Ультразвуковое устройство для измерения углов наклона

Союз Советскнк Социалистических Республик(51)М, К,з 6 01 С 9/Об 6 01 С 9/24 Государственный комитет СССР по дедам изобретеиий и открытий) Заявител ЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕН УГЛОВ .НАКЛОНА йстпараний,тройстпостуровней позвоой точ- значипузырь сширениеталкива еские уктурой анционногоривело ксистем реька 111.скими,электистемамиьтразвукоя - повышение точсравнительно широв наклона. Изобретение относится к туре для наклономерных изме конкретно к ультразвуковым вам измерения углов наклона роенным на основе жидкостны с воздушным пузырьком. Развитйе методики дисизмерения углов наклонаразработке разнообразныхгистрации положения пузырНаряду с фотоэлектричрическими и емкостнымирегистрации известны и увые устройства. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является Устройство, содержащее ампулу со сферической верхней поверхностью, запол ненную жидкостью с образованием воздушного пузырька, и систему возбуждения и приема колебаний со звукопроводами, подведенными к верхней поверхности ампулы. Работа известного 25 устройства основана на регистрации колебаний, прошедших через толщину жидкости от звукопроводов, находящихся при данном наклоне вне пузырька21. 30 Однако построение и принципвня известного устройства неляют достичь требуемой высокности измерений, зависящей втельной степени от геометриика, ослабления сигнала. Радиапазона измерений также нается на серьезные технологичтрудности, обусловленные стрзвукопроводов.Цель изобретениности измерений вком диапазоне угло Цель достигается тем, что систе-. ма возбуждения и приема колебаний выполнена на встречно-штыревых преобразователях поверхностных волн,излучающие пластины которых с электродами на пьезоэлектрической подложке размещены в центральной верхней час" ти сферической поверхности ампулы на концах звукопроводов, сформирован. ных в видЕ симметрично радиальных полос на сферической поверхности, разделенных звукоотражающим заполнителем, при этом противоположныепериферийные концы эвукопроводов эаглублены в ампуле до погружения в жид.костьх о 30 50 О При этом расстояния от встречноштыревых преобразователей до границыпузырек в жидкость, равныЬ =Ь +дЬ1 Об 5Ъ оНа Фиг.1 схематически изображендатчик углов наклона, разрез, нафиг. 2 - то же, вид сверху, нафиг. 3 - встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустическихволн, на фиг. 4 - эвукопровод, разрез, наФиг, 5 -. схема подключениядвух эвукопроводов одного каналаизмерения .углов наклона.Датчик углов наклона содержитампулу, верхняя поверхность 1 которой имеет сферическую форму и выполнена, например иэ плавленного кварца. Нижняя часть 2 ампулы выполнена,например в виде цилиндра из металла. Изнутри ампулы на ее верхней сферической поверхности 1 радиально исимметрично от ее центра выделеныполосы-звукопроводы 3 с помощью канавок 4, заполненных звукоотражающимматериалом. На концах звукопроводов3, находящихся в центральной части.сферической поверхности 1 ампулы,нанесены излучающие пластины встречно-штыревых преобразователей 5 сэлектродами на пьезоэлектрическойподложкЕ. Встречно-штыревые преобразователи 5 снабжены выводами б, выходящими из ампулы и выполненными ввиде платиновых нитей, впаянных в амплитуду. Ампула заполнена жидкостью 7 спузырьком 8, прилегающим к верхнейсферической поверхности 1. Периферийные концы звукопроводов 3 остаютсяпогруженными в жидкость 7 во всемдиапазоне углов наклона датчика. Выводы б подключены к электронной части преобразователя, состоящей изгенератора импульсов 9 наносекундного диапазона, формирующе-переключающего устройства 10, связанного свстречно-штыревым.преобразователем5 через усилитель 11 и цифровым вычислительным устройством 12. Уголнаклона объекта по каждому иэ каналов определяется в цифровом вычислительном устройстве 12 по информации,получаемой от двух звукопроводов 3,расположенных в одной диаметральнойплоскости, совпадающей с плоскостьюизмеряемых углов наклона,Работа датчика по каждому из каналов измерения углов наклона осуществляется следующим образом.С цифрового вычислительного устройства 12 на входы генераторов импульсов 9 данного канала подаютсязапускающие импульсы, вызывающие навыходе генераторов импульсов 9 появление импульсов наносекундного диапазона; Импульсы наносекундного диа.пазона через формирующе-переключающее устройство 10.поступают на входцифрового вычислительного устройства 12 и на встречно-штыревые преобразователи 5, возбуждающие в результате обратного пьезоэффекта в пьезоэлектрической подложке и на поверхности эвукопроводов 3 импульсы поверхностной акустической волны, распространяющиеся от встречно-штыревыхпреобразователей 5 к периферийнымконцам эвукопроводов 3. На границепузырек 8 - жидкость 7 акустическийимпульс отражается назад к встречноштыревому преобразователю 4, в котором в результате прямого пьезоэффекта преобразуется в электрический импульс отраженного сигнала. Электрический импульс отраженного сигналачерез Формирующе-переключающее устройство 10 и усилитель 11 снова запускает генератор импульсов 9, находящийся в ждущем режиме, после чего весь процесс циклически повторя ется. В результате циклического повторения процесса на входы цифровоговычислительного устройства 12 подаются импульсы с частотами, зависящими от положения пузырька 8 относи тельно звукопроводов 3.При горизонтальном положении датчика, когда пузырек 8 находится вцентре верхней сферической поверхности ампулы, расстояния от встречноштыревых преобразователей,5 до границы пузырек 8 - жидкость 7 в звукопроводах 3, составляющих канал измерения угла наклона с-, равны другдругу Поэтому время распространения акустических импульсов от встречноштыревого преобразователя до границы пузырек-жидкость и обратно в обоих эвукопроводах равно д 1 =2 ЬоО Угде Ч - скорость распространения 40 поверхностной акустическойволны в матернале звукопровода.Следовательно, от каждого эвукопровода в этом случае на вход цифрового вычислительного устройства 12 4 поступают импульсы с частотой Г; При наклоне датчика на угол аС в плоскости, в которой расположены звукопроводы,пузырек, сохраняя наивысшее положение, переместится на величину ДЯс.в сторону, противоположную наклону ( Й- радиус верхней сферической поверхности 1 ампулы см. Фиг. 1).