Двухкоординатный наклономер Советский патент 1980 года по МПК G01C9/12 G01C9/02 

(54) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ НАКЛОНОМЕР

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к приборам для измерения углов наклона объектов относительно горизонта. 5

Известны устройства для измерения углов наклона объектов в двухfвзаимнр перпендикулярных плоскостях, содержащие чувствительный элемент маятникового типа, подвешенный к корпусу К) с помощью магнитного подвеса, и индикатор i ..

Известны устройства для измерения угла наклона, содержащие корпус, маятник на аэростатическом подвесе j и электрические преобразователи

ш щ ш и.

Недостатком известных устройств яляется сложность конструкции, значи.тельные габариты из-за наличия систе-20 мы сжатого воздуха..

Ближайшим к изобретению по технической сущности Является устройство для определения углов наклона объекта относительно горизонта, содержа- 25 щее маятник, сопряженный с корпусом, сферической поверхностью большого радиуса, систему создания воздушной подушки между маятником и корпусом и измерительные .преобразователи (бЗ . ЗО

Недостатком этого устройства является невысокая точность измерения из-за большого турбинногомомента, имеющего место в известных конструкциях с ненагруженными подьтпкамии приводящего к изменениям небольшого статического равновесия опоры или даже появлению переменных во времени сил или моментов, приводящих к вращению ненагруженной опоры, а также сложность конструкции, требующей наличия системы сжатого воздуха. .

Цель изобретения - повышение точности измерения, и уменьшение габаритов.

Цель достигается тем, что в наклономер, содержащий корпус, маятник, сопряженный с корпусом сферической поверхностью, систему создания воздушной подушки между маятником и корпусом и преобразователь, введен генератрр высокочастотных колебаний, а часть корпуса, сопряженная с маятником, выполнена в виде резонатора, к нижней части которого прикреплен преобразователь в виде пьезокерамического диска с осевой поляриза- . цией, один электрод которого разделен на три симметричные части, присоединенные через переменные резистора к генератору высокочастотных колебаний.

На фиг. 1 изображен общий вид двухкоординатного наклономера; на фиг. 2 - его электрическая схема.

В корпусе 1 наклономера уставовлен маятник 2, сопряженный с корпусом 1 сферической поверхностью 3 большого радиуса. На корпусе установлено четыре измерительных преобразрвателя 4.. Часть корпуса 1, которая сопряженная с маятником 2 -сферической поверхностью 3, выполнена в виде резонатора 5. К нилшей части резонатора прикреплен пьезоэлектрический преобразователь в виде пьезокерамического диска 6, один электрод 7 которого разделен на три симметричные части 8, присоединенные через переменные резисторы 9 к генератору 10 высокочастотных электрических колебаний. Для подключения к электрической схеме на корпусе наклономера установлен разъем 11. Наклономер работает следующим образом .

При подключении генератора 10 электрических колебаний к электродам пьезокерамического преобразователя упругая система, состоящая из пьезокерамического диска б и резонатора 5 начинает совершать колебания на одной из высших частот (например, третьей). Эти высшие формы колебаний упругой,системы будут иметь Cнaпpимep, две) узловые окружности, на которых при колебаниях перемещения равны нулю. В точках узловых окружностей и крепится резонатор 5 к корпусу 1. Между резонатором 5 и маятником 2 CB сферическом части) создается сжимаемая воздушная подушкатолщиной от 1-10 мкм в зависимости от амплитуды колебаний резонатора 5. Трение между маятником 2 и опорой-резонатором 5 почти полностью исключается. .

При наклоне корпуса 1 наклономера, а следовательно и объекта, на котором он установлен, маятник 2 сколы зит над резонатором 5 с малой скоростью без трения, и когда потенциальная энергия будет минимальна, займет самое низкое положение. Следовательно изменяется расстояние между маятником ,2 и измерительными преобразователями 4, установленными на корпусе

Так как демпфирование в системе очень мало (из-за ничтожного трения), а частота собственных колебаний маятника большая, обеспечивается вь1сокая чувствительность наклономера, по обеим координатам.

Экспериментально исследовался действующий образец двухкоординатного наклономера, габаритами 40x30 с частотой питания пьезокерамического преобразователя, равной 87 кГц. В качестве преобразователей применялись индуктивные измерительные преобразователи с соответствующей электронной аппаратурой. Исследования показали, что точностьизмерений углов наклона объектов относительно горизонта повысилась в 30%, а достигаемая чувствительность измерений лежит в преде,лах 110 2угл.сек.

Формула изобретения

Двухкоординатный наклономер, содержащий корпус, маятник, сопряженный с корпусом сферической поверхностью, систему создания воздушной подушки между маятником и корпусом и преобразователь, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и уменьшения габаритов, в него введен генератор высокочастотных колебаний, а часть корпуса, сопряженная с маятником, выполнена в виде резонатора, к нижней части которого прикреплен преобразователь в виде пьезокерамического диска с осевой поляризацией, один электрод которого разделен на три симметричные части, присоединенные через переменные резисторы кгенератору высокочастотных колебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

01 С 9/06, 22.08.67.

5 226865, кл. G

№ 558146, кл. G 01 С 9/02, 22.06.75.

6.Авторское свидетельство СССР № 180364, кл. G 01 С 9/10, 10.03.65 (прототип).