RU178674U1

RU178674U1 - Инклинометр

Info

Publication number: RU178674U1
Application number: RU2017132755U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Жуков; Илья Васильевич Щербо; Иван Михайлович Петроченков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Самара"
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2018-04-17

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения углов наклона объектов и оборудования на производстве и в быту. Инклинометр содержит корпус с экраном для вывода информации, выполненный в форме прямоугольного параллелепипеда, а также установленные внутри корпуса микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, датчик температуры, блок лазерного целеуказания, снабженный специальной линзой, проецирующей две перекрещивающиеся под 90° световые плоскости, блок питания, блок управления и датчик измерения угла наклона в виде трехосевого акселерометра. Технический результат – определение точного угла наклона исследуемой плоскости или направляющей контактным или дистанционным способом. 2 ил.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения углов наклона объектов и оборудования на производстве и в быту, в том числе для проведения разбивочных работ в строительстве и ремонте, контроле углов откосов котлованов, монтаже и проверке установки оборудования по отношению к действию силы гравитации земли, позволяет проводить измерения контактным и дистанционным способом.

Известен цифровой измеритель уклонов (патент РФ №2166732, 2001 г.), содержащий корпус с рабочей поверхностью, двухкоординатный измеритель ускорения силы тяжести, электронный преобразователь, переключатель координат измерения и жидкокристаллический экран. Недостатками данного устройства является низкий диапазон измерения углов наклона до 30°, необходимость использовать переключатель выводимых на экран координат измерения, наличие всего одной рабочей поверхности с короткой опорной базой. При измерении уклонов протяженных поверхностей, например, откосов котлованов, сложно определить усредненный угол наклона поверхности из-за кривизны измеряемой поверхности и короткой рабочей поверхности цифрового измерителя уклонов.

Известен цифровой уклономер Bosh GIM 60 (www.bosch-professional.com/ru/ru/digital-inclinometr-gim-60-1-131502-0601076900.html).

Устройство выполняет функцию угломера, уклономера или цифрового уровня, встроенный точечный лазер позволяет определять направление проекции измеряемого угла наклона. Недостатком данного угломера является отсутствие отображения значения угла наклона устройства по оси ортогональной измеряемой, что приводит к неточности результатов измерений. Точечный лазерный указатель задает направление измеряемой линии угла наклона, но, в отличие от плоскостного лазерного луча, не обеспечивает качественное измерение наклона плоскостей. При помощи данного устройства невозможно проводить измерения углов наклона объектов дистанционным способом. Несмотря на то, что измерение углов наклона происходит при любом положении устройства, диапазон измерения углов наклона ограничен значениями от 0 до 90° (по каждой четверти окружности).

Известен лазерный нивелир Bosch PLL2 (www.bosch-p112.com/ru/ru/index.html), содержащий корпус с экраном для вывода информации, установленные внутри корпуса микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, датчик температуры, блок лазерного целеуказания, снабженный специальной линзой, блок питания, блок управления и датчик измерения угла наклона. Лазерный нивелир обеспечивает проекцию перекрещивающихся под 90° световых плоскостей при нивелировании, и имеет возможность наклона в горизонтальной плоскости, вокруг оси перекрещивания световых плоскостей, что позволяет измерять угол наклона по их проекции в диапазоне от 0 до 90°. Так как в устройстве применяются перекрещивающиеся под 90° световые плоскости, то по ним можно определять угол наклона в полном диапазоне 360°. Недостатками лазерного нивелира Bosch PLL2 являются невозможность определять угол наклона в вертикальной плоскости и невозможность измерять наклон приложением устройства к измеряемой поверхности.

Лазерный нивелир Bosh PLL2 является наиболее близким устройством к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату и выбран в качестве прототипа предполагаемой полезной модели.

Техническим результатом полезной модели является: определение точного угла наклона исследуемой плоскости или направляющей, контактным или дистанционным способом за счет дополнительного контроля углов наклона по осям, ортогональным измеряемой.

Технический результат достигается тем, что инклинометр содержит корпус с экраном для вывода информации, а также установленные внутри корпуса микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, датчик температуры, блок лазерного целеуказания, снабженный специальной линзой, проецирующей две перекрещивающиеся под 90° световые плоскости, блок питания, блок управления и датчик измерения угла наклона, причем в качестве датчика измерения угла наклона применяется трехосевой акселерометр, а корпус выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, любая из сторон которого может быть выбрана как опорная при проведении измерений, при этом поверхности сторон корпуса параллельны измерительным плоскостям трехосевого акселерометра и проекциям лазерного луча, измерения углов наклона выводятся на экран прибора в полном диапазоне от 0 до 360° по всем трем осям.

На фиг. 1 представлен общий вид инклинометра, на фиг. 2 представлена укрупненная электронная схема инклинометра.

Инклинометр содержит корпус 8 с экраном 4 для вывода значений измерений и показа режимов работы. Внутри корпуса 8 размещены микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем 3, датчик температуры 5, блок лазерного целеуказания 2, снабженный специальной линзой, проецирующей две перекрещивающиеся под 90° световые плоскости, блок питания 6, блок управления 7 и трехосевой акселерометр 1.

Конструктивно устройство изготавливается таким образом, чтобы взаимно ортогональные оси X, Y и Z трехосевого акселерометра 1, образовали плоскости XY, XZ и YZ, расположенные параллельно верхней/нижней, правой/левой и передней/задней поверхности корпуса 8 соответственно. Плоскости XY и XZ также совмещаются с проекциями лазерного луча, создаваемыми блоком лазерного целеуказания 2, при этом ось X трехосевого акселерометра 1 направлена вдоль линии пересечения световых плоскостей. Корпус 8 представляет собой прямоугольный параллелепипед, любая сторона которого может использоваться в качестве опорной базы. Информация о текущем или зафиксированном при проведении измерений пространственном положении всех трех осей трехосевого акселерометра 1, после обработки на микроконтроллере с АЦП 3, выводится на экран 4 корпуса 8. Датчик температуры 5 предназначен для коррекции результатов измерений при перепадах температур, блок питания 6 обеспечивает устойчивую работу электронных компонентов устройства, блок управления 7 предназначен для изменения режимов работы инклинометра и проведения его настройки и калибровки.

Начальное (нулевое) положение устройства такое, при котором оси X и Y находятся в плоскости горизонта, а ось Z ортогональна осям X и Y. В таком положении сила гравитации действует только на ось Z. На экране 4 значения углов наклона по осям X и Y будет равно 0°, а значение оси Z 270° (фиг. 1).

При изменении положения трехосевого акселерометра в пространстве, будут соответственно меняться углы между его осями и горизонтом (плоскостью, ортогональной силе гравитации). Значения углов осей трехосевого акселерометра вычисляются по формулам:

,

где α_x, α_y, α_z - углы наклона осей измерений X, Y и Z,

A_x, A_y, A_z - проекции ускорения силы тяжести на оси измерений. Инклинометр работает следующим образом.

1. Измерение углов наклона направляющих или поверхностей объектов при непосредственном контакте с одной из плоскостей устройства. Для этого корпус 8 инклинометра прикладывают к измеряемой направляющей и определяют на экране 4 угол наклона по выбранной оси. При этом для обеспечения высокой точности измеряемого угла наклона, следует установить инклинометр таким образом, что бы одна из осей, перпендикулярная измеряемой, приняла значение 0°, а другая отличалась на 90° от значения угла наклона измеряемой оси.

2. Измерения по п. 1 с использованием проекций лазерного луча в качестве указателя. Для этого корпус 8 инклинометра располагают таким образом, чтобы одна из плоскостей проекции лазерного луча была параллельна измеряемой плоскости. На экране 4 определяют угол наклона по выбранной оси. При этом для обеспечения высокой точности измеряемого угла наклона, следует установить корпус 8 инклинометра таким образом, что бы одна из осей, перпендикулярная измеряемой, приняла значение 0°, а другая отличалась на 90° от значения угла наклона измеряемой оси.

3. Измерение углов наклона направляющих или поверхностей объектов дистанционным способом. Для этого корпус инклинометра 8 поворачивают таким образом, чтобы ось X трехосевого акселерометра 1 располагалась перпендикулярно измеряемой плоскости или направляющей, а одна из проекций лазерного луча проходила вдоль или параллельно измеряемой направляющей или плоскости. При этом для обеспечения высокой точности измеряемого угла наклона, следует установить корпус 8 инклинометра таким образом, чтобы одна из осей, перпендикулярная измеряемой, приняла значение 0°, а другая отличалась на 90° от значения угла наклона измеряемой оси.

4. Использование в роли лазерного уровня и отвеса, определяя нулевую горизонталь и вертикаль. Для этого корпус 8 инклинометра устанавливают горизонтально, таким образом, чтобы оси X и Y трехосевого акселерометра 1 показывали значение 0°, а ось Z трехосевого акселерометра 1 270° или 90°. Плоскость XY будет выполнять функции «горизонта», а плоскость XZ - функцию отвеса. При боковом расположении корпуса 8 инклинометра, его устанавливают таким образом, чтобы оси X и Z трехосевого акселерометра 1 показывали значение 0°, а ось Y трехосевого акселерометра 1 270° или 90°. В этом случае плоскость XY будет выполнять функцию отвеса, а плоскость XZ будет выполнять функции «горизонта».

5. Вывод проекции лазерного луча под любыми заданными углами в полном диапазоне в 360 градусов на любые поверхности. Для этого корпус 8 инклинометра устанавливают под требуемым углом для заданных осей, направляя проекцию лазерного луча на выбранную поверхность.

Реализация инклинометра возможна на базе микроконтроллеров ATmega168, ATmega328, ATmega2560, Cortex-M3 и других, имеющих энергонезависимую память минимум 512 байт для хранения данных калибровки. В качестве трехосевого акселерометра возможно применение цифрового акселерометра ADXL345 фирмы Analog Devices. Корпус инклинометра следует выполнять из алюминиевого сплава, твердого пластика или другого материала, близкого по характеристикам к сплавам на основе алюминия.

Claims

Инклинометр, содержащий корпус с экраном для вывода информации, а также установленные внутри корпуса микроконтроллер с аналого-цифровым преобразователем, датчик температуры, блок лазерного целеуказания, снабженный специальной линзой, проецирующей две перекрещивающиеся под 90° световые плоскости, блок питания, блок управления и датчик измерения угла наклона, отличающийся тем, что в качестве датчика измерения угла наклона применяется трехосевой акселерометр, а корпус выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда, любая из сторон которого может быть выбрана как опорная при проведении измерений, при этом поверхности сторон корпуса параллельны измерительным плоскостям трехосевого акселерометра и проекциям лазерного луча, измерения углов наклона выводятся на экран прибора в полном диапазоне от 0 до 360° по всем трем осям.