Устройство для измерения углов наклона

(51)4 С 01 С 9/20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Морской гидрофизический институт АН УССР(56) Авторское свидетельство СССР У 251840, кл. С 01 С 9/12, 1968.Авторское свидетельство СССР У 614322, кл. 6 01 С 9/20,1978.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА, содержащее герметичный корпус, частично заполненный жидкостью, размещенные в корпусе чувствительные элементы и измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, .что, с целью повышения точности измерений путем обеспечения стабильности характеристик чувствительных элементов последние выполнены в виде двух ферромагнитных струн; закрепленных параллельно оси выполненного цилиндрического корпу 801176172 А са в двух взаимно перпендикулярныхрадиальных плоскостях, цилиндрический.корпус снабжен штырем, закрепленным на его оси, двумя электромагнитами и двумя звукоснимателями,закрепленными в плоскостях установкиферромагнитных струн, а измеритель-.ная схема снабжена кварцевым генератором, усилителем мощности, двумяусилителями напряжения двумя фазовыми детекторами и вычислительнымблоком, при этом выход кварцевогогенератора соединен с входом усилителя мощности, первый выход которо-.го соединен с первыми входами первого и второго фазовых детекторов, второй выход соединен с входами первого и второго электромагнитов, выходы первого и второго звукоснимателей соответственно через первый ивторойусилители напряжения соединены с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами вычислительного блока.Изобретение относится к системамдля определения углов наклонаобъектов, технологических баз, приборов и т. д. относительно горизонтальной плоскости., 5Цель изобретения - повышение точности измерений путем обеспечениястабильности характеристик чувствительных элементов.На фиг. 1 показан вариант выпол Онения устройства, разрез А-А; нафиг. 2 - структурная схема устройства .на фиг. 3 - устройство при двухположениях плоскости рабочей жидкости", на фиг, 4 - зависимость фазы %колебаний струны от глубины погружения ее в жидкость.. Устройство измерения углов наклонасодержит корпус, чувствительные элементы, размещенные в нем, измеритель ную схему, связанную с чувствительными элементами,Корпус (фиг. 1) выполнен изнемагнитного материала, например титана,в виде двух частей: нижней 1 и верхней 2. Внутренняя полость корпусаимеет цилиндрическую форму. Такаяформа технологична, обладает осевойсимметрией. Выбор цилиндрической формы корпуса связан еще и с тем, что 30для увеличения чувствительности прибора струны надо разносить как можно дальше от центральной оси, т. е.,друг от друга, при этом в цилиндредлина струны не меняется от того,как далеко струна отстоит от центракорпуса, и в любом случае равна высоте цилиндра. Материал корпуса выби"рается немагнитным;, для уменьшениявредного магнитного влияния корпусана струну.На дне корпуса 1 выполнены упоры3 для крепления чувствительных элементов. Корпус наполовину заполненжидкостью 4, например силиконовыммаслом. Жидкость может быть как электропроводной, так и неэлектропроводной и выбирается из соображений наименьшего химического воздействия счувствительными элементами и корпусом. 50Чувствительные элементы выполнены в виде двух струн 5 из ферромагнитного материала, например, рояльнойстали, обладающей хорошими упругимии ферромагнитными свойствами, Для 55поддер.ания натяжения служат натяжныевинты 6, с помощью которых верхниеконцы струн крепятся к крышке корпу" са с нужным натягом. Струны 5 расположены параллельно продольной оси кор-пуса в двух взаимно перпендикулярныхрадиальных плоскостях. Расстояниемежду струнами 5 и стенкой корпусаустанавливается минимальным для повышения чувствительности, но с учетом исключения возможности капиллярного эффекта,Кроме того, для увеличения чувствительности измерителя струны располагают как можно дальше от продольнойоси симметрии корпуса, при этом длина чувствительного элемента не будетменяться (а в случае сферическойформы полости корпуса для чувствительйого элемента будет уменьшаться, что приведет к уменьшению динамическогодиапазона).По оси корпуса расположен штырь 7. На нем закреплены в плоскостях размещения струн 5 два электромагнита 8 и два звукоснимателя 9. Каждый электромагнит 8 служит для возбуждения в струне 5, размещенной в той же плоскости, гармонических колебаний, в качестве его может быть использован любой стандартный электромагнит переменного тока с напряжением питания 20-25 В и подходящими габаритами.Звукосниматель 9 предназначен для съема электрических сигналов со струны 5, расположенной в его плоскости, можно использовать, например,звукосниматель магнитный ГЗУМС,В верхней части корпуса 2 имеется технологическое отверстие 10 длязаполнения жидкостью. Изоляция от окружающей среды необходима для исключения испарения рабочей жидкости.Измерительная схема устройства (фиг. 2) содержит кварцевый генератор 11, усилитель мощности 12, дваусилителя напряжения 13, два фазовых детектора 14 и вычислительный блок 15. Выходы кварцевого генератора 11 подсоединены через усилитель 12 к каждому электромагниту 8 и к одному из входов каждого Фазового детектора 14.К каждому звукоснимателю 9 подключен усилитель напряжения 13, выход которого подан на второй вход каждого фазового детектора 14, Выходы11763фазовых детекторов 14 подсоединенык входам вычислительного блока 15Усилители напряжения 13 служатдля усиления сигнала с чувствительного элемента 5 и, например, могутбыть выполнены как операционныйусилитель на микросхеме 140 УД 1.,Фазовые детекторы 14 предназначены для определения Фазовых сдвиговмежду колебаниями струны кварцевого 1 Огенератора, в качестве их можно применить любой цифровой Фазовый детектор высокого класса, например, типа Ф 2-1 б.Вычислительный блок 15 служитдля преобразования Фазовых сдвиговугла наклона и регистрации их. Ономожет быть организовано в виде любойуниверсальной ЭВМ.Связь чувствительных элементов5 с электромагнитами 8 и звукоснимателями 9 осуществляется через электромагнитное поле, поэтому на Фиг. 2она показана штриховыми линиями.Устройство работает следукицим 25,образом,При подаче питания на схему(фиг, 2) кварцевый генератор 11 выра 1724батывает синусоидальный сигнал .определенной частоты. С выхода кварцевого генератора сигнал поступает на усилитель мощности 12, выход которого связан с входами электромагнитов 8 и одновременно с входами фазовых детекторов 14. Электромагниты 8 возбуждают вынужденные колебания струн 5, которые воспринимаются звукоснимателями 9. Последний представляет собой магнитный сердечник, на котором размещена индуктивная катушка. При колебании струны в магнитном поле в катушке наводится ЭДСпропорциональная скорости изменения магнитного потока. Сигналы с выходов звукоснимателей 9 поступают на входы усилителей напряжения 13. Выходы усилителей 13 связаны с другими входами фазовых детекторов 14. На выходах фазовых детекторов 4 выходные напряжения пропорциональны глубине погружения каждой струны в жидкость, С выходов фазовых детекторов 14 сигналы йоступают на вычислительный блок 15. Вычислительный блок определяет углы наклона в соответствии с зависимостью (фиг. 4), 11761721176172 Ковту еда Тираж 65 ИИПИ Государст по делам изоб 5, Москва, ЖПод 1В аз 5 сн СР венного комитета ретений и открыти 5, Раушская наб