Способ определения угла наклона

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 19) 1 П с 912 ИТЕТ.РытИЯМ ГОСУД АРСТВЕННЫИПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ юл. В 4адин, А.А.8)видетельство СССР01 С 9/32,и др. Гравиметрия.с. 82-83. чувствительного элемента (МЧЭ) соответственно;текущее время и время начала измерений соответственно;измеряемое значение угла наклона;максимальное значение угловой скорости движения интер мгно измерения й угловой н скор пери пери нала колебанийколебанийбрации,с измерений щим требова Выбранныеудовлетворяювиям. интервалы след(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА(57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретенияявляется повышение номехоустойчивосИзобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения. Углов наклона объектов в условиях действия вибраций и импульсных перегрузок.Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных действием вибраций.На фиг. 1 изображено устройство для реализации способа; на фиг. 2 и 3 - графики угловой скорости, иллюстрирующие измерения и требования, предъявляемые при выборе интервалов измерений.При рассмотрении фиг. 2 приняты следующие обозначения:Ы(й), Ы(Е) - текущие значения угла отклонения от нормали и угловой скорости движения магнитного ти измерений при действии вибрациии импульсных перегрузок, В основеспособа измерений лежит свойство периодических функций с нулевым средним значением, интеграл от такойфункции за целое число периодов равеннулю. Сигнал вибрации представляетсобой такую Функцию. При работе измеряют мгновенную угловую скоростьдвижения маятника, первоначально отклоненного от положения равновесияна измеряемый угол, далее интегрируют полученные значения угловой скорости .на выбранных временных интервалах и по полученной сумме определяют угол наклона. 3 ил, 153953135 где ; - сумма интервалов измерений угловой скорости(к - количество интервалов). 4 О Физический смысл данного коэффициента воспроизведения а показывает во сколько раз значение выходного интеграла 1 отличается от величины угла наклона ь т,е. 1 = и Оо . ПрикТк- значение выходного интег 1=1рала 1 = о. Значение выходного интеграла 1 складывается из составляющих 501=С 1;,где 1; "Н(Е)ЙЕ - енаеение интегралаугловой скорости движения МЧЭ привремени интегрирования ь; .л Участки длительностью 1; не должны содержать "выбросов" от действияжпутльсных перегрузок.Для исключения списывания инфор 5мации о скорости движения МЧЭ присуммировании мгновенных значенийугловой скорости (при перемене знака движения) длительностью любоговременного интервала ,должна лег Тжать в пределах( в Е,4С другой стороны, на временномучастке ь; должно содержаться целое.а - целое положительное число,В данных расчетах принималось,что период колебаний МЧЭ Т значительно больше периода сигнала вибра Оции Ть (с целью исключения возникно;вения биений). В результате суммирования мгновенных значений угловойскорости ЫИ) будет информироватьсявыходной интеграл 1, несущий информацию о значении угла наклона, Удобноввести в рассмотрение коэффициент и,равный отношению суммывремен интервалов измерения угловой скоростик одной четвертой периода колебаний 30МЧЭ, т.е, кЕ:;4 Предполагается, что угол наклонар, за время измерений (в одном цикле)остается постоянным. После проведения одного цикла измерений МЧЭ жестко фиксируется с корпусом объекта,что опять повышает помехоустойчивостьизмерений (так как в это время могутдействовать большие по величине импульсные перегрузки). Выбором длительности цикла измерений и интервала фиксации "МЧЭ - корпус объекта"выбирается необходимая частота отслеживания изменения угла наклона,Устройство, реализующее способ,состоит из чувствительного элемента(ЧЭ) (фиг, 1) в виде маятника 1, магнита 2, обмотки формирования выходного сигнала 3 замкового устройства4, Обмотка формирования выходногосигнала нагружена на гальванометрсветолучевого осциллографа 5, Измерения начинаются с установки корпусадатчика на объект и подачи командына срабатывание замкового устройства 4, Освобожденный от силовыхсвязей с корпусом маятник приходитв движение, При движении маятникана объект действуют импульсные перегрузки вибрации, На фиг, За показаназапись угловой скорости ЧЭ. Очевидно,используя способ определения угла наклона по максимальному значению угловой скорости в момент Т/4 (прототипспособа), весьма сложно получить значение искомой величины, Полученныйсигнал необходимо подвергнуть сложнойфильтрации, чтобы получигь среднеезначение угловой скорости. Можно проинтегрировать запись угловой скоростии получить зависимость угла наклонаво времени (фиг. Зб),При реализации изобретения длясохранения точности угловых измерений при действии перегрузок и вибрации интегрируют абсолютные величиныугловой скорости. В этом случае присмене знака угловой скорости не происходит обнуления сукыр что позволяет накапливать информацию о величинеугла Ме. Например, интегрируя значение угловой скорости о (С) за период Тк с учетом знака, получим в сумме нулевое значение м . Если интегрировать абсолютные значения угловойскорости фр то суммарный интегралбудет равен 4 ь. Это способствуетфизической картине колебаний ЧЭ, когда он проходит положение равнове+, ы зи - 6ТВгде 1; 30 ТкМв 40 сия (один угол Ыо), отклоняется впротивоположную сторону (второйуголо), вновь проходит положениеравновесия (третий угол М) и возвращается в исходное состояние (четвертый угол о). Полагаем, что затухание ЧЭ за один период достаточномало, На фиг. Зв показана зависимость,общего интеграла 1 от времени. Очевидно, что с ростом времени наблюдений (числа колебаний ЧЭ) его значениевозрастает, Поскольку период колебаний Т практически не зависит от угла наклона, то, измерив по фиг. Звзначение угла с( (относительно угла Мо,на графике 36), получим значение, относительная погрешность которого ЗЕ.Значение о по графику Зв может бытьнайдено как отношение интеграла 1при времени наблюдений ЗТ к числу и,равному где ЗТк - общее время наблюдений;Т 4 - время, при котором значение интеграла 1 Коэффициент воспроизведения и показывает во сколько раэ значение интеграла 1 отличается от угла наклона Ы, Поскольку закон движения маятника постоянен (по периоду), то за время Тк/4 значение интеграла: 1 = Ыь Если время наблюдений больше Т/4, то 1= о и наоборот. Если по 1лученное значение - умножить на раз 12.ницу в масштабах осей ординат (Зб и Зв), то достигается повышение точности полученного результата. Объясняется это тем, что интеграл 1 по отношению к углу наклона Ы является интегральной характеристикой, позволяющей "сгладить" выбросы, точно также, как значение угла наклона (Зб) является интегральной характеристикой угловой скорости (За). В то же время в расчетах значение интеграла 1 (при нахождении угла Оо) делится на число и, имеющее высокую степень точности (так как.период колебаний Тк и время наблюдений можно измерять с очень малой погрешностью.Разобъем полученную эпюру угловой скорости на участки, каждый из которых удовлетворяет следующим требованиям: не содержит импульсных "выбро 39531 6сов"; сигнал вибрации на этом участке имеет близкое к нулю среднее зналчение; длительность участка ; = аТь.,5где а - целое положительное числоУТ, - период сигнала вибрации наТк1-м участке (Й;- ).На практике удовлетворить поставленным требованиям не сложно, таккак изменяюпщйся во времени сигналвибрации на отдельных участках можнопредставить моногармоническим,На фиг. За, например, выделено15 шесть таких участков (Й-, с) соответственно , Докажем, что погрешностьизмерений в этом случае определяетсяпогрешностью интегрирования. Для этого найдем интегралы путем графическо 20 го интегрирования фиг. За и вычисленные по формуле2 Н1; = Моа я 1 п - ЙЙСТк модуль значения интеграла текущей угловой скорости на 1-ом временноминтервале; длительность -го временного интервала;значение угла наклона;круговая частота движения ЧЭ;период колебаний ЧЭ;максимальное значениеугловой скорости сигналавибрации;период сигнала вибрации. Поскольку при выполнении условий, 45сформулированных выше, значение интегралаоп з 1 и - йй будет равноЬ+лнулю, можно получить значение интеграла 1; (в единицах Ыо), задав временные границы из фиг. За. Формула и э обретения Способ определения угла наклона, при котором маятниковый чувствительный элемент с периодом колебаний Т отклоняют в плоскости измерения от положения равновесия, измеряют мгно"- 44 10 ЦЬ венную угловую скорость его свободных колебаний и обрабатывают результаты измеренв, а т л и ч а ю щ и йс я ием, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибок, обусловленных действием вибрации, предварительно определяют период вибрационных колебаний Те, измереиия производят в течение интервала врЕмени Й определяемого соотношег лЬним= а" ь-Где а - целое число, при измерениях, производимых многократно, получают интегральные значения мгновенной угловой скорости 1,за время ;, а при обработке результатов измерений значение угла наклона Ынаходят из соотношения где 1 - число выполненных многократных измерений.539531 ставитель Л, Кочесовхред Л.Сердокова оррекюор М, Куч ктор Н. Горва я роизводственно-издательский комбинат "Патент" Ужгород, ул. Гагарина,Заказ 208 Тираж 390ВНИИПИ Государственного комитета по изоб113035, Москва, Ж, Ра Поднисноетениям и открытиям при ГКНТ СССская наб., д. 4/5