Дифференциальный индуктивно-емкостный преобразователь углов наклона (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01C9/06 

(5) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ИНДУКТИВНО-ЕМКОСТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВ НАКЛОНА (ЕГО ВАРИАНТЫ) 1. Изобретение относится к измеритель ной технике, в частности -к устройствам для измерения углов наклона объек та относительно горизонта. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является дифференциальный емкостный преобразователь углов наклона объекта относительно горизонта, состоящий из трех плоских маятников, образующих электроды преоб разователя. В нем все три электрода размещены на майтниках, причем центр тяжести среднего маятника находится «ижеего оси опоры, расположенной Via высоте, меньшей половины расстояния от основания корпуса до осей опор боковых маятников. Наиболее высокочувствительные из.мерения осуществляют включением данного дифференциального емкостного преобразователя в колебательный LC-контур высокочастотного автогенератора Cl Недостатком известного преобразователя углов наклона является относительно низкая чувствительность измерения углов наклона. Это объясняется тем, что в колебательном LC-контуре чувствительной к углу наклона является только емкость преобразователя, в то время как индуктивность контура не претерпевает изменений. Кроме того, щ конструкции известного дифференциального емкостного преобразователя практически не используется в качестве информативного объема пространство, Занимаемое грузом, прикрепле нным к нижней части среднего маятника, что также является фактором, не позволяющим получить максимально возможную чувствительность измерения углов наклона объектов по отношению к объему, занимаемому конструкцией дифференциального емкостного преобразователя. Целью изобретения является увелиение чувствительности измерения уг399лов .наклона объектов без увеличения его габаритов. Указанная цель достигается тем, что в дифференциальном емкостном преобразователе углов наклона, по пе вому варианту, содержащем корпус и электроды, включенные в задающие колебательные контуры высокочастотных LC-автогенераторов,. причем боковые электроды размещены на маятниках, а центр тяжести среднего электродамаятника находится ниже его оси опоры, расположенной на высоте, меньшей половины расстояния от основания кор пуса до осей опор боковых маятников, на нижних гранях боковых электродов размещены катушки индуктивности прямоугольной формы, торцевые поверхнос ти которых параллельны поверхностям электродов, а нижний груз среднего электрода выполнен в виде взаимодействующего с катушками индуктивности прямоугольного параллелепипеда, изготовленного из электропроводящего материала, две боковые грани которого параллельные торцевым поверхностям катушек индуктивности, причем при изготовлении прямоугольного параллелепипеда из ферромагнитного материала каждый боковой электрод с размещенной на нем катушкой индуктивности образует отдельный задающий колебательный контур высокочастотного LC-автогенератора, а при изготовлении прямоугольного параллелепипеда из немагнитного матеоиала отдельный задающий колебательный контур высокочастотного 1С автогенератора образует боковой электрод с катушкой индуктивности, размещенной на другом боковом электроде. В дифференциальном емкостном преобразователе углов наклона, по второму варианту, содержащем корпус и электроды, включенные в задающие колебательные контуры высокочастотных LC-автогенераторов. причем боковые электроды размещены на маятниках, а центр тяжести среднего электрода маятника находится ниже его оси опоры, расположенной на высоте, меньшей половины расстояния от основания кор пуса до осей опор боковых маятников, нижний груз среднего электрода выпол нен в виде двух параллельно распрложенных друг относительно друга катушек индуктивности прямоугольной форм торцевые поверхности которых парал4лельны поверхностям среднего электрода и боковым поверхностям прямоугольных параллелепипедов, изготовленных из электропроводящего материала и имеющих размеры торцевых поверхностей, равные размерам торцевых поверхностей внутренних окон каркасов катушек индуктивности, при этом прямоугольные параллелепипеды размещены на нижних гранях боковых электродов так, что каждый из них сдвинут на боковых электродах друг относительно друга на расстояние, равное торцевой поверхности катушки индуктивности, причем при изготовлении прямоугольных параллелепипедов из ферромагнитного материала отдельный задающий колебательный контур-высокочастотного LC- , автогенератора образует катушка индуктивности и боковой электрод с размещенным напротив катушки индуктивности, прямоугольным параллелепипедом, а при изготовлении прямоугольных параллелепипедов из немагнитного мате-, риала отдельный задающий колебательный контур высокочастотного LC-автогенератора образует катушка индуктивности и боковой электрод с прямоугольным параллелепипедом, сдвинутым на боковом электроде относительно катушки индуктивности на расстояние, равное торцевой поверхности катушки индуктивности. На фиг.1 изображена принципиальная схема конструкции дифференциального индуктивно-емкостного преобразователя углов наклона объекта с катушками индуктивности, расположенными на нижних гранях боковых электродов; на фиг.2 - принципиальная схема конструкции дифференциального индуктивно-емкостного преобразователя углов наклона объектов с катушками индуктивности, применяемыми в качестве нижнего груза среднего электрода; на фиг.З изображена блок-схема электронного измерительного преобразователя. Преобразователь по первому варианту содержит корпус 1, внутри которого установлены три плоских емкостных электрода 2, 3 и k, прикрепленные к трех параллельным опорам 5, 6 и 7. На нижних гранях боковых электродов 2 и h размещены катушки индуктивности 8 и 9 прямоугольной формы. Торцевые поверхности катушек индуктивности параллельны пЬверхностям боковых электродов. Нижний груз среднего электрода 3 выполнен в виде взаимодействующего с катушками индуктивности 8 и 9 прямоугольного параллелепипеда 10, изготовленного из электропроводящего материала. Боковые поверхности прямоугольного параллелепипеда, обращенные в катушкам индуктивности, параллельны торцевым поверхностям катушек индуктивности.

Преобразователь по второму варианту содержит корпус 1, идентичный корпусу преобразователя (фиг.1), а также установленные внутри корпуса три плоских емкостных электрода 2,. 3 и Л, прикрепленные к трех параллельным опорам 5, 6 и 7- На нижних гранях боковых электродов 2 и Ц размещены прямоугольные параллелепипеды П и 12, изготовленные из электропроводящего материала. Нижний груз среднего электрода 3 выполнен в виде двух параллельно расположенных друг относительно друга катушек индуктивности 13 и 1 прямоуголной формы. Торцевые поверхности катушек индуктивности 13 и 1 параллельны поверхностям среднего электрода 3 и боковым поверхностям прямоугольных.параллелепипедов 11 и 12. Размеры торцевых поверхностей прямоугольных параллелепипедов 11 и 12, обращенных в катушкам индуктивности 13 и Н, равны торцевым поверхностям внутренних окон каркасов 15 и 1б катушек индуктивностей 13 и 14. Прямоугольные параллелепипеды 11 и 12 размещены на нижних гранях боковых электродов 2 н k так, что каждый из них сдвинут на боковых электродах друг относительно друга на расстояние, равное торцевой поверхности катушки индуктивности. При этом торцевая поверхность прямоугольного параллелепипеда 11 расположена напротив торцевой поверхности внутреннего окна каркаса 15 катушки индуктивности 13, а торцевая поверхность прямоугольного параллелепипеда 12 расположена напротив торцевой поверхности внутреннего окна каркаса 16 катушки индуктивности 14.

I ,

В случае изготовления прямоугольных параллелепипедов 10, 11 и 12 из ферромагнитного материала емкость конденсатора С1 можду электродами 2 и 3 и индуктивность L1 катушки индуктивности 8 в конструкции преобразователя, изображенного на фиг.1, или индуктивность L3 катушки индуктивности 13 в конструкции преобразователя, изображенного на фиг. 2, образуют отдельный задающий колебательный контур, включаемый в цепь высокочастотного LC-автогенератора 17- Емкость конденсатора С2 между электродами 3 и 4 и индуктивность L2 ка- . тушки индуктивности 9 в конструкции преобразователя, изображенного на фиг.1, или индуктивность L4 катушки индуктивности 14 в конструкции преобразователя, изображенного на фиг.2, образуют другой отдельный задающий колебательный контур, включаемый в цепь высокочастотного LC-автогенератора 18..

В случае изготовления прямоугольных параллелепипедов 10, 11 и 12 из немагнитного материала отдельный задающий колебательный контур высокочастотного LC-автогенератора 17 образует емкость конденсатора С1 между электродами 2 и 3 и индуктивность 12 катушки индуктивности 9 или индуктивность L4 катушки индуктивности 14. Другой отдельный задающий колебателы ный контур высокочастотного LC-автогенератора 18 образует емкость конденсатора 02 между электродами 3 и 4 и индуктивность L1 катушки индуктивности 8 или индуктивность 3 катушки индуктивности 13- Высокочастотные LC-автогенераторы 17 и 18 образуют дифференциальную схему измерения Выходы высокочастотных LC-автогенераторов 17 и 18 присоединены к смесителю 19, выход которого через фильтр нижних частот 20, усилитель-ограничитель 21 присоединен к электронному частотомеру 22, индицирующему разностную частоту высокочастотных LC-автогенераторов 17 и 18, представляющую собой информацию рб угле наклона измеряемого объекта относительно горизонта.

Принцип работы дифференциальных индуктивно-емкостных преобразователей, изображенных на фиг.1 и фиг.2 одинаков. Поэтому рассмотрим принцип работы преобразователя по первому варианту для случаев изготовления прямоугольного параллелепипеда 10 из ферромагнитного и немагнитного материалов.

Дифференциальный индуктивно-емкостный преобразователь в случае изготовления прямоугольного параллелепипеда 10 из ферромагнитного материала работает следующим образом. 999 электродами 3 и /t .и индуктивность L1 будут при этом иметь минимальные значения. Частота генератора 17 с контуром L2C1 будет минимальной, т.е. , ffniri частота генератора 18 с контуром 1 С2 будет максимальной, т.е f. Преобразовывая эти частоты ПО блок-схеме (фиг.З), получим на индикаторе частотомера 22 максимальную разностную частоту генераторов 17 и 18, соответствущую максимальному углу наклона преобразователя. Наклон преобразователя в левую сторону вызовет обратное идентичное изменение параметров емкостей и индуктивностей дифференциального индуктивно-емкостного преобразователя углов наклона объектов. . Физический принцип работы дифференциального индуктивно-емкостного . преобразователя по.второму варианту (фиг.2) идентичен принципу работы преобразователя по первому варианту (фиг.1). Исследования экспериментальных об разцов дифференциальных индуктивноемкостных преобразователей углов наклона подтвердили возможность значительного увеличения чувствительности измерения углов наклона объектов без увеличения гаСзритов предлагаемого преобразователя по сравнению с конструкцией известного дифференциально го емкостного преобразователя. В раз работанных конструкциях дифференциал ных индуктивно-емкостных преобразова телей получена чувствительность 6.5кГц/с на частоте МГц, в то время как чувствительность конструкции известного преобразователя равна 3.6кГц/с. Технико-экрномический эффект изоб ретения заключается в значительном увеличении чувствительности проводимых измерений углов наклона объекта без увеличения габаритов конструкции преобразователя. Формула изобретения 1. Дифференциальный индуктивноемкостный преобразователь углов накл на, содержащий корпус и электроды, включенные в задающие колебательные контуры высокочастотных LC-автогенераторов, причем боковые электроды разме1чены на маятниках,а центр тяжести среднего электрода-маятника находится ниже его оси опоры, расположенной на высоте, меньшей половины расстояния от основания корпуса до осей опор боковыхмаятников, отличающийся тем, что, с цепью увеличения чувствительности измерения без увеличения габаритов преобразователя, на нижних гранях боковых электродов размещены катушки индуктивности прямоугольной формы, торцевые поверхности которых параллельны поверхностям электродов, а нижний груз среднего электрода выполнен 8 виде взаимодействующего с катушками индуктивности прямоугольного параллелепипеда, изготовленного из ферромагнитного материала, две боковые грани которого параллельны торцевым поверхностям катушек индуктивности, причем каждый боковой электрод с размещенной на нем катушкой индуктивности образует отдельный задающий колебательный контур высокочастотного LC-автогенератора. 2.Преобразователь по п,1, о т личающийся тем, что прямоугольный параллелепипед выполнен из немагнитного материала, причем отдельный задающий колебательный контур высокочастотного LC-автогенератора образует боковой электрод с катушкой индуктивности, расположенной на другом боковом электроде. 3.Дифференциальный индуктивноемкостный преобразователь углов наклона, содержащий корпус и электроды, включенные в задающие колебательные контуры высокочастотных LC-автогенераторов, причем боковые электроды размещены на маятниках, а центр тяжести среднего электрода-маятника находится ниже его оси опоры, расположенной на высоте, меньшей половины расстояния от основания корпуса до осей опор боковых маятников, отличающийся тем, что, с целью увеличения чуствительности измерения без увеличения габаритов преобразователя, нижний груз среднего электрода выполнен в виде двух параллельно расположенных друг относительно друга катушек индуктивности прямоугольной формы, торцевые поверхности которых параллельны поверхностям среднего электрода и боковым поверхностям прямоугольных параллелепипедов, изготовленных из электропроводящего материала и имеющих размеры торцевых поверхностей, равные торцевых поверхностей внутренних окон каркасов катушек индуктивности, при этом прямоугольные параллелепипеды размещены на нижних гранях боковых электродов так, что каждый из них сдвинут на боковых электродах друг относительно 9 13 друга на расстояние, разное торцевой поверхности катушки индуктивности. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР ff 731288, кл. G 01 С 9/16, 24.12.7 (прототип).

17

f8