Устройство для измерения угла отклонения от вертикали

(22) Заявлено 12,03.76 (21) 2344151/1 М. Кл-01 С 9/О с присоединен (23) Приоритет (43) Опублино аявкиосударственный номнтеСовета Мнннстроа СССРоо делам нзооретеннйн открытнй юллетень 21 о 05,0 8. 5468.8) 53) У ата опубликования иия 15,05,78) Заявитель Ленинградский институт авиационного приборостроенияЕРЕНИЯ УГЛА ОТКЛОНЕН определения угемкостцым пре 2 Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения угла отклонения объекта от вертикали,Известны устройства для определения уг.лов отклонения от вертикали, чувствительнь:мэлементом в которых служит ртуть, образующая вместе с металлизированной поверхностью электрод конденсатора, являющегосясоставной частью задающего контура генератора. Изменение объема в сосудах при перемещении ртути изменяет емкость конленсатора, а вместе с тем модулируется частотагенератора. Однако ца точность этих устройств и чувствительность влияет температуравибрация. ,Наличие модуляции и электроннойсхемы для обработки сигнала усложняет кояструкдию устройства 1 ,Известны устройства дляла наклона с одноканальнымобразователем2.Наиболее близким по технической сущности является устройство для измерения углаотклонения от вертикали, содержащее корпус,неподвижный П-образный магнитопровод,на одном конце которого закреплен постоянный магнит с обмоткой возбуждения, к другому консольно прикреплен подвижный электрод магнитопровод, который с неподвижным электродом, выполненным в форме параллелипипеда, образует конденсатор, Боковая грань неподвижного электрода образует с обращенной к ней поверхностью дополнительного электрода конденсатор связи, Неподвижный электрод и электрод конденсатора связи прикреплены к корпусу преобразователя через диэлектрический держатель. Измеряемый электрический заряд от физического источника зарядов подключеп к неподвижному электроду преобра вователя, Электрод конденсатора связи Ъод ключен к входу предусилителя, выход которого присоединен к входу фазового детектора. Выход последнего полключен к йндикатору, Выход ,генератора с самовозбуждением подключен к обмотке возбуждения и фазовому,детектору 31.Емкостцый преобразователь предназначен для преобразования подлежащих измерению постоянных цлц медленно изменяющихся электрических зарядов в переменный ток частоты, равной частоте колебания подвижного электрода на основном тоне, Через конденсатор связи переменный ток подводится кпредусилптелю, выход которого подключен кфазовому детектору, Опорное. напряжение кфазовому детектору подводится от генератора. В диагональ места, образованного фазовым детектором, включается стрелочныйприбор в качестве индикатора.В известных емкостных преабразователях подвижный электрод возбуждается начастоте основного тона, в профиле колебаний которого нет участков с йротивофазнымперемещением, поэтому неподвижный электродимеет плоскую поверхность. Преобразователь лишен воэможности защиты от внешнихмеханических воздействий посредством введения отрицательной обратной связи на частоте помехи, имеет узкий динамический диапазон при измерении переменных зарядов,Однако отмечается низкая чувствитель 20ность вследствие увеличенного расстоянияФмежду электродами конденсатора; повьпцен-.ная восприимчивость к внешним механическимвоздействиям из-.эа отсутствия отрицательнойобратной связи на частоте помехи; узкий динамический частотный диапазон измеряемогосигнала, так как преобразователь работаетна частоте основного тона,Целью изобретения является повышениечувствительности преобразователя, 30Это достигается тем, что устройство снабжено блоком выделения колебаний первогообертона подвижного электрода, фильтром иусилителем основного тона, подключенным кобмотке подавления основного тона, донол- з 5нительно намотанной на постоянном магнитевстречно обмотке возбуждения, а также прикрепленным к неподвижному электроду металлическим треугольным наконечником, тупойугол которого обращен к подвижному электроду с вершиной, отстоящей от его свободного конца на расстоянии .1/Б .рабочей глиныподвижного электрода, причем вход усилителя основного тона и блока выделения коле 1 бания первого бертона подключены к выходу 45предусилителя, а выход блока выделения колебаний первого обертона - к фазовому детектору и генератору.На чертеже приведена принципиальная50схема устройства,Устройство содержит П-образный магнитопровод, на одном конце которого закрепленпостоянный магнит 1 с обмоткой возбуждения 2, к другому концу консольно прикреп 55лен подвижный электрод-магнитопровод 3,Неподвижный электрод 4 емкостного преобразователя снабжен треугольным:наконечником 5, вершина тупого угла:которого обрац;ена к подвижному электроду и отстоит от60его свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины. Неподвижный электрод прикреплен к корпусу преобразователя 6 диэлектрическим держателем 7, Устройство включаетблок 8 выделения колебаний первого обертонаподвижного электрода, фильтр 9 и усилитель10 основного тона, выход которого подключенк обмотке подавления основного тона 11,дополнительно намотанной на постоянный магнит встречно обмотке возбуждения, Вход усилителя основного тона и блока выделения колебаний первого обертона подключены к выходу предусилителя 12, а выход блока вьшеления колебаний первого обертона - к фазовомудетектору 13 и генератору 14. Выход генератора подключен к обмотке возбуждения ифазовому детектору. Выход фазового детектора подключен к индикатору 15,Подвижный и неподвижный электрод,снабженный наконечником треугольной формы, образуют конденсатор, емкость которого изменяется при изменении угла между осью подвижного электрода и нацравлением силы тяжести. Несовпадение направления силы тяжести с осью подвижного электрода приводит к прогибу последнего. Вследствие этого расстояние между электродами конденсатора. является функцией угла наклона подвижного электрода относительно направления силы тяжести. От приложенного напряжения конденсатор заряжается, возникает напряженность электрического поля между пластинами, Подвижный электрод от генератора через обмотку возбуждения приводится в колебательное движение на частоте первого обертона ипоэтому при наличии прогиба емкость конденсатора является функцией времени и угла .наклона. Постоянное электрическое поле преобразуется в переменное, на пластинах конденсатора возникает переменный электрический заряд, который протекая через конденсатор .связи 16, вызывает на входе предусилителя переменное напряжение, амплитуда. и фаза которого является функцией угла наклона подвижного электрода относительно. направления силы тяжести. Консольно закрепленный подвижный электрод подвержен влиянию внешних механических воздействий, под действием которых возникает спектр его собственных колебаний, причем амплитуда основного тона во много раэ больше амплитуды колебания первого обертона. С выхода предусилителя составляющаяосновного тона выделяется с помощьюфильмра и после усиления подается на обмотку, намотанную на постоянный магнит, в противофазе с колебанием электрода на основном тоне. Введение отрицательной обратной связи на частоте основного тона ослабляет влияние внешних механических воздействий, что уменьшает расстояние между электродамиконденсатора и повышает чувствительность устройства, Информация об угле наклона определяется амплитудой и фазой напряжения частоты первого обертона, В профиле колебания подвижного электроды на частоте5 первого обертона имеют место два противофазных участке, узел между которыми отстоит от свободного конца на расстоянии 1/5 рабочей длины. Наличие двух противофазных участков позволяет выполнить неподвижный 10 электрод с наконечником, имеющим в продольном сечении форму треугольника, вершина тупого угла которого обращена к узлу колебания подвижного электрода. При этом формируются два противофазных перемен ных напряжения, суммируюшиеся непосредственно на неподвижном электроде. Это уменьшает дрейф выходного переменного напряжения, обусловленный непостоянством контактной разности потенциалов между электродами конденсатора, Образовавшийся в сумматоре сигнал при изменении угла наклона изменяется по амплитуде и по фазе, Изменение сигнала по фазе относительно опорного напряжения, подаваемого от ге нератора к фазовому детектору, дополнительно повышает чувствительность устройства, Частота преобразования на первом обертоне в шесть раз выше частоты преобразования на основном тоне, поэтому частотный дина- З 0 мический диапазон увеличен.Применение двух противофазных емкостных преобразователей на частоте первого обертона подвижного. электрода повышает чувствительность до 6 угловых минут.формула изобретенияУстройство для измерения угла отклонения от вертикали, содержащее корпус, неподвижный П-образный магнитопровод, наодном конце которого закреплен постоянныймагнит с обмоткой возбуждения, к другомуконсольно прикреплен подвижный электродмагнитопровод, неподвижный электрод емкостного преобразователя, расположенныйу свободного конца подвижного электродамагнитопровода, прикрепленный к корпусучерез диэлектрический держатель, на котором неподвижно укреплена пластина емкостисвязи, подключенная через предусилительи фазовый детектор к индикатору, и генератор, подключенный к обмотке возбуждения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения чувствительности устройства оно)снабжено блоком выделения колебаний первого обертона подвижного электрода, фильтроми усилителем основного тона, подключеннымк обмотке подавления основного тона, дополнительно намотанной на постоянном магнитевстречно обмотке возбуждения, а также прикрепленным к неподвижному электроду металлическим,треугольным наконечником ту)пой угол которого обращен к подвижномуэлектроду с вершиной, отстоящей от его свободного конца на расстоянии 1/5 рабочейдлины подвижного электрода, причем входусилителя основного тона и блока выделения колебания первого обертона подключены к выходу предусилителя, а выход блокавыделения колебаний первого обертона - кфазовому детектору и генератору,Источники информации, принятые во вниманне при экспертизе:1, Патент франции М 1595917,кл. б 01 С 9/00 1970.2. Казанков В,И. и др. "Емкостный датчик вертикали", Известия вузов СССР"Приборостроение", 1969, том Х 11, Л) 6,3. Шинтльмейстер . И, "Электроннаялампа как прибор для Физических измерений",Я-Л., ГИТТЛ, 1949 с, 336.609950 Составитель Л. А, Колюбакинаедактор О, филиппова Техред 3, Фанта Корректор В, Сердю Под пис и СССР филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Пр/29 Тираж 872 ПИ Государственного комитета Спо делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушская вета Минткрытийнабд, 4