Преобразователь углов наклона объекта (его варианты) Советский патент 1983 года по МПК G01C9/06 

{5)

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВ .НАКЛОНА ОБЪЕКТА (ЕГО .ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к областм ; контрольно-измерительной техники и,может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для измерения наклона объектов относительно горизонта.

Известны контактные преобразователи углов наклона, позволяющие проводить скаларные измерения изменения углов наклона объекта относительно ю горизонта. Чувствительным элементом в этом преобразователе является шар, перемещаюи ийся внутри полусферы и замыкающий при этом контактные пластинки , расположенные на полусфере D. is

Недостатком таких преобразователей является низкие чувствительность и надежность измерений.

Известен пространственный сигна- 20 лизатор угла наклона, содержащий маятниковый чувствительный элемент в виде металлического шара, рассеивающего электромагнитную энергию и уменьшающего коэффициент взаимоиндукции между контурной катушкой и катушкой обратной связи, включанных в цепь автогенератора.

Недостатком данного преобразователя является низкая его чувствительг ность и точность измерения. Это объясняется тем, что маятниковый .чувствительный элемент перемещается в резко различающихся по своей однородности и интенсивности электромагнитных полях.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения измерения углов наклона объекта, в котором маятник из ферромагнитного материала размещен внутри обмотки катушки индуктивного преобразователя, включенной в цепь измерительного автогенератора 2 .

Недостатком преобразователя является невозможность измерений с его помощью -скалярных изменений углов наклона объекта относительно горизонта. 3 ЭЭ Целью изобретения является высокоточное измерение скалярного изменения углов наклона объекта относительно горизонта. Указанная цель достигается тем, что в преобразователе углов наклона объекта по первому варианту, содержащем корпус, маятник в виде металлического шара, расположенный внутри каркаса цилиндрической катушки индуктивности и укрепленный в каркасе на шарикоподшипниковых опорах, причем катушка индуктивности включена в цепь высокочастотного измерительного автогенератора, одна из торцовых сторон каркаса катушки индуктивности укреплена в основании корпуса так, что осевая направляющая катушки индуктивности перпендикулярна поверхности основания корпуса преобразователя, а маятник подвешен на нити, другой конец которой укреплен в центре второй торцевой стороны каркаса катушки индуктивности, при этом кратчайшее расстояние от внутренней поверхности каркаса катушки индуктивности до поверхности шара определяется максимально измеряемым углом наклона, причем центр шара совпадает с серединой осевой длины катушки индуктивности, а осевая длина катушки индуктивности связана с диаметром шара соотношением 2 ОшВ преобразователе углов наклона объекта по второму варианту, содержащем корпус, маятник в виде металли ческого цилиндра, расположенный внут ри каркаса цилиндрической катушки ин дуктивности и укрепленный в каркасе на шарикоподшипниковых опорах, причем катушка индуктивности включена в цепь высокочастотного измерительного аЕ(тогенератора, в котором одна из торцовых сторон каркаса катушки индуктивности укреплена в основании корпуса так, что осевая направляющая катушки индуктивности перпендикулярн поверхности основания корпуса прёЪбразователя, а середина одной из торцовых поверхностей цилиндрического маятника прикреплена к нити, другой конец которой укреплен в центре второй торцовой стороны каркаса катушки индуктивности, при этом расстояние о внутренней поверхности каркаса катуш ки индуктивнос ги до нижней части боковой поверхности цилиндра определяе ся максимально измеряемым углом наклона, причем середины осевых длин цилиндра и катушки индуктивности совадают друг с другом, а осевая длина катушки индуктивности связана с осевой длиной цилиндра соотноше 1ием е.2 с. На фиг,1 изображена принципиальная схема конструкции преобразователя с аровым маятником, вид сбоку; на фиг.2 - то же, вид сверху; на фиг.З изображена принципиальная схема конструкции преобразователя с цилиндрическим маятником, вид сбоку; на фиг. же, вид сверху; на фиг.5 изображена блок-схема электронного измерительного преобразователя, в цепь которого включены предлагаемые преобразователи углов наклона; на фиг.6 даны математические соотношения, описывающие взаимодействие шарового маятника с электромагнитным полем катушки индуктивности. Преобразователь (фиг.1 и 2 ) содержит основание корпуса 1, в котором укреплена одна из торцовых сторон каркаса 2 цилиндрической катушки индуктивности 3 так, что осевая направляющая Х-Х катушки индуктивности 3 перпендикулярна поверхности основания корпуса 1 преобразователя. Маятник k в виде металлического шара подвешен на нити 5, другой конец которой укреплен в центре Р второй торцовой стороны каркаса 2 катушки индуктивности 3 на опорной пластине 6, расположенной на каркасе 2 катушки индуктивности 3. Расстояйие d от внутренней поверхности каркаса 2 катушки индуктивности 3 до поверхности шара определяется максимально измеряемым углом наклона. Центр О шара k совпадает с серединой осевой длины | катушки индуктивности 3. Осевая длина к катушки индуктивности 3 связана с диаметром D шара k соотношением 1к , 2 Ощ. Преобразователь (фиг.З и k) содержит основание корпуса 1, в котором укреплена одна из торцовых сторон-каркаса 2 цилиндрической катушки индуктивности 3 так, что осевая направляющая Х-Х катушки индуктивности 3 перпендикулярна поверхности основания корпуса 1 преобразователя. Маятник 7 в виде металлического цилиндра подвешен на нити 5. другой конец которой укреплен в центре Р второй торцовой стороны каркаса 2 катушки индуктивности 3 на опорной пластине 6,

5Э

расположенной на каркасе 2 катушки индуктивности 3Катушка индуктивности 3 включена в задающий колебательный контур управляемого высокочастотного автогенератора 8, являющегося составной, частью электронного измерительного преобразователя (фиг.5). Опорный тогенератор 9 и управляемый автогенератор 8 через схему 10 смешения-частот, фильтр 11 нижних частот и усилитель-формирователь 12 подключены к частотомеру 13Преобразователь углов наклона (1 и 2) работает следующим образом (принцип работы обоих преобразователей одинаков).

В горизонтальном положении преобразователя (угол наклона V 0) центр О шара совпадает с серединой осевой длины катушки индуктивности 3При этом выходная частота f-j управляемого высокочастотного автогенератора 8 равна выходной частоте f2 опорного автогенератора 9- Вычитая эти частоты в блок-схеме (фиг.5), получаем на индкаторе частотомера 13 нулевое значение частоты, соответствующее горизонтальному положению преобразователя углов наклона (переходя от сферической системы координат к цилиндрической, можно получить выражения для цилиндрического маятника).

При наклоне объекта в любую из сторон относительно горизонта происходит, уменьшение импеданса катушки индуктивности, определяемое в соответствии с выражением(фиг.б). При этом происходит увеличение выходной частоты f управляемого автогенератора 8. Вычитая частоты f и f« автогенераторов 8 и 9, получаем на индикаторе частотомера 13 частоты, соотвествующие определенному углу наклона объекта относительно горизонта.

Экспериментальные исследования подтвердили возможность измерения

скалярных изменений углов наклона.

Технико-экономический эффект от применения предлагаемого преобразователя углов наклона заключается в простоте конструктивного исполнения преобразбвателя, высокой точности и чувствительности проводимых с его помощью измерений скалярных изменени углов наклона объектов.

6

Формула изобретения

в каркасе на шарикоподшипниковых опорах, причем катушка индуктивности включена . в цепь высокочастотного измерительного автогенератора, отличающийся тем, что, с целью высокоточного измерения скалярного изменения углов наклона объекта относительно горизонта, в нем одна из торцовых сторон каркаса катушки индуктивности укреплена в основании корпуса так, что осевая направляющая катушки индуктивности перпендикулярна -поверхности основания корпуса преобразователя, а маятник подвешен на нити, другой конец которой укреплен в центре второй торцовой стороны каркаса катушки индуктивности, при этом кратчайшее расстояние от внутренней поверхности каркаса катушки индуктивности до поверхности шара определяется максимально измеряемым углом наклона, причем центр шара совпадает с серединой осевой длины катушки индуктивности, а осевая длина катушки индуктивности не менее двух диаметров шара.

Фег 9 8 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 221329, кл. G 01 С 9/12, 01.02.71 2., Авторское свидетельство СССР № 563866, кл. G 01 С 9/12, 02.05.73 (прототип).

Фог. г

/

фуг.