Устройство для измерения угла отклоненияОТ ВЕРТиКАли Советский патент 1981 года по МПК G01C9/06 G01C9/12 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ВЕРТИКАЛИ

I

Изобретение относится к измерительной технике, а точнее к уст эойствам, служащим для измерения углов отклонения объектов от .вертикали.

Известны устройства для определения угла наклона, содержащие инерционную массу и струнный преобразователь магнитноэлектрического типа 1.

Недостатком таких устройств является наличие подвижных частей, что ведет к появлению люфтов, и, соответственно, снижению точности измерений и надежности.

Известен также компенсационный датчик маятникового типа, содержащий маятник, емкостной преобразователь, компенсационные гири, который позволяет повысить точность измерения за счет компенсационной структуры построения датчика 2.

Однако и это устройство имеет недостатки, свойственные всем датчикам маятникового типа из-за наличия подвижных частей.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее корпус, внутри которого на оси подвешен маятник, струнный дифференциальный преобразователь, магнитные системы, усилители возбуждения

колебаний струн, блок сравнения. Струны преобразователя, расположенные по одной прямой и укрепленные одними концами на штанге маятника, закреплены другими концами на корпусе 3.

Недостатками данного устройства является наличие подвижных частей, ведущих к появлению люфтов, что значительно снижает точность измерений, а также малый рабочий диапазон ±15°.

Цель изобретения - повышение точности и расширение рабочего диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения угла отклонения от вертикали, содержащем корпус, внутри которого на штанге подвешен груз, соединенный со струнным дифференциальным преобразователем, усилитель возбуждения колебаний струн и блок сравнения, штанга выполнена в виде биморфного пьезокерамического кристалла, на одном конце которого закреплен груз, а другой конец жестко соединен с корпусом, причем выходы усилителей возбуждения колебаний струн соединены со входами блока сравнения, выход которого соединен с бнморфным пьезокерамическим кристаллом.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит корпус 1, маятник, состоящий из штанги, выполненной в виде биморфного пьезокерамического кристалла 2 с закрепленным на одном его конце грузом 3, второй конец кристалла 2 жестко связан с корпусом 1 устройства. На грузке 3 маятника закреплены струны 4, 5, вторыми концами закрепленные на корпусе 1. Выходы усилителей 6, 7 возбуждения колебаний струн соединены со входами блока 8 сравнения, выход которого соединен с биморфным пьезокерамическим кристаллом 2.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии внещних воздействий, т. е. при угле отклонения равном нулю, собственные частоты струн 4, 5 равны и соответственно равны частоты на выходе усилителей б, 7 и выходное напряжение блока 8 сравнения равно нулю.

При отклонении корпуса 1 от вертикали на угол оС возникает сила F Р sin,., где Р сила тяжести груза 3 маятника, пытающаяся изогнуть щтангу, выполненную в виде биморфного пьезокерамического кристалла 2. При этом собственные частоты струн 4, 5 начинают изменяться (одна увеличивается, другая уменьшается), соответственно изменяются частоты сигналов с усилителей 6, 7. На выходе блока 8 сравнения появляется напряжение, подающееся на биморфный пьезокерамический кристалл 2. Под действием напряжения биморфный пьезокерамический кристалл 2 воздействует на груз 3, компенсируя силу, возникшую при отклонении корпуса 1 устройства от вертикали. Таким образом, все элементы датчика остаются неподвижными. При этом сигнал с выхода блока 8 сравнения является аналогом угла отклонения вертикали и служит выходным сигналом датчика.

Предлагаемое устройство для измерения угла отклонения от вертикали имеет преимущество по сравнению с известным за счет использования штанги, выполненной в виде биморфного пьезокерамического кристалла, соединяющего в себе функции упругого и

силового элемента. Это позволяет исключить подвижные части и приводит к повышению точности измерений и возможности использовать его на подвижных объектах. Изменяя массу груза маятника, можно расщирить рабочий диапазон устройства от О-90° (большие массы позволяют измерять малый углы и наоборот).

Устройство для измерения угла отклонения от вертикали, построенное по компенсационному принципу, позволяет использовать его непосредственно не только в системе контроля Отклонения от вертикали, но передавать его выходной сигнал непосредственно в систему стабилизации роторного экскаватора. Одновременное использование сигнала

датчика в системе контроля и управления, резкое повышение точности и надежности устройства позволит получить экономический эффект на один экскаватор в размере 10 тыс. руб. в год.

Формула изобретения

Устройство для измерения угла отклонения от вертикали, содержащее корпус, внутри которого на штанге подвешен груз, соединенный со струнным дифференциальным преобразователем, усилитель возбуждения колебаний струн и блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерений и расширения рабочего диапазона, штанга выполнена в виде биморфного пьезокерамического кристалла, на одном кон це которого закреплен груз, а другой конец жестко соединен с корпусом, причем выходы усилителей возбуждения колебаний струн

соединены со входами блока сравнения, выход которого соединен с биморфным пьезокерамическим кристалло.м.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Авторское свидетельство СССР № 300759, кл. G 01 С 9/06, 24.03.69.

№ 540137, кл. G 01 С 9/06, 17.07.75 (прототип) .

E.bi