Устройство для измерения угла наклона Советский патент 1982 года по МПК G01C9/00 G01C7/04 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

1

Изобретение относится к койтрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для автоматизации процесса нивелирования рельсового пути, и может Найти применение в устройствах для измерения угла в гироскопии, а также в цифровых весах.

Известны устройства для измерения угла Наклона, в которых отсчет показаний маятника снимается с помощью механического сканирующего устройства, преобразующего вращательное движение мерного колеса тележки в возвратно-поступательное движение сканатора. Кроме сканирующего устройства, они содержат маятник, электронную схему управления, счетчик импульсов, щаговый двигатель и самописец 1.

Недостатком данных устройств является Наличие механического сканирующего устройства, которое не позволяет увеличить число отсчетов угла наклона 1 м пути и повысить скорость прокатки прибора. Сканирующее устройство довольно сложно в изготовлении и состоит из кулачка с двумя рабочими ветвями, выполненными по спирали Архимеда с коррекцией за диаметр щарикоподщипНика толкателя, сканатора с площадкой для

фотоприемника и осветителя, направляющей сканатора, в которой установлено шесть шарикоподщипников и возвратной пружины. При симметричном расположении рабочих ветвей кулачка и нулевом наклоне пути отсчеты угла наклона распределяются равномерно, а на больщих углах отсчеты смещаются друг к другу, что ухудщает точность измерейия.

Наиболее близким к предлагаемому по

- технической сущности является устройство, в котором ось маятника расположена над модулирующим диском, установленным на оси церного колеса. По одной дорожке диска выполнено четное количество растровых рещеток, а по другой дорожке по чийлу реще15 ток выполнены щели тактовых импульсов. Расстояние между щелями отличаются друг от друга на две длины растровой рещетки. С другой стороны мерного колеса установлены кулачки и переключатели начальной установки и знака уклона. По сравнению с аналогами число отсчетов углов наклона на 1 м пути увеличивается в 2-3 раза, что позволяет повысить точность измерения путем усреднения отсчета угла наклонаС2. Недостатком известного устройства является то, что модулирующий диск используется неполностью, т. к. между растровыми решетками необходимо оставлять промежутки для переключения каналов счета импульсов. Кроме того, 1|аличие кулачков и переключателей усложняет устройство, снижает надежность (малый ресурс микропереключателей) и не позволяет повысить скорость прокатки прибора. Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции профилографа. Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит корпус тележки с мерным колесом, кодовый диск с тактовой и счетной дорожками, кинематически связанный с мерным колесом, маятник с укрепленным на нем датчиком его положения, датчик тактовых импульсов, RS-триггер, две схемы совпадения, реверсивный счетчик, коммутатор щагового двигателя, щаговый двигатель, причем датчик тактовых импульсов подключен на вход R-триггера, первый выход триггера подключен на первый вход первой схемы совпадения, а выходы обеих схем совпадения соединены через реверсивный счетчик и коммутатор с щаговым двигателем, датчик счетных импульсов жестко связан с корпусом тележки, причем датчик положения маятника подключен к S-входу триггера, второй выход триггера подключен к первому входу второй схемы совпадения, а датчик счетных импульсов подключен ко вторым входам схем совпадения. На фиг. 1 приведены функциональные схемы устройства; на фиг. 2 - положение фотоприемников относительно модулирующего диска при нулевом уклоне прибора; на фиг. 3 - циклограмма работы устройства. На оси 1 мерного колеса (не показано) установлен модулирующий диск 2, изготовленный из оптического стекла, покрытого металлом. Дорожка счетных щелей и дорожка тактовых щелей гравируются либо изготавливаются фотоспособом. Маятник 3 подвещен на оси 4 в щарикоподшипниках, установленных на корпусе прибора над верхним краем диска и снабжен магнитным демпфером. Плоскость качания маятника параллельна плоскости диска. На маятнике против дорожки тактовых щелей установлен датчик положения маятника, состоящий из осветителя 5 и фотоприемника 6. Токоподвод к ним осуществляется безмоментными проводниками. На корпусе прибора против той же дорожки тактовых импульсов установлен датчик тактовых импульсов, состоящий из осветителя 7 и фотоприемника 8. Датчик тактовых импульсов должен быть смещен на (n-f 0,5) интервала между тактовыми щелями относительно датчика положения маятника при нулевом уклоне прибора (где п - целое число от 1 до 12). Датчик счетных импульсов, состоящий из осветителя 9 и фотоприемника 10, может быть установлен на любом месте корпуса прибора против щелей дорожки счетных импульсов. Фотоприемник 6 подключен к S входу RS-триггера 11, фотоприемник 8 подключен к R-входу триггера И. Выходы триггера 11 подключены к первым входам схем 12 и 13 совпадения, ко вторым входам которых подключен фотоприемник 10 датчика счетных импульсов, реверсивный счетчик 14 импульсов, коммутатор 15 щагового двигателя, шаговый двигатель 16. Устройство работает следующим обраПри прокатывании прибора по рельсу диск 2 вращается и делает два оборота на 1 м пути (при длине окружности мерного колеса 0,5 м). Вращение от оси 1 мерного колеса передается также На приводы самописца для протяжки бумажной ленты, пишущей ленты и кулачка падающей скобы (не показаны). При вращении диска датчик счетных импульсов генерирует последовательность счетных импульсов И 10, поступающую на вторые входы схем 12 и 13 совпадения. От второй, тактовой, дорожки генерируется последовательность тактовых импульсов И 18 и отсчетные импульсы положения маятника И 6, поступающие попеременно на входы R и S триггера 11. Если прибор СТОИТ горизонтально и маятник отъюстирован с помощью юстировочнь1х грузов правильно, то на выходах Q и Q триггера 11 импульсы UQ и UQ имеют одинаковую длительность, обе схемы совпадения открываются попеременно на одинаковое время и число импульсов, поступающих на положительные и отрицательные входы (U 12 и и 13 соответственно) реверсивного счетчика 14, является одинаковым. При этом На вход коммутатора щагового двигателя 15 импульсы не поступают, шаговый двигатель 16 и записывающий барабан самописца неподвижны и на ленте печатается прямая линия, параллельная краю ленты. При Наклоне прибора маятник остается в вертикальном положении, а датчик тактовых импульсов смещается вместе с корпусом прибора. Импульсы U8 и U6 смещаются относительно друг друга. При положительном уклоне число импульсов на положительном входе счетчика увеличивается. а на отрицательном уменьшается на ту же величину. В счетчике 14 накапливаются положительные импульсы. Емкость счетчика рассчитывается исходя из числа отсчетов на метре пути, масштаба и дискретности записи превыщений на ленте. Выходные импульсы со счетчика поступают на коммутатор щагового двигателя 15. На каждый выходной импульс ротор щагового двигателя и записывающий барабан поворачиваются на одни шаг. Чем больше угол наклона, тем больше разность импульсов в каждом отсчете. При изменении знака угла наклона количество импульсов в отрицательной пачке становится больше, чем в положительной, и выходные импульсы появляются на другом выходе счетчика 14. Ротор шагового двигателя поворачивается в другую сторону. Разработана методика расчета узлов профилографа. Для пределов измере ния угла ±50% при использовании унифицированного стеклянного диска диаметром 100 мм (лимб от теодолита Т2) и двух оборотах мерного колеса на 1 м пути получено число тактовых щелей 24 (через 15°)f число измерений угла на 1 м пути 48; число счетных щелей 4320 (через 5); длина маятника 111,6 мм; дискретность измерения угла 0,625%; пределы измеряемых углов ±56%. Таким образом, число отсчетов угла наклона 1 м пути значительно больше, чем в аналоге (2-4) и прототипе (8-16), среднее значение угла наклона, полученное из 48 отсчетов, позволяет исключить погрешность измерения, обусловленную коротко периодическими ускорениями прибора при ручной прокатке его по рельсу. Благодаря этому, можно ожидать повышение точности измерений по сравнению с прототипом на 30- 40%. s

уг. / Формула изобретения Устройство для измерения угла наклона, содержашее корпус тележки с мерным колесом, кодовый диск с тактовой и счетной дорожками, кинематически связанный с мерным колесом, маятник с укрепленным на нем датчиком его положения, датчик тактовых импульсов, RS-триггер, две схемы совпадения, реверсивный счетчик импульсов, коммутатор шагового двигателя, шаговый двигатель, причем датчик тактовых импульсов подключен на вход R триггера, первый выход триггера подключен на первый вход первой схемы совпадения, а выходы обеих схем совпадения соединены через реверсив счетчик и коммутатор шагового двигателя с шаговым двигателем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения устройства, в него введен датчик счетных импульсов, жестко связанный с корпусом тележки, причем датчик положения маятника подключен к S-входу триггера, второй выход триггера подключен к первому входу второй схемы совпадения, а датчик счетных импульсов подключен ко вторым входам схем совпадения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 472255 кл. G 01 С 7/04, от 21.10.79. 2.Авторское свидетельство СССР № 2782045/18-10, 24.03.80 (прототип).

VQ

гп