Преобразователь углов наклона Советский патент 1982 года по МПК G01C9/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения углов наклона объектов относительно горизонта.

Известны высокочастотные индуктивные преобразователи углов наклона маятникового типа, принцип действия которых основан на использовании нормальной составлякя ей напряженности электромагнитного поля катушки индуктивного преобразователя, взаимодействующего с поверхностью электропроводящего материала. Данный тип преобразователей углов наклона позволяет проводить высокочувствительные однокоординатные измерения углов наклона. Для измерения углов наклона по другим координатам требуется установка дополнительных преобразователей

Применение высокочастотных индуктивных преобразователей углов наклона маятникового типа, принцип действия которых основан на использовании нормальной составляющей напряженности электромагнитного поля катушки индуктивного преобразователя, для проведения высокочувствительных измерений скалярных изменений углов наклона сложно.

Наиболее близким по технической сущности является техническое решение C2j. Однако оно также не свободно от указанных недостатков и обладает низкой точностью.

Цель изобретения - повышение точности измерения скалярных изменений

10 углов наклона относительно горизонтальной плоскости с помощью высокочастотных индуктивных преобразователей.

Указанная цель достигается тем,

15 что преобразователь углов наклона содержит корпус, измерительный маятник и катушку индуктивности, выполненную в виде соленоида и размещенную внутри корпуса, а корпус выпол20нен из электропроводящего материала в виде конуса, вершина которого и ось катушки индуктивности расположены по одной прямой.

На фиг. 1 изображен предлагаемый

25 преобразователь углов наклона, включенный в электронную сг.ему измерения, общий вид; на фиг.2 - то же, блок-схема.

; Преобразователь угла наклона

30 включает в себя конический корпус 1, изготовленный из электропроводящего материала, внутри которого на измерительном маятнике 2 укреплена соленоидная катушка 3 индуктивности, включаемая в цепь измерительного уп равляющего автогенератора 4. Автогенератор 4 и опорный автогенератор 5 черезсхему б смещения частот, фильтр 7 нижних частот и усилительформирователь 8 подключены к ча;стотомеру 9. в горизонтальном положени т. е. при угле наклона aL О, верши на А конического корпуса 1 и ось 00 соленоидальной катушки индуктивности 3 расположены на одной прямой Угол раскрыва р. конического корпуса 1 определяется максимально измеряемым углом наклона. Преобразователь работает следующим образом. В горизонтальном положении преоб разователя(угол наклона о О ) части боковой поверхности соленоида ной катушки индуктивности расположены на одинаковом расстоянии от внутренней поверхности конического корпуса. Величина индуктивности сол ноидальной катущки 3, получаемая в этом положении, равна величине постоянной индуктивности 2 опорного автогенератора 5. При этом частоты обоих автогенераторов 4 и 5 равны. Вычитая частоты автогенераторов 4 и 5 в блок-схеме, изображенной на фиг. 2, получаем нулевую частоту. При наклоне конического корпуса на угол ot jfO в любом скалярном направлении относительно горизонта происходит одно и то же приближение частей боковой поверхности соленоидальной катушки индуктивности 3 к внутренней поверхности конического корпуса 1. Вещественные и мнимые части тангенциальной составляющей п ля вихревых токов, возбуждаег их соленоидальной катушкой индуктивности в электропроводящем материале конического корпуса, определяются следующими выражениями: I /V . . . c r HdW -йг - ж-татЕ т- ПШ ---(), -кСг-к); 16(К) где К и г; - полные эллиптические интегралы соответственно первого и второго . . - К U-cf)T . Г -KVcj; o cC Где 11 - расстояние между боковой поверхностью соленоидальной катушки индуктивности и внутренней поверхностью конического корпуса/ R - радиус витков соленоидальной катушки индуктивности) j - координата в цилиндрической системе , I - ток катушки; Of - круговая частота этого тока, О - электропроводность материа ла конического корпуса. Формулы записаны для одного витка соленоидальной катушки индукт,ивности. Полагая f const, получим выражение дл приращения ЭДС соленоидальной катуш1{и индуктивности; . а dReHtr . dVi R ar |-х1 сю-жо dfteH-e. dr ciReHr -----Jft. . L- I It dH R w и окончательно: ,,й, где и-(1,ш% коэффициент, зависящий от числа витков соленгбидальной катушки индуктивности и частоты питающего преобразователь тока. i Из выражения для ЭДС соленоидальной катушки индуктивности видно, что ЭДС одинаково Изменяется при наклоне преобразователя относительно горизонтальной плоскости, и ее изменение определяется при постоянстве других входящих в выражение величин только изменением зазора между бЬковой поверхности соленоидальной катушки индуктивности и внутренней поверхностью конического корпуса. При нахождении величины сигнала катушки индуктивности следует учесть, что поле тангенциальной составляющей напряженности вихревых токов векторно складывается с полем тангенциальной составляющей поля в свободном пространстве. Из полученных выражений видно, что отклонение преобразователя в любом направлении от горизонтальной плоскости приводит к уменьшению величины индуктивности соленоидальной катушки. При этом частота управляемого автогенератора станет большей, чем его частота при нулевом значении угла наклона о 0. Вычитая из частоты управляемого автогенератора 4 частоту опорного автогенератора 5, получаем частоту, соответствующую углу наклона преобразователя.

Высокочастотный индуктивный преобразователь углов наклона маятникового типа, принцип работы которого основан на использовании тангенциальной составляющей напряженности электромагнитного поля катушки индуктивности, конструктивно прост в изготовлении, настройке и эксплуатации.

Испытания экспериментального образца преобразователя углов наклона с однослойной соленоидальной катушкой индуктивности величиной L 104,2 мкГн, включенной в контур управляемого автогенератора, работающего при ot О на частоте 2,5 МГц длиной катушки 1 45 мм и длиной нитяного измерительного маятника 1 25 мм, помещенных внутри конического корпуса, изготовленного из меди и имеющего раскрыв f 30°, показали, что преобразователь имеет чувствительность, равную 20 Гц/с в диапазоне изменения угла наклона от О до 30 угловых , что значительно превосходит чувствительност известных контактных и бесконтактных

скалярных преобразователей углов наклона с использованием других методов измерения.

Формула изобретения

Прербразователь углов наклона, содержащий корпус, измерительный маятник и катушку индуктивности, выполненную в виде соленоида и размещенную внутри корпуса, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности скалярных измерений углов наклона, корпус выполнен из электропроводящего материала в виде конуса, вершина которого и ось катушки индуктивности расположены на одной прямой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 243852, кл. G 01 С 9/02, 1969.

2.Авторское свидетельство СССР N 316931, кл. G 01 С 9/06, 1970

Спрототип) .