Датчик угловых отклонений объектов

П И С АИИЕ-"ИЗОБРЕТЕН ИЯ Своз Советскми Социалистических РеспубликАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Донолнительи авт. свил-в Зая)М,Кл, 001;С 9/06 с присоединением (23) Приоритет- (43) Опубликован Государственный кометеСовета ЪЬннстров СССРоа делам наооретеннйн открытий Я 1 УЛК 528,543.(5 ЧИК УГЛОВЫХ 10 НЕНИИ ОБЪЕК Изобретение относится к области контрольно-измерительной технике и предназначено для определения, угловых отклоненийобъектов от истинной вертикали.Известно оптико-механическое устройство , для измерения угловых отклонений,обьек"- та, содержащее корпус опорную базу отсчета углов относительно истинной вертикали (ампулу с жидкостью), источник света, фотоприемнцк и электронный блок обработки сигнала.однако в этом устройстве точность и быстродействие ограничиваются нестабильностью и инерционпостьктопорной базы, а выбранный тип опорной базы, ограничивает 15 рабочий диапазон измеряемых углов.13 ель изобретения - обеспечение более высокой точности измерения, повышение быстродействия, расширение рабочего диапазона измереппй, ЯГ 1 редложепный датчик снабжен пластиной, закрепленной на волу двигателя, вращающейся в плоскости измеряемого угла, причем на планке размещен грузик и пьезоэлемент, воспринимоюппш силу тяжести и пентробеж- Я ную силу грузика, и фотодиод, формируюшийсигнал от периодических облучений эакрепленного па корпусе источника света. Фазасигнала с пьезоэлемента не зависит от углов наклона датчика, а момент появлениясигнала с фотодиода зависит от углов наклона датчика. Эти сигналы вводятся совместно в электроннвтй блок, преобразующийих во временной интервал, длительность которого пропорциональна величине, а знакнаправлению измеряемого угла наклона.Все это позволяет снизить инерционность датчика и увеличить быстродействиеза счет выбора скорости вращения роторадвигателя, а также получить высокую точность отсчета эа счет обработки сигнапана электронном блоке,На фиг. 3. и 2 приведена кинематическая схема датчика; па фиг. 8 - эпюры напряжений в датчике; на фиг, 4 -структурная схема электронного блока датчика.Датчик угловых отклонений рбъектовсостоит из пьезоэлемента 1, закрепленногона пластине 2, грузика 3, оказывающегодавление па пьезоэлемент, фотодиодо 4,5040 и коллектора 5, с помощью которого снимается электрический сигнал с пьезоэлемента и фотодиодв, двигателя 6 и источникасвета 7,Экектронный блок содержит усилитель; ограничитель 8, ключ 9, реверсивный счетчик 10, гене зтор 11 импульсов, ключ 12.Датчик работает следующим образом,Зпектрическнй двигатель вращает планкус пьезоэлементом и грузиком в плоскости, 1 рв которой измеряются уГлы отклоненияобьекта от истинной вертикали.Результирующая сила, действующая напьезоэлемент, зависит от угла поворотапланки и складывается из центробежной силы ГчГ, являющейся постоянной составляющей, и силы тяжести 6 т , нормальная составляющая которой к плоскости грузикаявляется переменной (фиг. 2). 20С пьезоэлемента снимают электрически сигнал, пропорциональный силе давления грузика на него. В точке Х переменная составляющая реэультируацей силы максимвльнв, в точке Ю минимальнаа в точкахи Мравна нулю (фиг. 2). Таким образом формируется периодический во времени сигнал, соответствующий напряжению И, (фиг. 3). Благодаря постоянству по величине и направлению вектора силы тяжести полученный сигнал берет на себя функции опорной базы углов отсчета от истинной вертикали. Положение на оси времени максимумов и минимумов опорного сигнвпа не зависит от углов наклона датчика. Они возникают в момент пересечения грузиком истинной вертикали и характеризуют неподвижную относительно земли систему координат. Для отсчета искомых углов наклона необходимо сформировать щ дополнительный сигнал, связывающий момент появления вращающегося грузика нвд какой-либо фиксированной точкой корпуса датчика, т.е. несущий информацню об угло:вом координате обьектв, С этой целью на . 41 планке, рядом с пьезоэлементом, размещен фотодиод, который с помощью источника света, размещенного на корпусе, формирует треб"емый строб-импульс, который характеризует подвижную систему координат 60 относительно земли. Сопоставление сигналов неподвижной и подвижной систем координат позволяет выделить искомый угол отклонения объекта. Так цри совмешении фотодиода и источника света с истинной 35 вертикалью, строб-импульс образуется во времени строго по середине одного из полупериодов опорного сигнала, деля его на две (в двцномслучве равные) части. Приотклонении объекта от истиш;ой вертикали 60 4строб-иля 1 ульс делит полупериод оиорнсцо сигнала на неравные временные интервалы, разность между, которыми с учетом знака позволяет определить величину и направление угла наклона. Для повышения точностиотсчета искомая разность преФраэуется в .мироной, код.На фиг. 4 предстыаена структурная схема электронного блока, В ней сигнал усиливается и ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе 8, в результате чего получается л 1 еандрОа (фиг. 3).Строб-импульсЯ, сформированный фото- диодом и источником света, делит положительный полупериодИ на два интервала. Полученные сигналы Ц и Ц обрабатываются электронным блоком в следукицей последовательности, Передним фронтом положителен ного полупериода Ия открывается ключ 9 (фиг. 4) и через него нв суммирующую шину реверсивного счетчика 10 поступают счетные импульсы от генератора импульсов 11. Счетные импульсы поступают до тех пор, пока строб-импульс не закроет ключ 9. Одновременно строб-импульс, проходя через ключ 9, открывает ключ 12 и через него счетные импульсы поступают нв шину вычитания реверсионного счетчика. Задний фронт положительного полупериода Иф закрывает ключ 12 и прекращает поступление импульсов на счетчик. Результат счета на выходе реверсионного счетчиквпропорционвлен разности интервалов полупериода, образованных с помощью строб-импульса,Гатчик позволяет получить точность отсчета углов наклона в 2 угл.мин. при постоянном времени датчика 0,01 сек, Такие характеристики точности и быстродействия достигаются при оборотах ротора 6000 об/лин и частоте счетных импульсов 1;10 гц. При этом точность можно повысить, повышая частоту счетных импульсов, в быстродействие - повышение числа оборотов ротогя. При частоте счетных импуль-.а сов 1 С 10 гц и в том же числе оборотов ротора можно получить точность отсчета углов наклона порядка 13 утл. сек., что значительно превышаетвозможности пс дввпяюшего большинства подобных устройств. Достоинствол предложенного датчикаявляется также большой диапазон иемеряемых углов. Работая,таким образом,с положительным полупериодом опорного сигнала, можно измерить угловые отклоненияобъекта относительно истиицой вертикалиСоставитель Ю. СтупкоРедактор Е. Кравцова Текред М. Ликович Корректор В. МикитаЗаказ й 9 Тираж 864 Подписное ЦИИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рау 1 цская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул, Гагарина, 1)1ктронной части, можно расширить рабочийводиапазон до - 180 Формула изобретенияДатчик угловых отклонений объектов,содержащий корпус с размещенными в нейопорным элементом, фотоприемником, источником света и электронным блоком,отличающийся тем, что,сцелью повышения быстродействия, точности и расширения диапазона измерений,датчик снабжен имеющей воэможность вращения пластиной, на которой закрепленыпьезоэлемент с грузиком и фотоприемник,соединенные с электронным блоком.