Устройство для измерения угла отклонения от вертикали Советский патент 1982 года по МПК G01C9/06 

(5) УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ от ВЕРТИКАЛИ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения углов отклонения объектов от вертикали. По основному авт. св. № 838337 известно устройство для измерения угла отклонения от вертикали, которое содержит корпус, маятник, состоящий из штанги, выполненный в виде биморфного пьезокерамического кристалла и груза, струны, усилители возбуждения колебаний струн и блок сравнения 1 J. Недостатком известного устройства является его чувствительность к вибрационному ускорению. Это объясняется тем, что при вибрационных ускорениях на груз маятника начинает действовать инерционная сила, что приводит к возникновению дополнительной погреш ности датчика, так как биморфный пьезокерамический кристалл отрабатывает силы, возникающие как при отклонении датчика на угол oL от вертикали, так и при воздействии вибрационного ускорения. Это равносильно потере чувствительности датчика при измерении угла отклонения от вертикали и, следовательно, уменьшению точ- ности этих измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее корпус, маятник со штангой, выполненный в виде биморфного пьезокерамического кристалла, на одном конце которого закреплен грур, а другой конец жестко соединен с корпусом датчика, усилители возбуждения колебаний струн, выходы которых соединены с входами блока сравнения, выход которого соединен с биморфным пьезокерамическим кристаллом, снабжено последовательно соединенными фильтром высоких частот и дополнительным усилителем, причем вход указанного фильтра соединен с выходом блока сравнения и с одним из внешних электродов биморфного 39 пьезокерамического кристалла, второй : электрод которого-соединен с выходом дополнительного усилителя.. На чертеже показана принципиаль- ная схема устройства. Предлагаемое устройство содержит корпус 1, маятник, состоящий из штанги, выполненной в виде биморфног пьезокерамического кристалла 2 с закрепленным на одном его конце грузом, второй конец кристалла 2 жестко связан с корпусом 1. На грузе 3 маят ника закреплены струны 4 и 5, вторые концы которых закреплены на корпусе 1. Выходы .усилителей 6 и 7 возбуждения колебаний струн соединены с входами блока 8 сравнения, выход которого соединен с внешним электродом 9 биморфного пьезокерамического крис талла 2 и с входом фильтра 10 высоких частот, вход которого через усилитель 11 соединен с внешним электро дом 12 биморфного пьезокерамического кристалла 2. Устройство работает следующим образом. При отклонении корпуса 1 от вертикали на угол о1 возникает сила, рав ная нормальной составляющей силы тяжести F Psind, где Р - сила тяжес ти груза 3 маятника, пытающаяся изогнуть штангу, выполненную в виде биморфного пьезокерамического кристалла 2, При этбм собственные частоты струн 4 и 5 начинают изменяться,, соответственно изменяются частоты сигналов с усилителей 6 и 7. На выходе блока 8 сравнения появляется напряжение. Выходной сигнал с блока 8 срае нения не проходит через фильтр 10 вы соких частот с полосой пропускания f 0,1 Гц, а поступает сразу на внеш ний электрод 9 биморфного пьезокерамичзского кристалла 2. Под действием напряжения биморфный пьезокерамический кристалл 2 воздействует на груз 3, компенсируя силу, возникающую при отклонении корпуса 1 устройства от вертикали. Таким образом, при компенсации нормальной к оси кристалла составляющей силь тяжести F в работе задействован только один внешний электрод 9 При этом сигнал с блока 8 сравнения, поступающий на внешний электрод 9, является аналогом угла и служит выходным сигналом. При возникновении вибрационного ускорения а на груз 3 действует инерционная сила Р - та, пытающаяся изогнуть штангу маятника выполненную в виде биморфного пьезокерамического кристалла 2, в направлении, противоположном ускорению а. Собственные частоты струн 4 и 5 изменяются и на выходе блока 8 сравнения появляется напряжение. Сигнал с выхода блока 8 сравнения через фильтр 10 высоких частот и усилитель 11 с коэффициентом усиления К поступает на внешний электрод 12 биморфного пьезокерамического кристалла 2. Под действием напряжения биморфный пьезокерамический кристалл 2 воздействует на груз 3 и компенсирует инерционную силу FQ., На внешний электрод 9 биморфного пье.зокерамического кристалла 2 с выхода блока 8 сравнения поступает напряжение в К раз меньше по сравнению с напряжением на внешнем электроде 1 2 биморфного пьезокерамического кристалла 2, поэтому в компенсации инерционной силы р2 принимает участие только внешний электрод 12. При, этом сигнал с усилителя 11, поступающий на электрод 12, компенсирует поггрешность, возникающую под действием вибрационного ускорения и. taким образом, при одновременном отклонении устройства от вертикали на угол d и воздействии вибрационного ускорения биморфный пьезокерамический кристалл 2 компенсирует нормальную составляющую силы тяжести Р посредством воздействия сигнала, поступающе-. го Только на внешний электрод 9, и инерционную силу Рл посредством сигнала, поступающего только на внешний электрод 12. Предлагаемое устройство для измерения угла отклонения от вертикали отличается от известного тем, что сигнал, являющийся аналогом угла откло- нения от ве;этикали, поступающий на один из внешних электродов и вызывающий компенсацию нормальной составляющей силы тяжести, не содержит в себе погрешности, связанной с возникновением вибрационного ускорения, так как она компенсируется вторым внеш-ним электродом биморфного пьезокерамического кристалла. Это обстоятельство позволяет также использовать весь диапазон измерения управляющего сигнала для измерения толькоугла отклонения от вертикали. . Устройство для измерения угла отклонения от вертикали с компенсацией