковым компенсационным наклономером. Сущность изобретения: способ включает следующие операции: установка маятникового компенсационного наклономера на объекте в исходное положение, при котором ось подвеса вертикальна, а измерительная ось горизонтальна, измерение выходного сигнала наклономера, отклонение введением рассогласования в контур обратной связи наклономера подвижной системы с маятником на равные и с противоположным знаком контрольные углы, а затем на удвоенные контрольные углы, измерение в каждом угловом положении подвижной системы выходных сигналов наклономера, определение из соотношения измеренных величин параметров наклона объекта, угла и направления наклона. 1 ил. со с