Устройство для измерения углов наклона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 201 09) (И 3 РЕСПУБЛИК1 С .9/20 Н С 01 С 9ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТО Бюп. 9 1лин, П.,И. ськов политехнический инсолзунова8,8) е свидетельство СССР 01 С 9/00, 090576 свидетельство СССР 01 С 9/22, 07.1277 2. Устройствоающеесяаждой подвижнойыбрана по форму потемчае(Ь-Ь )угол измерейся для дана К мо мокс- максимальныйния, требующиного диапазона;- длина Фоточувствительслоя сканистора;- расстояние между внешстенками сообщающихсясосудов;- расстояние от сканистдо ближайшей внещней сте ного ними кй. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) 1. УСРОИС 1 ВО ДЛЯУГЛОВ НАКЛОНА, содержащее камеру ввиде сообщающихся сосудов, частичнозаполненную жидкостью, имеющую вверхней части демпфирующий канал,узел регистрации уровня жидкости сфотоэлектрическим преобразователем,электронную схему, о т л и ч а ющ ее с я тем, что, с целью изменения диапазона при сохранении точности измерения, фотоэлектрическийпреобразователь выполнен в виде полупроводникового сканистора, расположенного перпендикулярно уровню светонепроницаемой жидкости, перегородка, разделяющая сосуды, выполненаразборной, одна часть которой, ближайшая к сканистору, закреплена неподвижно, а другие установлены свозможностью перемещения вдоль камерыи Фиксации в заданном положении, а,электронная схема содержит усилитель Фототока, блок развертки, блоксмещения уровня, дифференцирующий усилитель, блок формирования измерительного сигнала, блок регистрации, нагрузочный резистор, причем,. первый выход сканистора соединен через нагрузочный резистор с массой и через усилитель Фототока - с блоком развертки, первый выход которого соединен с первым входом блока формирования измерительного сигнала, а вцход - с входом блока регистрации, выход усилителя фототока черездифференцирующий усилитель соединен с вторым входом блока формирования измерительного сигнала, второй выход. блока развертки соединен с первым входом блока смещения уровня, а выводы делительной.шины сканистора соединены с вторым и третьим входами блока смещения уровня.п.1, о т л ич что.длина к сти перегородкиИзобретение относится к контроль. но-измерительной технике, в частности к фотоэлектрическим устройствам для определения углов наклона, и может быть использовано, например, в машиностроении и строительстве, 5Известно устройство для измеренияуглов наклона, содержащее чувствительный элемент, установленный в герметичной прозрачной камере, заполненной демпфирующей жидкостью и прикрепленной через торсион к днищу камеры,источник света и вычислительное устройство, причем оптическая системавыполнена в виде набора линз,. Формирующих три плоских веерообразных 15световых пучка, расходящихся подзаданными углами, и чувствительныйэлемент выполнен в виде двух сканисторов, укрепленных параллельно одиндругому и симметрично относительно 20точки крепления торсиона на общемосновании, на входных зрачках сканисторов установлены световолоконныепланшайбы, а выходы сканисторов через параллельно включенные блоки для 25выделения сигнала и последовательно подключенные к ним блок для измерения временных интервалов и кодирую.щее устройство подключены к вычислительной машине 1 1 ,30Данное устройство позволяет измерять угловое положение объекта с вы-,сокой точностью, однако слишком сложно в изготовлении и обслуживании, таккак требует хорошей герметизации ка-меры и изоляции помещенных в неесканисторов, а также затрат на обслуживание ЭВМ. Кроме того, применяемаясложная оптическая система увеличивает габариты устройства, а это всовокупности с тем, что на выходе 40устройства применяется ЭВМ затрудняет измерение углов наклона объектовв труднодоступных местах,Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности является . 45устройство для измерения наклонаобъектов, содержащее камеры в видесообщающихся сосудов, заполненныежидкостью, источник света и расположенные с. противоположной стороны 50камеры по разные стороны фотоэлект рические преобразователи, подключенные к узлу выделения, обработки ирегистрации сигнала21,Однако данное устройство не обеспечивает высокой точности измерениявследствие большой площади поверхности жидкости, воспринимающей вибрацию, толчки и т,д а также погрешности, вносимой неоднородностьюэлектрических параметров фотоэлектрических преобразователей (фоточувствительности,неравномерности темнового сопротивления, неоднородности Фоточувствительности по длине каждогофотоэлектрического преобразователя). 65 Данное устройство также не позволяетполучить одновременно высокую точностьизмерения малых углов и большой динамический диапазон измерения без перестройки самого устройства,Цель изобретения - изменениедиапазона при сохранении точностиизмерений,Укаэанная цель достигается тем,.что устройство для измерения угловнаклона содержит камеру в виде сообщающихся сосудов, заполненную жидкостью, имеющую в верхней части демпфирующий канал, устройство регистрации уровня жидкости с фотоэлектрическим преобразователем, электроннуюсхему, причем фотоэлектрическийпреобразователь выполнен в виде полупроводникового сканистора, расположенного перпендикулярно уровню светонепроницаемой жидкости, перегородка, разделяющая сосуды, выполненаразборной, одна часть которой, ближняя к сканистору; закреплена неподвижно, а другие установлены с возможностью перемещения вдоль сосудов и фиксации в заданном положении,а электронная схема содержит усилитель Фототока, блок развертки, блоксмещения уровня, дифференцирующийусилитель, блок формирования измерительного сигнала, блок регистрации, нагрузочный резистор, причемпервый выход сканистора соединенчерез нагрузочный резистор с массой и через усилитель фототока -с блоком резвертки, первый выходкоторого соединен с первым входомблока Формирования измерительногосигнала, а выход - с входом блокарегистрации, выход усилителя фототока через дифференцирующий усилитель соединен с вторым входом блокаформирования измерительного сигнала,второй выход блока развертки соединен с первым входом блока смещенияуровня, а выводы делительной шинысканистора соединены с вторым итретьим входами блока смещения уревнявДлина каждой подвижной части перегородки выбрана по формулеас =- (Ь - Ь )УИмокс.гдес - максимальный угол измерения, требующийся дня данного диапазона; а - длина фоточувствительногослоя полупроводниковогосканистора;Ь - расстояние между внешнимистенками сообщающихся сосудов;Ъ - расстояние от сканисторадо ближайшей внешней стенки сообщающихся сосудов,На фиг. 1 изображена принципиальная электрическая схема устройства;на фиг. 2 - прозрачная камера в положении иэмерейия максимального угла, продольный разрез; на фиг, 3 - камера с различными положениями подвиж ных частей перегородки-наполнителя, продольный вертикальный разрез.Устройство содержит прозрачную плоскую камеру 1, заполненную наполовину светонепроницаемой жидкостью 10 2, источник света 3 в виде расположенных в ряд через равные интервалы светодиодов и установленный с противоположной стороны полупроводниковый сканистор 4, закрепленный на 15 корпусе прозрачной камеры 1, Выход полупроводникового сканистора 4 соединен с нагрузочным резистором йн и входом усилителя фототока 5, который в свою очередь соединен с блоком развертки б, подключенным к выводам делительной шины полупроводникового сканистора 4 через блок смещения уровня 7, служащего для смещения уровня развертывающего напряжения. Выход усилителя фототока 5 соединен с блоком развертки б и включенными последовательно дифференцирующим усилителем 8, блоком формирования измерительного сигнала 9, блоком регистрации 10; Блок развертки б соединен также с блоком формирования измерительного сигнала 9.Прозрачная камера 1 содержит перегородку-наполнитель 11, образующую два сообщающихся сосуда 12 и 13 и служащую для уменьшения колебаний светонепроницаемой жидкости 2 в момент измерения. В верхней части перегородки-наполнителя 11.,имеется демпфирующий канал 14, предназначенный для 40 перемещения воздуха иэ одного сообщающегося сосуда в другой. Перегородканаполнитель 11 состоит из нескольких частей 15-17, одна из которых 15 закреплена неподвижно, а другие 16 и 1745 установлены с воэможностью перемешения вдоль прозрачной камеры 1 и служат для переключения диапазона измеряемых углов.Устройство работает следующим образом.Прозрачную камеру 1, заполненную наполовину светонепроницаемой жидкостью 2, помещают на поверхность, угол ОтклОнения От гОРИЗОнта кОтОРОЙ необходимо определить, Световойпоток от источника света 3, проходя через прозрачную камеру 1, попадает на полупроводниковый сканистор 4, при этом светонепроницаемая жидкость проецирует на нем теневую 60 зону, В зависимости от угла наклона уровень светонепроницаемой жидкости меняется, Воздух из одного сообщающегося сосуда переходит в другой через демпфирующий канал 14, диаметр 65 которого не позволяет резко изменитьуровень светонепроницаемой жидкости 2. В соответствни с изменениемуровня светонепроницаемой жидкостименяется и размер теневой эоны нафоточувствительном слое полупроводникового сканистора 4. С блока развертки б на выводы делительной шиныполупроводникового,сканистора 4 подается пилообразное напряжение, которое, проходя через блок смещенияуровня 7, сдвигает уровень пилообразного напряжения на его амплитуду,Таким образом, создается нормальныйрежим для работы полупроводниковогосканистора, При подаче напряжения сблока развертки б в полупроводниковом сканисторе 4 происходит переключение встречновключенных фотодиодных ячеек (участков р-и- и и-р-переходов), за счет чего происходит пре образование оптического сигналав электрический видеосигнал. Приэтом изменение тока, протекающегочерез полупроводниковый сканистор,пропорционально распределению освещенности вдоль его фоточувствительного слоя. Выделяемое на нагруэочномрезисторе Кн напряжение, пропорциональное фототоку сканистора, поступает на усилитель фототока 5, сигналс которого подается на блок развертки б и дифференцирующий усилитель 8.В дифференцирующем усилителе 8 происходит выделение видеосигнала, т.е.сигнала, пропорционального освещенности,.а в блоке Развертки б происходит суммирование усилеуного сигнала, пропорционального фототоку, с линейно изменяющимся (пилообразным) напряжением. Это делается для исключения влияния изменения освещенности(фоновых эасветок и т.д.). Сигналы сблока развертки и дифференцирующегоусилителя поступают на блок формирования измерительного сигнала 9, вкотором вырабатывается импульс, дйи"тельность которого пропорциональнаразмеру теневой эоны и происходитпреобразование его в сигнал постоянного тока. Этот сигнал поступает наблок регистрации 10, выполненный,например, в виде стрелочного приборасо средней точкой отсчета, при этом .средцяя точка. отсчета соответствуеагоризонтальному положению прозрачной камеры 4.Максимальный уголОСцщ которыйнеобходимо измерить с помощью данного устройства, определяют из соотношенияффмакь,б+с ф (1)где а - длина фоточувствительногослоя сканистора 1Ь-Ь - расстояние отсканксторадо торцовой стенки сообщающегося сосуда 13, 1012018Из соотношения (1) видно, что, увеличивая расстояние от сканистора до торцовой стенки сообщающегося сосуда 13, можно сузить диапазон измерения, повысив тем самым точность измерения малых углов. Тогда соотношение (1) принимает вида-м моКсгде с - длина, на которую необходимо увеличить расстояние отсканистора до торцовой стен-ки сообщающегося сосуда 13,Откуда(-в), )9 моксВ устройстве переключение диапаэона измерения осуществляется с помощью подвижных частей 16 и 17 перегородки-наполнителя 11. Передвигая подвижную часть 16 вплотную к неподвижной части 15, увеличивают рас.стояние между сообщающимися сосудами 12 и 13, следовательно, и расстояние от полупроводникового сканистора 4 до торцовой стенки сообщающегося сосуда 13, При необходимости еще большего сужения диапазона измерения перемещают вплотную к частям15 и 16 подвижную часть 17 перегородки-наполнителя 11, Количестводиапазонов выбирают, исходя из не 5 обходимости измерения тех или иныхуглов с требуемой точностью,Данное устройство позволяет повысить точность измерения как малых,так и больших углов наклона. По срав 10 нению с используемым в СССР уровнеммодели ЭУ - 2 с емкостным преобразователем предлагаемое устройствопозволяет расширить динамический диа.пазон измерения малых углов без по 15 терн точности измерений. Устройствопо сравнению с базовым объектом нетребует дополнительной экранировкии вместо трех блоков имеет два (выносной датчик в виде прозрачной камеры и электронную часть), которыевследствие применения полупроводникового сканистора и элементов микроэлектроники имеют меньшие. габаритыи вес. Кроме того, предлагаемое устройство дает возможность измеренияуглов в широком диапазоне, в то время как уровень ЭУ - 2 может использоваться только как уровень с неболь.шими пределами отклонения +25,Проектная, 4 1012018 Закаэ 2742/48 ВНИИ иал ППП фПатентф, г. Уа йк 600. н