FI81672C - Foerfarande och anordning foer angivning av riktning eller vinkel. - Google Patents

Description

MENETELMÄ JA LAITE SUUNNAN TAI KULMAN ILMAISEMISEKSI^ 67 2 FÖRFARANDE OCH ANORDNING FÖR ANGIVNING AV RIKTNING ELLER VINKEL

Keksinnön kohteena on menetelmä ja laite kulman tai suunnan 5 ilmaisemiseksi , jossa kallistusherkän libellin tai vastaavan tasapainoelimen asentoa ja liikkumissuuntaa tarkkaillaan tasapainoelimen yli tai ympärille sijoitetun kapasitiivisista komponenteista muodostetun kondensaattorisovitelman avulla.

10 Tunnettuja libellissä olevan kaasukuplan tarkkailutapoja ovat valolähteen ja detektorin avulla tapahtuvat tarkkailut , sekä libelliin sijoitettujen elektrodien avulla libellinesteen sähkönjohtavuuteen perustuvat ratkaisut kuplan liikkuessa elektrodien vaikutuspiirissä. Yhden valolähteen ja detektorin 15 avulla suoritettuja kuplan tarkkailuja on esitetty DE-julkai-sussa n:o 2,636,706 , US-patenttijulkaisussa n:o 3,863,067 ja hakijan aikaisemmassa FI-patenttihakemuksessa n:o 841864 , joissa tarkkaillaan joko kuplan rajapintaa , läpivalaisua tai heijastusta. Kahden valolähde-detektoriparin käyttäminen on 20 tunnettua mm. US-patenteista n:ot 4,484,393 ja 4,182,046 sekä hakijan aikaisemmasta FI-patenttihakemuksesta n:o 870737. Kuplan tarkkailu libellinesteen sähkönjohtavuuden avulla on tunnettu US-patentista n:o 4,567,666.

25 Esitettyjen optisten kuplantarkkailujen heikkoina puolina ovat optokomponenttien voimakkaat lämpöryöminnät , herkkyyden suuri vaihtelu eri yksilöiden kesken , valokeilojen laajuuden ja symmetrisyyden yksilöllinen vaihtelu , vanheneminen sekä ympäristön valon vaikutus. Libellissä olevan kuplan tarkkailu 30 optisesti on ongelmallista mm. runsaiden häiriöheijastusten vuoksi , joita syntyy libellin seinämien sisä- ja ulkopinnoista. Lisäksi kuplan muoto ja koko pyrkii vaihtelemaan lämpötilan vaikutuksesta ja aiheuttaa kalibrointi- ja tarkkuus-häiriöitä.

35 Sähkönjohtavuuteen perustuvissa kuplantarkkailumenetelmissä joudutaan tekemään erikoislibelli kontaktien viemiseksi libellin sisälle , mikä on kallista ja voi aiheuttaa vuotoja.

2 81 672

Libellin sisällä syntyy elektrolyysi-ilmiöitä ja kontaktien käyttäytyminen voi muuttua.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella pystytään 5 poistamaan edellä esitetyt haitat ja saadaan aikaan laite , jolla voidaan tarkasti ilmaista suunta sekä tarvittava suunnanmuutos lämpötilasta , libellissä olevan kuplan heijastus-ominaisuuksista tai ympäristön valaistusolosuhteista riippumatta. Tämän toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle) le ja laitteelle on ominaista se , mikä on esitetty patenttivaatimuksissa 1 ja 4 .

Keksinnön mukaisen menetelmän ja laitteen muille sovellutus-muodoille on ominaista se, mitä on esitetty jäljempänä ole-15 vissa aiivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisen menetelmän tärkeimpänä etuna voidaan pitää : - normaali libelli sopii käytettäväksi ja sähköä johtavat 20 liuskat on erittäin helppo sovittaa libellin lasi- tai muoviputken yhteyteen ja ne voivat olla esim. tarrakalvoja - kondensaattorien kapasitanssien vertailuun perustuvassa menetelmässä ei komponenttien yksilöllisyyden tai vanhenemisen vuoksi tule ongelmia siinä määrin kuin optisissa mene- 25 telmissä

Keksinnön mukaisen laitteen tärkeimpänä etuna voidaan pitää: - laitteen pieni koko - libelliin ei kiinnitetä herkkiä komponentteja 30 - laite tunnistaa ja ilmaisee kuplan paikan , vaikka se olisi libellin ääripäässä - laitteen tarkkuus ei huonone sivukallistustapauksissa

Keksintöä selostetaan seuraavassa tarkemmin esimerkkien avul-35 la ja oheisiin piirustuksiin viittaamalla , joissa:

Kuvio 1 esittää libellistä metal1i1iuskojen avulla muodostettua kondensaattoriparia 3 81 672

Kuvio 2 esittää kuvion 1 mukaista rakennetta leikattuna ja kondensaattor iper iaatetta

Kuvio 3a ja b esittää sähköä johtamattomalla nesteellä varustettua libelliä ja kondensaattoriperiaatetta 5 Kuvio 3c ja d esittää sähköä johtavalla nesteellä varustettua libelliä ja kondensaattoriperiaatetta Kuvio 4 esittää libelliin muodostuvia kondensaattoreita kun libellineste on sähköä johtavaa Kuvio 5 esittää kapasitiivisen kuplantarkkailun sähkökaavion 10 Kuvio 6 esittää ympyräsymmetristä libelliä ja siihen kiinnitettyjä kondensaattorisovitelmiä Kuvio 7 esittää suunnan tai kulman ilmaisevan laitteen sähkö-kaaviota 15 Kuviossa 1 on esitetty nestettä (6) ja kaasukuplan (5) sisältävä libelli (4), jonka ympäri on muodostettu kondensaattorit metalliliuskoista (1) ja (2) sekä (1) ja (3). Kummankin muodostuvan kondensaattorin ns. ilmavälissä on libelli (4). Kondensaattorien kapasitanssi riippuu ilmavälistä , sen suuruu-20 desta , sen sisältämästä materiaalista ja etenkin materiaalin ominaisuuksista . Kondensaattoriliuskojen (1) ja (2) sekä (1) ja (3) välille tulee kapasitanssiero , jos libellissä oleva kupla (5) poikkeaa keskiasennosta , koska kaasun dielektri-syyskerroin on erisuuruinen kuin libellinesteen. Tällöin kaa-25 sukupla (5) on siis ajautuneena enemmän toisen kondensaattorin "ilmaväliin" ja kaasun pienemmän dielektrisyyskertoimen johdosta heikentää ao. kondensaattorin kapasitanssia.

Kuviossa 2 on esitetty libellin (4) ympärillä olevista metal-30 liliuskoista (1) (2) ja (3) muodostuvat kondensaattorit ja kuviossa 2b on esitetty syntyvien kondensaattorien kytkentä. Libellissä (4) olevan kaasukuplan (5) liike tekee kondensaattorit muuttuvakapasitanssisiksi.

35 Kuviossa 3a on esitetty libelli (4), sen sisällä olevat sähköä johtamaton neste (6) ja kupla (5) sekä kondensaattorilevyt (1,2,3), jotka ovat kaikki libellin samalla puolella ja kuviossa 3b on esitetty vastaava sähköinen kytkentä.

4 81 672

Kuviossa 3c on esitetty libelli (4) , joka sisältää sähköä johtavaa nestettä (6a), kuplan (5) sekä kondensaattorilevyt (1,2,3) , jotka ovat kaikki libellin samalla puolella. Libel-5 linesteeseen syntyy vastukset Rl ja R2 sekä muodostuu kondensaattorit Cl, C2, C3 ja C4. Kuviossa 3d on esitetty vastuksista ja kondensaattoreista muodostuva kytkentä.

Kuviossa 4 on esitetty libelli (4) , jossa on kaasukupla (5), 10 sekä libellineste (6a),joka on sähköäjohtavaa ja metallilius-kat (1,2 ja 3). Kun libellineste on sähköäjohtavaa , syntyy kondensaattori C3 metalli liuskan (1) ja libellinesteen välille , sekä kondensaattori C4 libellinesteen ja metal1i1iuskan (2) välille ja kondensaattori C5 libellinesteen ja metalli-15 liuskan (3) välille. Lisäksi tulee vaikuttamaan libellinesteen sähkönjohtavuus vastuksina Rl ja R2 sarjassa kondensaattorien C3,C4 ja C3,C5 kanssa.

Kuviossa 5 on esitetty sähköinen kaavio metalliliuskalta (1) 20 liuskoille (2) ja (3), josta selviää yhdessä kuvion 4 kanssa, miten kaasukuplan (5) liike esim. liuskan (2) kohdalle aiheuttaa vastuksen Rl suurenemisen , kapasitanssin C4 pienenemisen, vastuksen R2 pienenemisen ja kapasitanssin C5 suurenemisen. Nämä vaikuttavat toisiaan tehostavasti, jolloin kup-25 lan pienikin liike saa aikaan voimakkaan johtavuuseron liuskojen (1) (2) ja (1) (3) kesken jos muuttuvaa jännitettä syötetään liuskaan (1). Kaasukuplan sijainti jomman kumman me-talliliuskan (2) tai (3) alueella alentaa kyseisen kondensaattorin kapasitanssia , koska johtavan nesteen muodostama 30 toinen kondensaattorilevy pinta-alaltaan pienenee liuskoihin 2 tai 3 nähden ja suurentaa ko. sarjavastusta kuplan syrjäyttäessä johtavaa nestettä.

Kuviossa 6 on esitetty libellityyppi (8), joka sopii kaikkiin 35 suuntiin tapahtuvan kallistuksen ilmaisuun . Libellin pohjaan on kiinnitetty pyöreä metalli liuska (7) ja libellin pintaan on kiinnitetty 8 kappaletta sektorinmuotoisia liuskoja (11) (12)(13)(14)(15)(16)(17)(18) . Libellissä on nestettä (9) ,

II

5 81 672 sekä kaasukupla (10) . Kaasukuplan (10) paikkaa libellin yläpinnalla tarkkaillaan esim. seuraavasti: Liuskaan (7) syötetään sopivaa taajuutta olevaa jännitettä ja vertaillaan vastakkaisia liuskoja keskenään esim. (11) ja (15), (12) ja (16) 5 jne. signaalien vertailuelimillä. Kupla sijaitsee lähinnä sen liuskaparin alueella , joka antaa suurimman signaalitasoeron ja 1iuskaparista sen liuskan puolella , josta tulee heikompi signaali . Näin saadaan helposti selvitettyä kuplan suunta tasapainotilasta. Jos kaksi liuskaparia antavat samanarvoisen epätasapainotilan keskenään , on kupla näiden liuskojen raja-alueella ja voidaan sen perusteella suunta tulostaa kaksinkertaisella tarkkuudella levyjen lukumäärään verrattuna.

Eräänä edullisena sovellutusesimerkkinä on libellin (8) kiin-nittäminen suoraan piirikorttiin (19) , mihin liuska (7) on yhdistetty johtimella (21) ja piirikorttiin (19) on valmiiksi syövytetty foliokuvio (20) , joka käsittää esim. 8 kappaletta sektorimuotois ia liuskoja (11)-(18) , joita vasten libellin (8) yläpinta painetaan ja kiinnitetään jollain tunnetulla ta- 20 valla·

Kuviossa 7 on esitetty eräs sähkökaavio keksinnön soveltamiseksi . Oskillaattori (22) syöttää kanttiaaltoa keksinnön mukaiseen kallistusanturin napaan AI. Anturin kapasitanssien / 25 resistanssien kautta signaali jakautuu ulostuloihin A2 ja A3 ja edelleen signaalien vertailuosan (23) sisäänmenoihin A ja B. Virtapiiri sulkeutuu signaalien vertailuosan ja maan kautta oskillaattoriin (22). Aiemmin esitetyn mukaisesti kuplan asemasta libellissä riippuu , kuinka signaalivoimakkuudet ja-3q kautuvat linjoissa A2-A ja A3-B. Jos signaalit ovat yhtä voimakkaat , vertailu - ja vahvistinosan (23) jälkeen ulostulot C ja D ovat kummatkin logiset ”1". Tällöin NAND 2-portin (N2) ulostulo on loginen "0" ja LED 2 (L2) palaa. Tämä tarkoittaa, että anturi on tietyssä tasapainoasemassa maan veto-35 voimakentän suhteen , tietyllä signaalien vertailuosassa (23) määritellyllä tarkkuudella. Kun A-signaali on voimakkaampi kuin B-signaali , on ulostulo C loginen ”1" ja ulostulo D on "0". Tällöin NAND 1-portin (Nl) molemmat sisäänmenot ovat "1" T- 6 81672 ja ulostulo "0" , jolloin LED 1 (LI) palaa . T&mä tarkoittaa anturin kallistumista tasapainoasemasta toiseen suuntaan. Kun B-signaali on A-signaalia voimakkaampi , syttyy LED 3 (L3) NAND 3 (N3):n ohjaamana ja tarkoittaa päinvastaista kallis- 5 tumaa kuin edellinen.

Erityisesti on huomattava , että keksintöä ei ole edellä pyritty mitenkään rajoittamaan , vaan sitä voidaan muunnella oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuk-10 sen puitteissa. Niinpä libelli voidaan muotoilla litteäksi, jolloin kondensaattorilevyt saadaan edullisesti lähemmäksi toisiaan ja samalla kuplan muoto saadaan matalaksi ja litteäksi. Lisäksi merkinantolaitteina voivat toimia mitkä tahansa ihmisen aistimia signaaleja tuottavat laitteet, kuten ääni-15 merkit, tai eri merkinantolaitteiden yhdistelmät.

20 25 30 35

Claims (7)

7 81672 P ATENTTIVAATIMUK S ET

1. Menetelmä kulman tai suunnan ilmaisemiseksi , jossa kal-listusherkän libellin (4;8) tai vastaavan, tasapainoelimen (5;10) asentoa ja liikkumissuuntaa tarkkaillaan kondensaattoreista muodostetun sovitelman avulla ja merkinantolaittein ilmaistaan käyttäjälle, milloin eri kondensaattoreista saadut signaalit ovat tasapainossa keskenään ja että libelli (4;8) on osittain tai kokonaan sijoitettu ainakin kolmesta kondensaattorilevystä (1,2,3) tai (7,11,12,..n) muodostuvan kondensaattorisovitelman sähköiseen kenttään tunnettu siitä, että 1ibel1inesteen ollessa sähköä johtavaa, muodostaa libellinesteen pinta sanotuille kondensaattorilevyille , niiden kohdalle libellin sisään vastinkondensaattorilevypinnat, joiden suuruutta 1ibel1ikuplan liike säätää ja jotka ovat sähköäjohtavan 1ibe11inesteen välityksellä keskenään yhdistetty ja että tasapainoelimen (5;10 ) ollessa haluttua suuntaa tai kulmaa osoittavassa tasapainoasennossa, levylle (1;7) viety signaali saadaan ulos ainakin kahdelta levyltä (2,3) tai (11,12,13,...n) olennaisesti samansuuruisena.

2. Förfarande enligt patentkravet 1 kännetecknat därav, att tili plattan (1,7) av kondensatoranordningen (1,2, 3. eller (7,11,12,..n) förd signal är en elektrisk spännings-puls, en spänninspulskö eller växelspänning.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnettu siitä , että kondensaattorisovitelman (1,2,3) tai (7,11,12,-...n) levylle (1;7) viety signaali on sähköinen jännitepuls-si, jännitepulssijono tai vaihtojännite.

3. Anordning för att förverkliga förfarandet enligt patentkravet 1, vilken anordning bildas av kondensatorplattor (1,2, 3. eller (7,11,12,13,...n) monterade i sammanhang tili en lutningskänslig libell (4,8) , av oskillator (22) som ger elektrisk signal för plattor (1,7) och av ett elektroniskt system (23) för att behandla signaler och av signalapparater (L1,L2,L3) för att kontrollera en viss vinkel eller riktning kännetecknad därav, att anordningen omfattar Atminstone en kondensatorplatta (1,7) , som har Atminstone tvA motplattor (2,3) eller (11,12,13,..n) och väsentligt i deras fält placerad en elledande vätska innehAllande libell (4,8) och i medelställning av libellens jämnviktorgan (5,10) är för 10 81 672 kondensatorplattan (1,7) given signal frAn kondensatorplat-torna (2,3) sinsemellan eller kondensatorplattorna (11,12,13, ..n) sinsemellan möjliga väsentligt likvärdiga att mottaga.

3. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi,joka laite muodostuu kai1istusherkän libellin (4;8) yhteyteen asennetuista kondensaattorilevyistä (1,2,3) tai (7,11,12,13,. .n ), levyille (1;7 ) sähköisen signaalin antavasta oskillaattorista (22) sekä elektroniikasta (23) signaalien käsittelemiseksi ja merkinantolaitteista (L1,L2,L3) tietyn kulman tai suunnan tarkistamiseksi tunnettu siitä, että laite käsittää ainakin yhden kondensaattorilevyn (1;7), jolla on ainakin kaksi vastinlevyä (2,3) tai (11,12,13,...n) ja olennaisesti näiden kenttään sijoitettu sähköäjohtavaa nestettä sisältävä libelli (4;8) ja jonka tasapainoelimen (5;10) keskiasennossa kondensaattorilevylle (1;7) annettu β 81672 signaali on kondensaattorilevyiltä (2,3) keskenään tai kondensaattori levyi Itä (11,12,13,...0) keskenään vastaanotettavissa olennaisesti samansuuruisena.

4. Anordning enligt patentkravet 3 kännetecknad därav, att kondensatorplattorna (20) Atminstone i andra sidan av libellen (8) är formade genom att £räta kretskort (19), dA libellen (8) har passats i sagt kretskort att luta mot sagda kondensatorplattorna.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite tunnettu siitä , että kondensaattorilevyt (20) ainakin libellin (8) toiselle puolelle on muodostettu piirikorttiin (19) syövyttämällä , jolloin libelli (8) on sovitettu sanottuun piirikorttiin nojaamaan sanottuihin kondensaattorilevyihin.

5. Anordning enligt patentkravet 3 kännetecknad därav , att en eller flera kondensatorplattor (1,2,3) eller (7,11,12,13,. . . n ) är samman£ogade i libellen (4,8) genom att limma och hör till gruppen metalförhydd självhäftande märken.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite tunnettu siitä , että yksi tai useampi kondensaattorilevy (1,2,3) tai (7,11,12,13,...n) on liimaamalla kiinnitetty libelliin (4,*8) ja kuuluu ryhmään metallipäällysteiset tarrat.

6. Anordning enligt patentkravet 3 kännetecknad därav , att en eller flera kondensatorplattor (1,2,3) eller (7,11,12,13,...n) är formade pA ytan av libellen (4,8) i öns-kad punkt genom att belägga den sagda punkten med ett elle-dande material.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laite tunnettu siitä , että yksi tai useampi kondensaattorilevy (1,2,3) tai (7,11,12,13,...n) on muodostettu libellin (4;8) pinnalle haluttuun kohtaan pinnoittama1 la sanottu kohta sähköä johtavalla materiaalilla.

7. Jonkin patentti vaatimuksen 3,5,6 mukainen laite t u n-nettu siitä , että laite käsittää yhden tai useamman rengasmaisen kondensaattorilevyn, joka on sijoitettu libellin (4;8) ympär i1le. Il , 81672 1.Förfarande för att visa en vinkel eller en riktning, i vilket ställningen eller rörelseriktningen av en lutningskänslig li-bell (4,8) eller av ett motsvarande jämnviktsorgan observeras med hjälp av en anordning , som bildas av kondensatorer och med signalapparater meddelas för användaren , när signalerna f Atta av skiIda kondensatorer är sinsemellan i jämnvikt och att libellen (4,8) är delvis eller helt placerad i ett elekt-riskt fält av en kondensatoranordning bildas av Atminstone tre kondensatorplattor (1,2,3) eller (7,11,12,..n) k ä n-netecknat därav , att när 1ibellvätskan är elledan-de, bildar ytan av 1ibellvätskan för sagda kondensatorplattor i deras punkt innanför libellen motsvarande ytorna av konden-satorplattorna, storlekar av vilka libellbublans rörelse jus-terar och som är sinsemellan förbundna genom den elledande libellvätskan och att när jämnviktorganet (5,10) är i den önskad riktning eller vinkel visande jämnviktställningen, fAs till plattan (1,7) förd signal ut Atminstone frAn tvA plattor (2,3) eller (11,12,13,..n) väsentligt likvärdiga.

7. Anordning enligt n&got av patentkraven 3,5,6 kännetecknad därav, att anordningen omfattar en eller flera ringformiga kondensatorplattor , som är placerade omkring libellen (4,8) .