Двухкоординатный наклономер Советский патент 1981 года по МПК G01C9/12 

(54) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ НАКЛОНОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения наклонов земной поверхности и различных промышленных объектов (зданий, сооружений и т. п.). Известны устройства для измерения наклонов объектов, которые содержат два емкостных датчика с подвешенными на упругих пластинах маятниками, два высокочастотных генератора и индикаторное устройство 1 . Однако из-за наличия двух независимых маятников идвух генераторов возникает некомпенсируемый дрейф электронной и механической частей Прибора, что вносит погрешность в из.мерения при долговременных налюдениях. Кроме того, конструкция емкост ных датчиков не обеспечивает получения достаточно высокой крутизны преобразования угла наклона основания в изменение частоты генераторов вследствие того, что в этом с.1учае изменение частоты пропорционально изменению площади перекрытия пластин, воз пикающему при наклонах основания, и коэффициент пропорциональности (крутизны преобразования) реально много ниже, чем В случае изменения зазора между пластинами конденсатора. Известно двухкоординатное устройство для определения углов наклона объектов, содержашее корпус с неподвижно укрепленными в нем электродами, чувствительный эле.мент в виде свободно подвешенного металли ческого шара и индикаторный прибор. Корпус имеет форму куба с четырьмя гранями в виде полых диэлектрических пластин, попарно заполняемых электропроводящей жидкостью. Пластины-электроды вместе с шаром образуют конденсаторы емкостного датчика, управляющего частотами двух автогенераторов, связанных через смеситель с частотомером и блоками управления и питания {2. Недостатком такого устройства в применении к высокоточным измерениям медленных наклонов земной поверхности является относительно высокая величина дрейфа, обусловленная механической и электронной частями прибора и вносящая погрешность в измерения. Использование в измерительной схеме двух независимых генераторов приводит к некрмпенсируемому дрейфу измерите.тьной схемы, а также к появлению ЗОНЫ нечувствительности вблизи малых разностей частот из-за эффекта «захватывания. Использование в измерительном конденсаторе разнородных материалов приводит к некомпенсируемому дрейфу величин измерительных емкостей, связанному как с изменениями температуры, так и с процессами старения материалов. Кроме того, геометрия емкостного датчика не позволяет получить достаточно высокую крутизну преобразования угла наклона корпуса в изменение частоты и регулировать ее изменением величины зазора измерительного конденсатора, что ограничивает эксплуатационные возможности устройства в целом. Известны также двухкоординатные наклономеры с емкостными преобразователями 3. Наиболее близким по технической сущности и достигаемо.му результату к изобретению является двухкоординатный наклономер, содержащий корпус с подвешенным на нити грузом, сегментовидные электроды, изогнутые по образующей груза и составляющие вместе с ни.м емкостной преобразователь, и измерительную схему 4J. Цель изобретения - уменьшение погрешностей измерения при длительных наблюдениях наклонов, а также расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения регулирования крутизны преобразования и выбора необходимого диапазона измерений. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее корпус, помещенный в нем маятник в виде подвешенного на нити груза, несколько: сегментовидных электродов, изогнутых по образующей груза и составляющих вместе с ним емкостный преобразователь, и измерительную схему, снабжено высокочастотным перестраиваемым генератором, в колебательный контур которого через дистанционно управляемое переключающее устройство включен емкостной преобразователь, а груз маятника выполнен в виде пустотелого усеченного конуса, подвешенного с возможностью изменения длины подвеса. Электроды выполнены из того же материала, что и груз. Нить подвеса массы закреплена с возможностью осевого перемещения с помощью, например, микрометрического винта. В частотном случае, когда заранее изметны величины характерных наклонов земной поверхности, груз маятника может быть выполнен в виде пустотелого цилиндра. В качестве переключающего устройства использовано высокочастотное поляризованное реле. Благодаря конической форме массы маятника и пластин (электродов) емкостного преобразователя стало возможным регулировать величину зазора в измерительных конденсаторах емкостного преобразователя за счет перемещения груза в осевом направлеНИИ, что обеспечивает возможность выбора необходимого диапазона измерения. Подвес груза па тонкой нити (диаметром порядка 100 мкм), проходящей через центрирующее отверстие со скругленной фаской в нижней части, снижает погрешности измерения при долговременных наблюдениях, так как уменьшает влияние деформации стенки отверстия и уменьшает влияние изменения упругих свойств подвеса (жесткость «гравитационная превосходит изгибную жесткость нити более, чем в Ю раз). Выполнение блока преобразования сигнала с одним высокочастотным перестраиваемым генератором, в колебательный контур которого с помощью переключающего устройства поочередно включается одна из рабочих емкостей преобразователя, снижает собственный дрейф устройства, и уменьшает погрешности измерения при длительных наблюдениях наклонов. Поскольку информацию о наклоне земной поверхности несет разность частот, соответствующих включению в контур генератора двух противолежащих емкостей, то при этом практически полностью вычитается дрейф несущей частоты генератора, связанный с уходом его параметров, так как время одного измерения мало по сравнению с характерными временами дрейфа параметров генератора. Из-за достаточно высокой несущей частоты перестраиваемого генератора и большой линейности преобразования динамический диапазон составляет 120 дБ. Наклономер имеет небольшие габариты и вес, что позволяет использовать его в скважинном варианте. Это также расширяет его эксплуатационные возможности. Переключающее устройство, введенное в контур генератора, должно иметь малые величины паразитных и межконтактных емкостей по сравнению с рабочими и их стабильность, малую величину сопротивления в замкнутом состоянии по сравнению с сопротивлением, определяющи.м добротность контура, а также постоянство этих величин от переключения к переключению. Этим требованиям удовлетворяет, например, высокочастотное поляризованное реле. На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - его измерительная схема. Устройство содержит груз 1, выполненный в виде пустотелого усеченного конуса, тонкую нить 2 его подвеса, закрепленную в устройстве 3 перемещения нити в осевом направлении и проходящую через центрирующее отверстие 4 со скругленной фаской в нижней части. Емкостной преобразователь наклономера содержит четыре неподвижные пластины 5 (электроды), установленные в корпусе б и расположенные внутри полого конуса так, что между ними и конической поверхностью груза создается равномерный малый зазор. Пластины емкостного преобразователя связаны через переключающееустройство 7 с высокочастотным перестраиваемым генфатором 8. Измерительная схема и схема управления содержит частотомер 9, блок 10 управления, блок 11 времени, транскриптор 12 и записывающее устройство 13. Наклономер работает следующим образом. При наклонах корпуса четыре измеритель ные емкости, образованные неподвижными пластинами 5 и грузом 1, меняют свою величину. Каждая из них с помощью переключающего устройства 7 поочередно включается в контур перестраиваемого высокочастотного генератора 8, частоты которого измеряются частотомером 9 и с помощью транскриптора 12 и записывающего устройства 13 регистрируются. Управление переключающим устройством 7 осуществляется дистанционно от блока 10 управления, связанного с блоком 11 времени, задающим частоту опроса. Один измерительный цикл сводится к получению значений четырех частот, соответствующих включению в контур генератора измерительных емкостей преобразователя. Величины разностей частот, соответствующих двух парам противолежащих измерительных емкостей, несут информацию о наклоне земной поверхности соответственно по двум осям координат. Результаты испытаний показывают, что крутизна преобразования наклоно.мера составляет Ю Гц/угл. с при динамическом диапазоне в 120 дБ. Максимальный измеряемый угол при отклонении от линейной характеристики не более 0,1% составляет ЗУ гл. мин. Температурный коэффициент имеет величину не более 0,001 угл. с/град. Преимущество наклономера по сравнению с известными заключается в повыщении точности измерений, долговременной стабильности наклономера и расщирении его эксплуатационных возможностей. Формула изобретения 1.Двухкоординатный наклономер, содержащий корпус, помещенный в нем маятник в виде подвещенного на нити груза, несколько сегментовидных электродов, изогнутых по образующей груза и составляющих вместе с ним емкостной преобразователь, и измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью уменьщения погрещности измерений при длительных наблюдениях и расщирения эксплуатационных возможностей, он снабжен высокочастотным перестраиваемым генератором, в колебательный контур которого через дистанционно управляемое переключающее устройство включен емкостной преобразователь, а груз маятника -выполнен ввиде пустотелого усеченного конуса, подвешенного с возможностью изменения длины подвеса. 2. Наклономер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве переключающего устройства использовано высокочастотное поляризованное реле. Источники информации, Принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 256292, кл. G 01 С 9/16, 24.07.68. 2.Авторское свидетельство СССР № 601565, кл. G 01 С 9/12, 16.03.76. 3.Патент ФРГ № 1262618, кл. 42 С 25/01, 1968. 4.Авторское свидетельство СССР № 592225, кл. G 01 С 9/12, 26.01.76 (прототип).