Устройство для измерения угла отклонения от вертикали Советский патент 1978 года по МПК G01C9/02 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для намерения угла отклонения объекта от вертикали.

Известны устройства для онределения уг.- лов отклонения от вертикали, чувствительным элементом в которых служит ртуть, образующая вместе с металлизированной поверхностью электрод конденсатора, являюшеххэся составной частью задающего контура генератора. Изменение объема в сосудах при пере- мещении ртути изменяет емкость конденсатора, а вместе с тем .модулируется частота генератора. Однако на точность этих устройств и чувствительность влияет температура вибрация. 11аличие модуляции и электронной схемы для обработки сигнала усложняет конструкцию устройства l ,

Известны устройства для определения угла наклона с одноканальным емкостным преобразователем 2.

Наиболее близким по технической сушно сти является устройство для измерения угла отклонения от вертикали, содержащее корпус, неподвижный П-образный магнитопровод, на одном конце которого закреплен постоян-

ный магнит с обмоткой возбуждения, к другому консольно прикреплен подвижный электродмагнитопровод, который с неподвижным электродом, выполненным в форме параллвлипипе- да, образует конденсатор. Боковая грань неподвижного электрода образует с обращенной к ней поверхностью дополнительного электрода коьщенсатор связи. Неподвижный электрод и электрод конденсатора связи прикреплены к корпусу преобразователя через диэлектрический держатель. Измеряемый электрический заряд от физического источника зарядов подключен к неподвижному электроду преобразователя. Электрод конденсатора связи tioflключен к входу предусилителя, выход которого ; присоединен к ВХОДУ фазового детектора. Выход последнегб подключен к индикатору. Выход -Генератора с самовозбуждением подключен к обмотке возбуждения и фазовому.детектоРУ 3 .

Емкостный нреобразователь преднбьзначен для -преобразования подлежащих измерению постоянных или медле П10 изменяющихся электрических зарядов в переменный ток частоты, равной частоте колебания подвижкого электрода на основном тоне. Через конденсатор связи переменный ток подводится к предусиллтелю, выход которого подключен к фазовому детектору. Опорное. напряжение к фазовому детектору, подводится от генератора. В диагональ месте, образованного фазовым детектором, включается стрелочный прибор в качестве индикатора. В известных емкостных преобразователях подвижный электрод возбуждается на частоте основного тона, в профиле колебаний которого нет участков с противофазным перемещением, поэтому неподвижный электро имеет плоскую поверхность. Преобразователь лишен возможности зашиты от внешних механических воздействий Посредством введения отрицательной обратной связи на частоте помехи, имеет узкий динамический диапазон .при измерении переменных зарядов. Однако отмечается низкая чувствительность вследствие увеличенного расстояния между электродами конденсатора; повьпиенгная восприимчивость- к внешним механически воздействиям иЗоа отсутствия отрицательно обратной связи на частоте помехи; узкий дйнамический частотный диапазон измеряемого сигнала, так как преобразователь работает на частоте основного тона. Целью изобретения является повышение чувствительности преобразователя. Это достигается тем, что устройство сна жено вьщеления колебаний первого обертона подвижного электрода, фильтром и усилителем основного тона, подключенным к обмотке подавления основного тона, дополнительно намотанной на постоянном магните встречно обмотке возбуждения, а также при репленным к неподвижному электроду металлическим треугольным наконечником, тупой угол которого обращен к подвижному электроду с вершиной, отстоящей от его свободного конца на расстоянии 1/5 .рабочей глины подвижного электрод:а, причемвход усилителя основного тона и блока выделения кояе1бания первого обертона подключены к выходу предусилителя, а выход блока вьщеления кол баний первого обертона - к фазовому детектору и генератору. На чертеже приведена принципиальная схема устройства. Устройство содержит П-образный магнито провод, на одном конце которого закреплен постоянный магнит 1 с обмоткой возбуждения 2, к другому концу консольно: прикреплен подвижнь1й элекгрод-магнитопровод 3. Неподвижный электрод 4 емкостного преобра зователя снабжен треугольным .наконечником 5, вершина тупого утла :которого обращена к подвижному электроду и отстоит от его свободного конца на расстоянии 1/5 paбоч-ей длины. Неподвижный электрод прикреплен к корпусу преобразователя 6 диэлектрическим держателем 7. Устррйство включает блок 8 вьщеления колебаний первого обертона пойвижного электрода, фильтр 9 и усилитель 10 основного тона, выход которого подключен к обмотке подавления основного тона 11, дополнительно намотанной на постоянный маг-. нит встречно обмотке возбуждения. Вход усилителя основного тона и блока выделения колебаний первого обертона подключены к выходу предусилителя 12, а выход блока вьщеления колебаний первого обертона - к фазовому детектору 13 и генератору 14. Выход генератора подключен к обмотке возбуждения и фазовому детектору. Выход фазового детектора подключен к индикатору 15. Подвижный и неподвижный электрод, снабженный наконечником треугольной формы, образуют конденсатор, емкость которого изменяется при изменении угла меж-гду осью подвижного электрода и направлением силы тяжести. Несовпадение направления силы тяжести с осью подвижного электрода приводит к прогибу последнего. Вследствие этого расстояние между электродами конденсатора является функцией угла наклона подвижного электрода относительно направления силы тяжести. От приложенного .напряжения конденсатор заряжается, возни кает напряженность электрического поля между пластинами. Подвижней электрод от генератора через обмотку возбуждения приводится в колебательное движение на частоте первого обертона и поэтому при наличии прогиба емкость конденсатора является функцией времени и угла наклона. Постоянное электрическое поле преобразуется в переменное, на пластинах конденсатора возникает переменный электрический заряд, который, протекая через конденсатор связи 16, вызывает на. входе предусилитедя переменное напряжение, амплитуда.и фаза которого является функцией угла наклона подвилшого электрода относительно направления силы тяжести. Консольно закрепленный подвижный электрод подвержен влиянию внешних механических .ооздействий, под действием которых возникает спектр его собственных колебаний, причем амплитуда основного тона во много раз больше амплитуды колебания первого обертона. С выхода предусилителя составляющая осно.вного тона вьщеляется с помощью фильтра и после усиления подается на обмотку, намотаннук на постоянный магнит, в противофазе с колебанием электрода на основном тоне. Введение отрицательной обратной связи на частоте основного тона ослабляет влияние внешних механических воздействий, что уменьшает расстояние между электродами конденсатора и повышает чувствительность устройства. Информация об угле наклона оп ределяется амплитудой и фазой напряжения частоты первого обертона. В профиле колебания подвижного : элвктрода на частоте первого обертона имеют место два противо фазных участка, узел между которыми отст ит от свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины. Наличие двух противофазных участков позволяет выполнить неподвижный электрод с наконечником, имеющим в продольном сечении форму треугольника, верши на тупого угла которого обращена к узлу колебания подвижного электрода. При этом формируются два,, противофазных переменных напряжения, суммирующиеся непосредственно на неподвижном электроде. Это уменьшает дрейф выходного переменного на пряжения, обусловленный непостоянством контактной разности потенхш ов между эле тродами конденсатора. Образовавшийся в сумматоре сигнал при изменении угла наклона изменяется по амплитуде и по фазе. Изменение сигнала по фазе относительно опорного напряжения, подаваемого .от генератора к фазовому детектору, дополнител но Повышает чувствительность устройства. Частота преобразования на первом обертоне в шесть раз выше частоты преобразования на основном тоне, поэтому частотный динамический диапазон увеличен. Применение двух противофазных емкостных преобразователей на частоте первого обертона подвижного электрода повьшает чувствительность до 6 угловых минут. Формула изобретения Устройство для измерения угла отклоне ния от вертикали, содержащее корпус, неПОДВИЖНЫЙ П-образный магнитопровод, на одном конце которого закреплен постоянный магнит с обмоткой возбуждения, к другому консольно прикреплен подвижный электродмагнитопровод, неподвижный электрод емкостного преобразователя, расположенный у свободного конца подвижного электродамагнитопровода, прикрепленный к корпусу через диэлектрический держатель, на котором неподвижно укреплена пластина емкости связи, подключенная через предусилитель и фазовый детектор к индикатору, и генератор, подкшэченный. к обмотке возбуждения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьЕиения чувствительности устройства, оно снабжено блоком выделения колебаний первого обертона подвижного электрода, фильтром и усилителем основного тона, подключенным к обмотке подавления основного тона, дополнительно намотанной на постоянном магните встречно обмотке возбуждения, а также прикрепленным к неподвижному электроду металлическим .треугольным наконечником ту- пой угол которого обращен к подвижному электроду с вершиной, отстоящей от его свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины подвижного электрода, причем вход усилителя основного тона и блока выделения колебани- первого обертона подключены к выходу предусилителя, а выход блока выделения колебаний первого обертона - к ф 13овому детектору и генератору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе.; 1,Пйтент Франции 1595917, кл, G-01 С 9/ОО, 1970. 2,Казанков В. И. и др, Емкостный датчик вертикали, Известия вузов СССР Приборостроение, 1969, том XII, К 6. 3,Шинтльмейстер . И. Электронная лампа как прибор для физических измерений, М-Л., ГИТТЛ, 1949 с. 336.