Устройство для измерения угла наклона

(19) 111) 1) 401 С 9/О АРСТНЕННЫЙ КОМИТЕ БРЕТЕКИЯМ И ОТКРЫТ ГНКТ СССР ГОС ПО ПР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н АВТОРСКОМУ ЕТЕЛЬСТВУ о 79. 4. строй 1(71) Смоленский филиал Московскоэнергетического института(56) Авторское свидетельство СССУ 932231, кл. С 01 С 9/06, 08.06Авторское свидетельство СССРВ 1224581, кл. С 01 С 9/06, 02.1(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛАНАКЛОНА(57) Изобретение относится к у 2ствам геодезического приборостроения и может быть использовано для измере" ния углов наклона. Целью изобретения является повьппение точности. Устройство содержит емкость, частично заполненную непрозрачной жидкостью 4, два сетоизлучателя 1,2, два фотоприемника 6,7, генератор импульсов 10, счетчик 18, две схемы совпадения 19, 20, неинвертирующий усилитель 11 с управляемым резистором 25 в цепи обратной связи, два усилителя постоянного тока 8,9, три дифференциальных фильтрующих: усилителя 22 - 24, семь управляемых ключей3 ил.3 1509590Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может бытьприменено в системах контроля положения объекта,5Цель изобретения - повышение точности,На Фиг. приведена функциональная схема устройства; на Фиг,2 -временные диаграммы его работы; наФиг.3 - часть непрозрачной стенкиемкости с прозрачными дугообразнымиучастками.Устройство содержит первый 1 ивторой 2 светоизлучатели, первыевыводы которых через первый перекидной ключ 3 соединены с общей точкойсхемы, расположенные по одну вертикальную сторону емкости 4, частичнозаполненной непрозрачной жидкостью 205, первый 6 и второй 7 фотоприемникипервые выводы которых объединены свходами первого 8 и второго 9 инвер"тирующих усилителей с параллельнойобратной связью, генератор 10 импульсов, неинвертирующий усилитель11 с последовательной обратной связьювторой 12, третий 13, четвертый 14,пятый 15, шестой 16 и седьмой 17 перекидные ключи, счетчик 18 импульсов 30первую 19 и вторую 20 схемы совпадения, полупрозрачное зеркало 21, пер. -вый 22, второй 23 и третий 24 дифференциальные Фильтрующие усилители,управляемый резистор 25 цепи обратной 35связи неинвертирующего усилителя 11,причем второй вывод первого 1 светоизлучателя соединен с прямым выходомгенератора 10 импульсов, входамисчетчика 18, неинвертирующего Усилителя 11 и первыми входами схем 19и 20 совпадения, второй вывод второгосветоизлучателя 2 подключен к выходунеинвертирующего усилителя 11, междусветоизлучателями 1 и 2 и емкостью 4введено полупрозрачное зеркало 21,первый фотоприемник 6 расположен напути отраженных зеркалом 21 потоковсветоизлучателей 1 и 2, причем второйего вывод объединен с шиной источникапостоянного напряжения, второй фотоприемник 7 расположен по вторую вертикальную сторону емкости 4, причемэта сторона выполнена непрозрачнойс прозрачнымй дугообразными участкамина пути световых потоков светоизлучателей 1 и 2, выход первого инвертирующего усилителя 8 соединен с первыминеподвижными контактами второго 12 4и третьего 13 перекидных ключей, выход второго инвертирующего усилителя 9 объединен с первыми неподвижными контактами четвертого 14, пятого 15, шестого 16 и седьмого 17 ключей, вторые неподвижные контакты второго 12, третьего 13, четвертого 14, пятого 15, шестого 16 и седьмого 17 перекидных ключей объединены с общей точкой схемы, подвижные контакты вто", рого 12, четвертого 14 и шестого 16 ключей соединены соответственно с неинвертирующими входами первого 22, второго 23 и третьего 24 дифференци. альных Фильтрующих усилителей, а подвижные контакты третьего 13, пятого 15, седьмого 17 ключей - с неинвертирующими входами тех же усилитеЛей, дополнительный неинвертирующий вход второго дифференциальчого Фильтрующего усилителя 23 объединен с упомянутой шиной источника постоянного напряжения, выход первого диф" ференциального фильтруюшего усилителя 22 соединен с управляющим входом управляемого резистора 25 цепи последовательной отрицательной обратной связи неинвертирующего усилителя 11, выход второго дифференциального филь" трующего усилителя 23 подключен к второму выводу второго фотоприемника 7, выход третьего дифференциального фильтрующего усилителя 24 является выходом всего устройства, вторые входы схем 19 и 20 совпадения объеди иены соответственно с инверсным выходом счетчика 18, его прямым выходом и управляющим входом первого перекидного ключа 3, управляющие входы второго 12 и шестого 16 ключей соединены с выходом первой схемы 19 совпадения, управляющие входы третьего 13 и седьмого 17 ключей - с выходом второй схемы совпадения 20, а управляющие входы четвертого 14 и пятого 15 ключей объедИнены с прямым и инверсным выходами генератора 10 импульсов.Принцип действия устройства рассмотрим; начиная с взаимодействия блоков, организующих работу светоизлучателей 1 и 2 (временные диаграммы фи 1.2). На аноды светодиодов (свето- излучателей 1 и 2) подается импульс-ное напряжение генератора 1 О (на анод 1 оно подается непосредственно, а на анод 2 через неинвертирующий усилитель 11 с коэффициентом усиления, близким к единице). Однако включаются светодиоды поочередно за счет коммут"ации их катодов к общей точке схемы перекидным ключом 3. Суммарное время. подключения светоизлучателей одинаково и равно И /2, где И, - емкость счетчика 18 импульсов, длительность импульса 10 генератора (на временных диаграммах фиг.2 Н, принята равной 8). Световые потоки 1 и 2 проходят через полупрозрачное зеркало 21 в направлении емкости 4 и частично отражаются им. Отраженные потоки воздействуют поочередно на фотоприемник 6 (фотодиод с большим светочувствительным "окном"), подключенный к клемме источника постоянного напряжения (фотодиод работает здесь в режиме управляемого генератора тока).Инвертирующий усилитель 8, во входную цепь которого включен Фото- приемник 6, преобразует сигнал последнего в выходное напряжение, вид которого представлен на позиции 8 (фиг.2), где Б, и Б - напряжения, пропорциональные потокам первого 1 и 2 светоизлучателей, 11, - напряжение темновой составляющей сигнала фото-. приемника 6. Выходное напряжение 8 поступает на второй 12 и третий 13 перекидные ключи, управляемые сигналами с выхода первой 19 и второй 20 схем совпадения по следующей логике.11 ри наличии сигнала логической единицы на инверсном выходе счетчика 18 (ключ 3 в это время замыкает цепь питания светодиода 2), ключ 12 переводится на время действия единичного сигнала на выходе 19 в верхнее положение и переходит в нижнее положение в моменты логического нуля(паузы генератора 10,отсутствие световогопотока 2), Во втором полупериоде работы счетчика 18 появляетсяна его прямом выходе, замыкается цепь питания светодиода 1, и работает ключ 13, управляемый сигналом второй схемы 20 совпадения, Ключ 12 при этом пребывает в нижнем положении. Такое же состояние имеет ключ 13 в предыдущем полупериоде выходного сигнала счетчика 18 импульсов.щСигналы, получающиеся при этом на выходах 12 и 13, имеют вид, изображенный на Фиг.2. Эти напряжения поступают на входы дифференциального фильтрующего усилителя (этот усилитель, так же, как и усилитель 24; выполнен по схеме блока 23, но не имеет40 изображены временные диаграммы для разных знаков крена), Б через ключи 16 и 17 подается на входы дифференциального фильтрующего усилителя 24, причем 16 и 17 управляются сигналами с выходов первой 19 и второй 20 схем .совладения, замыкаясь в верхнее положение при наличии единичного сигнала на управляющих входах и, подключая 50 55 Усилитель 24 формирует выходноенапряжение устройства, пропорциональ"ное разности постоянных составляющихсигналов, действующих на его входы,5 10 15 20 25 30 35 дополнительного неинвертирующего входа). Усилитель 22 формирует напряжение К Я д - 0, ), где К - коэффициент его усиления по разностному сигналу, П , Бщ - постоянные составляющие напряжения с выходов ключей 12 и 13. Это напряжение воздействует на управляемый резистор 25 цепи обратной связи усилителя 11, изменяя его коэффициент усиления и, тем самым, величину напряжения, действующего на светоизлучатель 2.Светоизлучатель 2, фотоприемник 6, усилители 22 и 11 образуют замкнутый контур системы стабилизации (точнее, выравнивания) световых потоков 1 и 2, При надлежащем выборе коэффициента передачи ее разомкнутого контура данная система обеспечивает одинаковую интенсивность световых потоков независимо от наличия температурного и временного дрейфов излучателей 1 и 2,Световые потоки этих излучателей проходят через прозрачные дугообразные участки стенки емкости 4 (фиг,З) и поочередно воздействуют на второй фотоприемник 7 (фотодиод с большим световым окном). Интенсивность проходящих потоков определяется углом крена объекта, и в зависимости от знака крена один поток увеличивает. ся, а второй уменьшается (фиг.З), Фотоприемник 7 запитан выходным напряжением усилителя 23 и является управляемым генератором тока, включенным во входную цепь инвертирующего усилителя 9. Последний преобразует этот ток в пропорциональное напряжение Бэ (Фиг.2, позиция 9; здесь входы усилителя 24 к общей точке втечение пауз сигналов 19, 20. Выходные сигналы ключей 16 и 17 имеютвид, изображенный на позициях 16 и17 временных диаграмм фиг.2.Это напряжение пропорциональноуглу крена сС, 11 редлагаемая системапроизводит только выравнивание световьх потоков светоизлучателей, а компенсацию измерений интенсивностисветового потока У, а также крутизну Фотоприемника / и усилителя 9 осуществляет дифференциальный Фильтрующий усилитель 23. Ключи 14 и 15,стоящие в его входной цепи, управляются парафазными сигналами генератора 1 О. 11 ри наличии единичного сигнала на прямом выходе 10 ключ 14 замыкается в верхнее положение, а нулевым потенциалом он переводится внижнее положение. Аналогичным образомсигналом с инверсного выхода 10управляется ключ 15. Выходные напряжения ключей 14 и 15 изображены насоответствующих позициях 14 и 15временных диаграмм Фиг.2. Таким образом, усилитель 23 усиливает разность постоянных составляющих импульсных последовательностей.Воздействием выходного напряжения 23 на цепь питания фотоприемника7 управляют его крутизной,10 15 20 25 Устройство для измерения угла наклона содержащее емкость, частично заполненную жидкостью, первый и второй светоизлучатели, первый и второй35 фотоприемники, усилитель постоянного тока, генератор импульсов с прямым и инверсным выходом, неинвертирующий усилитель с последовательной обратной связью, первый - седьмой ключи, пер вые выводы светоизлучателей соединены с общей точкой схемы через первый ключ, первый светоизлучатель оптически связан с первым Фотоприемником, подключенным к источнику постоянного напряжения, второй светоизлучатель оптически связан с вторым фотоприемником через емкость, частично заполненную жидкостью, выход второго фотоприемника соединен с усилителем постоянного тока, источник постоянного напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности за счет уменьшения ошибок обусловленных нестабильностью светоизлучателей и фотоприемников, оно снабжено55 управляемым резистором, первой и вто" рой схемами совпадения с двумя выхо-, дами, первым, вторым и третьим диффе Формула изобретения 30 ренциальными Фильтрующими усилителямис прямым и инверсным входами, дополнительным усилителем постсянного тока, полупрозрачным зеркалом, расположенном между светоизлучателями и емкостью, все ключи выполнены с управляющими входами, жидкость выполненанепрозрачной, выход генератора импульсов соединен с входом счетчикаимпульсов, входом неинвертирующегоусилителя с последовательной отрицательной связью, вторым выводом первого светоизлучателя, первыми входамипервой и второй схем совпадения иуправляющим входом четвертого ключа,инверсный выход генератора импульсовсоединен с управляющим входом пятогоключа, выход счетчика импульсов соединен с управляющим входом первогоключа и с вторым входом второй схемысовпадения, выход которой объединенс управляющими входами третьего иседьмого ключей, инверсный выходсчетчика соединен с вторым входомпервой схемы совпадения, выход которой объединен с управляющими входамивторого и шестого ключей, второй вывед второго светоизлучателя соединенс выходом неинвертирующего усилителя,первый светоизлучатель оптически связан с вторым фотоприемником черезполупрозрачное зеркало и емкость,второй фотоприемник оптически связанс первым фотоприемником через полупрозрачное зеркало, выход первого Фотоприемника соединен с входом дополнительного усилителя тока, выходкоторого объединен с первыми неподвижными контактами второго и третьегоключей, выход усилителя постоянноготока соединен с первыми неподвижнымиконтактами четвертого - седьмогоключей, вторые неподвижные контактывторого - седьмого ключей соединеныс общей точкой схемы, инверсный входпервого дифференциального фильтрующего усилителя соединен с подвижнымконтактом второго ключа, прямой входсоединен с подвижным контактом третьего ключа, выход объединен с управляющим входом управляемого резистора,включенного в цепь отрицательнойобратной связи неинвертирующего усилителя, инверсный вход второго дифференциального Фильтрующего усилителясоединен с подвижным контактом четвертого ключа, прямые входы - с подвижным контактом пятого ключа и509590 о О ФО Ф Фиг источником постоянного напряжения,выход - с вторым фотоприемником,инверсный вход третьего дифференциального .фильтрующего усилителя соединенс пЬдвижным контактом шестого ключа,прямой вход - с подвижным контактомседьмого ключа, а выход третьегодифференциального фильтрующего усилителя объединен с выходной клеммойустройства.1509590 Составитель В.АлександровТехред И,Верес Корректор Т.Малец трушева едакто аказ 5789/3 НТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 осударственного комитет 113035, Москва,683 Подпис о изобретениям и открытиям 35, Рауаская наб д. 4/5