Инклинометр Советский патент 1993 года по МПК G01C9/06 

Изобретение относится к измерительной технике.

Наиболее близким по технической сущ- ности к предложенному изобретению является инклинометр, содержащий двуполярный источник питания, источник опорного напряжения (прецизионный), генератор, модулятор, усилитель, инвертор, чувствительный элемент (ампулу с тремя электродами), усилитель масштабный, демодулятор, фильтр, аналого-цифровой преобразователь, жидкокристаллический дисплей, другие вспомогательные (сервичные) устройства, предназначенные для удобства работы оператора. Недостатком данного инклинометра является включение чувствительного элемента с гальванической связью в двух точках, что (согласно схеме преимущественного применения) создает опасность протекания постоянного тока через чувствительный элемент, что недопустимо, по цепи: корпус. Rio, контакт с чувствительного элемента, да.. - лее раздвоение цепи: 1 ветвь - правая часть чувствительного элёмен Ь, контакт а чув- ствитёльнрго элем|н;т, верхняя частью Rg; 2 ветвь-т-; 1б я;ч ф% чуйртвительного эле- менТа, irtjHVa часть Rg, на движке, Rgi , далее Ri3, и вход У Щитёля LM; протекание пострянно;гр; Фожет быть обусловлено вх6дны;Мйу.то ками смещения Операционного усилителя U4. Чувствительные элементы подобного типа в большинстве своем заполняются электропроводящими жидкостями (электролитами), подверженными электролизу при протекании через них постоянного тока. Данное явление недопустимо, так как приводит если не к выходу из строя датчика, то, по крайней мере, к ухудшению точности прибора. Так, например, при использовании датчика ДЖМ-9Б допускается протекание постоянного тока (ДСП). Вторым недостатком инклинометра является необходимость применения инвертора

ч

fe

sJ 00

Ч 00

ел ел

Уз (26) в цепи питания ч,э., что, во-первых, требует повыйёйия мбщйости в источнике питания, а также требует точной коррекции рассогласования выходных амплитуд (повторителя), усилителя 25 и инвертора 26.

Цель изобретения - повышение точности и снижение энергоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в инклинометр, содержащий источник питания, источник образцового напряжения, генератор, прямоугольных импульсов, чувствительный элемент - ампулу с тремя выводами ycH/iHTeTib масштабный, демодулятор, фильтр, А ЦП и индикатор, дополнительно введены противофазный выход генератора, два резистора, один резистор соединен с прямым выходом генератора, а другой - с противофазным выходом, два разделительных конденсатора, соединенные одними выводами с резисторами, а другими - с первым и вторым контактами датчика, третий контакт которого соединен с входным резистором инвертирующего усилителя, в цепи обратной связи которого содержится подстроечный резистор, причем неинвертирующий вход усилителя подключен к средней точке резистивного делителя, вторые выводы резисторов подключены соответственно к источнику опорного напряжения и к корпусу (общей точке), выход масштабного усилителя через разделительный конденсатор подключен к демодулятору;. .

Функциональная схема инклинометра приведена на фиг.1; на фиг.2 - напряжения на выходах генератора.

Инклинометр Содержит источник питания, источник опорного напряжения 2,генератор прямоугольных импульсов 3 со скважностью 2, состоящий из мультивибра- . тора 4 и делителя 5 с коэффициентом деления 2, дёлител ьгвыполнен по схеме D-трйггера с прямым и инверсным выходами 6,7, два резистора 8,9, два разделительных конденсатора 10, 11, соединенные Щнйми выводами с резисторами, а другими - с датчиком. 12 через два контакта 13, 14, образуя емкостные связи, третий контакт 15 датчика 12 осуществляет гальваническую связь, соединен с резистором 16 масштабного усилителя 17е подстроечным резистором 18 в цепи обратной связи, причем неинвертирующий вход усилителя ченГ к средней точке резистивного делителя, состоящего из резисторов 19,20, вторые выводы которых подключены соответственно к источнику опорного напряжения и к общей точке, выход усилителя через разделительный конденсатор 21 подключен к последовательно соединенным демодулятору 22, фильтру 23, аналого-цифровому преобразователю (АЦП) 24 и индикатору 25, один из выходов генератора (прямой) подключен к управляющему входу демодулятора .

Работа инклинометра происходит следующим образом.

При включении питания самовозбуждающийся генератор начинает вырабатывать прямоугольные импульсы напряжения

скважности 2, появляющиеся на его прямом и инверсном выходах. Через RC-цепи (8,10; 9, 11) противофазные импульсы поступают на выходы 13, 14 датчика наклона, а с вывода 15 - на вход масштабного усилителя. При

отсутствии наклона датчика полные сопротивления плеч датчика 14-15 и 13-15 будут равны и на выходе масштабного усилителя переменный сигнал будет отсутствовать. С появлением наклона датчика, равенство

полных сопротивлений плеч датчика нарушится и на выходе масштабного усилителя появится переменный сигнал рассогласования, пропорциональный углу наклона датчи-, ка; импульсы рассогласования через

разделительный конденсатор поступают к демодулятору, где выделяется одна полуволна сигнала и таким образом фиксируется знак наклона, а затем через сглаживающий фильтр выпрямленный сигнал рассогласования поступает к АЦП и с АЦП на индикатор. Масштабный усилитель в цепи обратной связи имеет переменный резистор, подстройкой которого добиваются высвечивания на табло индикатора значений в

угловых единицах. Резистор 8 переменный, предназначен для выравнивания значений выходных сопротивлений противоположных плеч генератора. С целью предотвращения протекания кратковременных токов

заряда разделительных конденсаторов 10, 11 при включении прибора (а протекание этих токов может осуществляться только через чувствительный элемент - датчик наклона) до

напряжения Ucp yUon нёинвертирующий

вход масштабного усилителя соединен со средней точкой резистивного делителя 19,20, поддерживающего на неинвертирующем входе напряжение, равное Ucp.

Формула изобретения Инклинометр, содержащий двухполюсный источник питания, источник опорного напряжения, подключенный к генератору, один из выходов которого подключен к демодулятору, датчик наклона в виде ампулы, частично заполненной электролитом, с тремя выводами, два из которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам генератора через соответствующие разделительные конденсаторы и выравнивающий элемент с переменным резистором, а третий вывод подключен к входному резистору масштабного усилителя с резистором в цепи обратной связи, при этом выход масштабного усилителя через разделительный конденсатор подключен к последовательно соединенным демодулятору, фильтру, аналого-цифровому преобра0

5

зователю и индикатору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и снижения энергоемкости, генератор выполнен в виде мультивибратора и подключенного к нему делителя частоты на два, входом питания подключенного к источнику опорного напряжения и выполненного на D-триг- гере, выравнивающий элемент выполнен с дополнительным резистором, дополнительный и переменный резисторы включены между соответствующими разделительными конденсаторами и выходами генератора, резистор в цепи обратной связи масштабного усилителя выполнен регулируемым, а неинвертирующий вход масштабного усилителя подключен к средней точке введенного рези- стивного делителя, две крайних точки которого подключены соответственно к источнику опорного напряжения и к общей шине.

Область использования: измерительная техника. Сущность изобретения: инклинометр содержит 1 источник питания (1), 1 источник опорного напряжения (2), 1 генератор прямоугольных импульсов (3), 2 резистора (8 и 9) выравнивающего элемента, 2 разделительных конденсатора (10 и 11), датчик наклона 12, 1 резистор (16), 1 масштабный усилитель (17), 1 резистор обратной связи (18), 1 резистивный делитель на резисторах (19 и 20), 1 разделительный конденсатор (21), 1 демодулятор (22), 1 фильтр (23), 1 аналого-цифровой преобразователь (24) и 1 индикатор (25). Генератор прямоугольных импульсов состоит из 1 мультивибратора (4) и 1 делителя (5) с коэффициентом деления два, выполненного по схеме D-триггера с прямым и инверсным выходами 6, 7. 4-5-8- 10-12-16-17-21-22-23-24-25, 1-2-19-17- 18-1.7,5-9-11-12,5-22,2-3,2-24,19-20.2 ил.

Фиг. Т