Датчик угла наклона объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях Советский патент 1982 года по МПК G01C9/14 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к приборам для измерения углов наклона сооружений или грунта при воздействии возмущений, вызываемых взрывом или землетрясением. Известно, что при землетрясениях и взрывных в грунте, последний и заглубленные в нем сооружения приходят в движение, которое может происходить после взрыва в течение сравни тельно длительного промежутка времени. Одним из параметров этого дви жения является угол наклона грунта или сооружения относительно вертикали. По основному авт.св. № известен датчик угла наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, содержащий основание с опорными стой ками, чувствительный элемент в виде маятника на подвеске, выполненной на шарнирной крестовине, на взаимно пер пендикулярных осях которой жестко за креплены стрелки, несущие на своих концах ферромагнитные сердечники преобразователей перемещения, а их катушки индуктивности размещены непосредственно на маятнике для измерения угла наклбна по одной компоненте и на опорных стойках шарнирной крестовины - для измерения угла наклона по другой компоненте. Парные стрелки имеют разную длину, благодаря чему, в сочетании с параметрами катушек индуктивности, -увеличивают диапазон линейности характеристик датчика, что обеспечивает требуемую точность во всем диапазоне измерений. В нерабочем состоянии маятник застопорен электромагнитным стопором. Для обеспечения демпфирования нижняя часть маятника погружена в ванну с жидкостью. Перед измерениями датчики калибруют в лабораторных условиях, т.е. определяют чувствительность, диапазон измерений, линейность характеристик. В процессе калибровки маятник датчика отклоняют в одну и другую стороны на определенные углы в заданном интервале до максимально допустимого и снимают при этом сигнал с преобразователей. По, полученным данным строят график зависимости величины сигнала от угла отклонения маятника. Перед измерениями корпус датчика скрепляют с объектом измерений при помощи цементного раствора. после измерений запись сигнала с дат чика сравнивают с калибровочным графиком и на основании этого судят о величине угла наклона объекта. После измерений датчик снимают с сооружения) и отправляют в лабораторию для проверки работоспособности и новой калибровки, так как после воздействия на датчик больших перегрузок (до 80 д), имеющихся при производстве взрывов, могут происходить нарушения трудоспособности прибора и измениться калибровочные характеристики. После калибровки в лаборато рии датчик снова доставляют к объект измерений и скрепляют с ним, обращая при этом способе внимание на установ ку маятника без отклонения от вертикальной оси, т.е. в положение, при котором сигнал с преобразователей равен нулю 1 . С учетом того, что мощные взрывы проводятся в полевых условиях, отдаленных от лабораторий на значительны расстояния, операции по калибровке датчиков, подвергнутых сейсмическому воздействию, являются трудоемкими, требуют траты времени на их транспор тировку в лабораторию и обратно и на установку, что создает неудобства и усложняет эксплуатацию датчиков при многократном их использовании. Кроме того, при закреплении датчика на объекте возникают трудности и неудоб ства при установке его строго вертикально, т.е. так, чтобы преобразователи находились в нулевом положении. Цель изобретения - упрощение эксп луатации при многократном использовании датчика. Поставленная цель достигается тем что датчик дополнительно снабжен жес кой рамой, имеющей в нижней части сферическую опору для основания датчика, а в верхней части два стержня, расположенные под углом 90° и снабженные шарнирамии резьбовыми концами, ввинченными в поворотные гайки, цапфы которых установлена в вилках двуплечегоi рычага, связанного с верхним основанием корпуса датчика по вертикальной оси, причем в средней части рамы установлены под углом 90 два измерителя перемещения. При этом сферическая опора на реме позволяет производить наклон корпуса датчика относительно вертикали. Стержни с шаровыми опорами обеспечи- вают плавный наклон корпуса датчика на заданные углы в двух плоскостях, а измерители перемещения - контроль угла наклона корпуса относительно вертикальной оси. На фиг. 1 изображен датчик, общий вид на фиг. 2 - вид А на фиг.1} на фиг. 3 - вид сверхуV на фиг. 4 узел I на фиг. 3. Датчик содержит маятник 1, подвешенный на шарнирной крестовине 2, которая осью, перпендикулярной к оси подвеса маятника, закреплена в подшипниках стоек 3- Стойки жестко закреплены на основании t. На осях крестовины жестко закреплены парные стрелки 5, несущие на своих концах ферромагнитные сердечники 6, взаимодействующие с катушками 7 индуктивности преобразователей перемещения в электрический сигнал. Парные стрелки имеют разную длину. В нерабочем положении маятник фиксирован стопором 8 с электромагнит ным приводом 9. Выводы от приводов катушек преобразователей и электромагнита заведены на штепсельный разъем 10, который кабелем соединяется с регистрирующей аппаратурой. Датчик снабжен рамой, состоящей из трех вертикальных стоек 11 в виде швеллеров, соединенных в верхней и нижней части пластины 12. Две стойки расположены напротив друг друга, а третья под углом 90° к ним. С внутренней стороны нижнего основания находится опора 13 со сферической поверхностью, с которой сопрягается втулка 1 с внутренней сферой, закрепленная на основании корпуса датчика. В верхней части двух стоек установлены под углом 90°два винта 15, которые имеют в средней части шаровую поверхность 16, лежащую в соответствующих втулках 17, закрепленных на стойках. Внутренние концы винтов ввернуты в поворотные гайки 18, цапфы которых находятся в отверстиях двуплечего рычага 19, соединенного с верхней частью корпуса датчика. Такое выполнение винтов и сочленений позволяет плавно отклонять корпус датчика в двух, плоскостях относительно вертикали на тре- 5 буемые углы во всем диапазоне измеряемых углов, при этом исключается возможность заклиниваний подвижных соединений и деформация деталей.10

Для контроля за величиной откло- , нения корпуса на стойках установлены перпендикулярно друг другу два индикатора 20 часового типа, ножки которых упираются в корпус датчика. 15 Зная плечо от точки поворота корпуса до ножки индикатора, легко определить величину перемещения корпуса датчика и угол его наклона. Для обеспечения демпфирования нижняя часть 20 маятника снабжена лопастями 21, которые помещены в ванну 22 с жидкостью.

С целью уменьшения момента трения подвеска маятника и крестовины выполнены на подшипниках качения повышен- is ной точности. Рама с датчиком закрепляется на сооружении цементным раствором. При этом непосредственно к объекту крепится только рама, поэтому в данном случае нет необходимости 30 следить за ее строго вертикальной установкой. После отвердения раствора датчик выставляют в строго вертикальное положение при помощи винтов 15.35

При наклонах сооружения, а следовательно рамы с корпусом датчика относительно вертикальной оси, на тот же угол наклонится и крестовина, а вместе с ней и жестко закрепленные ю на ее оси парные стрелки, несущие ферромагнитные сердечники.

Маятник 1, подвешенный на оси крестовины, будет сохранять свое вертикальное положение, а следовательно, отно-45 сительное расположение сердечника 6 и катушек 7 индуктивности преобразователя перемещения в электрический сигнал изменится, что определит угол поворота массива грунта или объекта, у относительно оси X.

При наклоне рамы с корпусом датчика в другой плоскости относительно оси У на тот же угол отклонится основание с опорными стойками 3, а „ парные стрелки, закреплённые на оси крестовины, будут оставаться в плоскости У, следовательно, изменится взаимное расположение катушек и;-сердечника, что определит угол поворота относительно оси У.

Перед каждым поворотом измерением следует проверять калибровку датчиков. При этом конструкция датчика поволяет проводить эту операцию непосредственно на месте измерений, не отправляя датчики в лабораторию и не снимая их с сооружения. Для калибровки отклоняют корпус датчика при помощи одного из винтов 15 от нулевого положения в одну и другую сторону от оси X. При этом контролируют угол отклонения по индикатору 20 и регистрируют получаемый при этЬм сигнал с преобразователей. Зачтем отклоняют корпус датчика по оси У и также регистрируют получаемый сигнал. По полученным данным строят новый калибровочной график, с которым сравнивают сигнал, регистрируемый при следующем опыте.

Предлагаемый датчик обеспечивает улучшение условий его эксплуатации при многократном использовании, а также значительное сокращение времени на установку на сооружении и его калибровку.

Технические характеристики предлагаемого датчика: максимально измеряемые углы i 30° в двух взаимно перпендикулярных плоскостях-, точность измерений 20 , устойчивость к перегрузкам до 80 д.

Формула изобретения

Датчик угла наклона в двух взаимно перпендикулярных плоскостях по авт.св. № , отличающийся тем, что, с целью упрощения эксплуатации при многократном использовании датчика, он дополнительно снабжен жесткой рамой, имеющей в нижней части сферическую опору для основания датчика, а в верхней части два стержня, расположенные под углом 90 и снабженные шаровыми шаряирами и резьбовыми концами, ввинченными в поворотные гайки, цапфы которых установлены в вилках двуплече-го рычага, связанного с верхним основанием корпуса датчика по вертикальной оси, причем в средней части рамы установлены подуглом 90° два измерителя перемещения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № , кл. G 01 С 9/1+,25.11.77.