НАКЛОНОМЕР Советский патент 1973 года по МПК G01C9/14 

1

Изо&р-етен.ие относится к области ириборосрроеняя и предназначено для измерения углов Наклонов различных элементов конструкций или объектов относительнОГО горизонтального направления, налри-мер наклоны шромьгшлеЕных агрегатов или наклон судна (угол жрена) и т. п.

Известны маятни.ковые наклономеры, шринц.ип работы которых основан на отклонении маятника под действием силы тяжести три изменении угла .наклона объекта от1носительно первоначальното положения. -Однако эти наклово.Мвры Имеют малую чувствительность.

Предлагаемый наклономер отличается тем, что он основан на иопользовамии эффекта Мессбауэра (ядерного Гамма-резонанса).

Метод ядерного гамма-резонанса обладает высокой чувствительностью прИ измерении скорости движения источника гамма-квантОВ относительно отриемника иселективностью три регист1ра.ции гамма-резонансного излучения. Высокая чувствительность гамма резоналсного метода Измерения объясняется чрезвычайной узкостью линий иопусканяя и поглощения, величина которых МОжет меняться от долей микрона в секунду до десятков санти.метров в секунду, например от О,Г5 мк/сек у Zn до 10 см/сек у Re. Это означает, что смещения источника излучения относительно прИемника raiMMa-квантов со скоростью 0,15 мк1сек .приводит к полному лропадайию величины эффекта тамма-резонанса. Пропадание величины эффекта ядерного гамма-резонаиса характеризуется при использовании резонансных «четчиков уменьшением количества импульсов, регистрируемых прие.мником в единицу времени.

На фиг. 1 показана кривая зависимости интенсивности излзчения от скорости движения

лоточника излучения относительно ПрИемниjcOB :гам ма-к вантов. Она имеет симметричный . При решеНИи технических задач целесообразно работать на одном из склонов резонансной линии в точке с наИбольшей

крутизной. Принято считать, что такая точка соответствует полущирине резонансной линии (;на урОвне 0,5 от ширины резонансной линии).

Принцип измерения уптовых ларамегров

основан на зависимости величины эффекта ядерного гамма-резонанса от положения вектора скорости движения (колебания) источни|ка излучеьия относительно Приемника га-.ммаквантов при условии, что величина вектора

скорости дш11ження остается постоянной в (Процессе измерения. В этом случае проекция вектора скорости движения на направление источник-ириемник излучения будет (Пропорциональна углу, образованному BeKTOpON -окорости движения .л его проекцией.

На фиг. 2 показана основиая коНструкция гамма-резонансиого наклономера, включающая резонансный источ«ик гамма-квантов /, жестко связанный с Вибрирующим элементом 2, например пьезоэлектрическим кристаллом, который укренлен на маятнике 3. Маятник подвешен в кардановом подвесе 4. Прием1никами излучения являются резонансные счет,чики 5 (I, II, 1П), установленные «а некотоpoiM расстоянии от «стОЧника излучения и разнесенные на равные углы относительно 1иерлеидикулера к поверхности источника излучения 1.

Принцип работы гамма-резонансного наклономера следующий.

Источник излучения, вылолненный в виде тоНкой фольги и жестко связанный с ньезоэлектрическим преобразователем, колеблется с «eiKOTOpoS частотой. Проекция вектора скорости такого колебания иа ливию источник - каждый приемник излучения (см. фиг. 3) равна -нолуширИНе резонансной линии. При условии нулевого Положения маятника (угол наклона основания устройства совпадает с гор;иЗОнтальным направлением) сигналы на детектораХ будут равны, так .как 1проекция вектора скорости на направление первого резонансного детектора и второго совпадают ino- величине. В случае, если вектор скорости колебания источника излучения изменяет свое первоначальное положение за счет отклонения маятника на угол Да, то изменится соОТветственно проекция векто-ра скорости колебания в направлении каЖдого приемника излучения (см. фиг. 3). Для первого резонансного счетчика проекция увеличивается, для второго - у1меньщается. Такое изменение проекции вектора скорости (Колебания пропорционально увеличению или уменьщению сигнала «а детекторах в соответствии с выбранным режимом работы на резонансной линии (см. фиг. 1).

Для определения величины и направления отклонения маятника нео-бходимо установить три резонансных счетчика, по фазе и величине сигналов с которых определяется Направление и величина ОТклонения. Паприм-ер, отклонение маятника с источНИа ом излучения в плоскости, пер(пенди1кулярН0:й плоскости листа к нам или от нас, определЯется по таким параметрам: в первом случае сигналы на первом и втором детекторах раВНЫ и горевышвЮт уровень сигнала , соответствузощий нулевому положению маятника наклономера. Сигнал на третьем детекторе Меньше сигнала, прОпорционального полуширине резонансной линии. Во втором случае сигналы на первом и втором детекторах также равны, но ОНИ меньше сигнала, соответствующего нулевОМу по-ложению маятника наклономера. Сигнал па третьем детекторе становится больще сигнала, пропорционального полущирине резон аноной линии, так как проекция вектор а скорости движения в напра1вленИ|И третьего детектора увеличивается соответственно. Другой относитеЛНый порядок изменения основных и разностных

сигналов (отсчет ведется от первоначального сигнала, пропорционального полущирине ревонаноной Линии) показывает величину отклонения и другое направление отклонения маятНика наклономера.

Структурная схема такого наклоно м-ера .(см.фиг. 4) содержитрезопапсные счетчики 6, блок предварительных усилителей 7, блок коммутации 8, блок нормаллзатОрОВ с последующим усилением 9, интегрирующий блок 10, блок вычисления И, генератор опорного напряжения J2 И выходной прибор 13.

Сигналы с резонансиых счетчиков I. II, П1 с различной интенсивностью следования импульсов усиливаются в каскадах предварительного усиления и поступаЮТ в коммутирующий блОК 8. Последний последовательно подключает к Измерительному тракту каждый Детектор, где сипналы нормализуются по амшлитуде и длительности, усиливаются и интегрируются соответственно В блоках 9 и 10. После усиления и нормализации сигналы подаются в вычислительный блок, куда поступают сигналы син-хронизации из блока 8, по которым определяется номер детектора, подключенного к измерительному тракту в каждый МОМ0НТ времени. В вычислительном блоке сигналы с каждого детектора сравниваются с сигналамИ опорного напряжения тенератора 12, которые пропорциопальпы нулевому полоЖенИЮ маятника наклономера. По величине разностных сигналов и порядка их расположения определяется угол наклона и направление откло1нения маятника наКЛОНОмера.

Принципиально предлагаемый наклономер, основанный на использовании эффекта Мессбауэра, позволяет регистрировать угловые откло1непия с высокой чувствителы-гостью и точностью. Диапазон из мерения угловых отклонеНИЙ зависит от параметров резонансной линии используемого мессбауэровского изотопа и первоначальной величины вектора скорости движения источника излучения. Причем, с увеличением вектора скорости движения и уменьЩением ширины резонансной линии диапазон угловых Отклонений сужается, но увеличивается разрешающая способность.

Таким образом, предлагаемый наклономер дает возмОжНОсть бескоНтактно проводить

съем показаний, имеет высокую чувствительность, позволяет работать в оптически непрозрачных, взрывоопасных и химически активных средах. При использовании трех резонансных счетчиков имеется возможность onipeделя1ть не только величину, но и Направление отклонения объектов. Такой наклономер может быть использован во многиХ областях техники, например при строительных работах для определения наклонов про-мышленных конструкций, разЛИчных агрегатов, специальпых объектов (угол крена судна, самолета) и т. д.

Предмет изобретения

Наклономер, содержащий маятник, установлепный в кардановом подвесе, на котором

укреплены излучатель и демпфирующие элемеиты, и расположенные под маятником на равно м расстояпии друг от друга и от нсточндака излучения приемники излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствптельпости, в нем в качестве 1 стоЧ1П1ка излучения использован гамма-резонатор, совершающий колебания в направлении продольной оси маятника, а в качестве прие.мникор- резонансные счетч ики.

7 имгг

J ТГЪ+ 1

5Д

Фиг. 2

Ю

5

/J

11

ФiJS