RU2478186C1 - Electro-optical pendulum level sensor - Google Patents

Electro-optical pendulum level sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2478186C1
RU2478186C1 RU2011144432/28A RU2011144432A RU2478186C1 RU 2478186 C1 RU2478186 C1 RU 2478186C1 RU 2011144432/28 A RU2011144432/28 A RU 2011144432/28A RU 2011144432 A RU2011144432 A RU 2011144432A RU 2478186 C1 RU2478186 C1 RU 2478186C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pendulum
light
light detectors
unit
calculating
Prior art date
Application number
RU2011144432/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Яковлевич Распопов
Роман Владимирович Алалуев
Юрий Владимирович Иванов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2011144432/28A priority Critical patent/RU2478186C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2478186C1 publication Critical patent/RU2478186C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.SUBSTANCE: level sensor has a pendulum, a light emitter, a line of light detectors and a housing. This scheme includes a slit diaphragm, a switch, a comparator, a reference voltage source, a unit for calculating the number of the middle illuminated light detector, a unit for calculating linear and angular displacement of the pendulum. The light emitter and the slit diaphragm are located on the pendulum and the line of light detectors is located on the housing symmetrically about the pendulum at a certain distance. Outputs of the light detectors are connected to inputs of the switch, the output of which is connected to the first input of the comparator. The second input of the comparator is connected to the output of the reference voltage source and the output of the comparator is connected through the unit for calculating the number of the middle illuminated light detector to the input of the unit for calculating linear and angular displacement of the pendulum. The slit diaphragm forms a narrow radiation beam which illuminates a limited number of light detectors. Signals from the outputs of all light detectors are compared with the reference voltage, as a result of which the index numbers of the illuminated light detectors are determined. The index number of the middle illuminated light detector is then determined.EFFECT: high accuracy and resolution when measuring the angle of deviation of a pendulum owing to narrowing of the radiation beam by the slit diaphragm and use of a device for processing the signal from the light detectors.2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для измерения отклонения объекта в вертикальной плоскости и может быть использовано для контроля и выправки положения железнодорожного полотна.The invention relates to devices for measuring the deviation of an object in a vertical plane and can be used to control and straighten the position of the railway track.

Известен маятниковый датчик уровня ELT-133.00 фирмы «Plasser & Thuerer» (Австрия) [Распопов В.Я., Иванов Ю.В., Зотов С.А. Датчики уровня систем управления выправочных железнодорожных машин // Датчики и системы - 1999. - №4. - С.40-43]. Он содержит массивный маятник, корпус, в нижней части которого имеется ванна, профиль которой повторяет профиль нижней части маятника по его радиусу. В ванне находится демпфирующая жидкость. Подвес маятника в корпусе выполнен с помощью оси, жестко связанной с маятником, и двух шарикоподшипниковых опор. С осью подвеса маятника связана ось вращения потенциометрического датчика угла.Known pendulum level sensor ELT-133.00 firm "Plasser & Thuerer" (Austria) [Raspopov V.Ya., Ivanov Yu.V., Zotov S.A. Sensors of the level of control systems for straightening railway machines // Sensors and systems - 1999. - No. 4. - S.40-43]. It contains a massive pendulum, a casing in the lower part of which there is a bath, the profile of which repeats the profile of the lower part of the pendulum along its radius. There is damping fluid in the bath. The pendulum is suspended in the housing using an axis rigidly connected to the pendulum and two ball-bearing supports. The axis of rotation of the pendulum is associated with the axis of rotation of the potentiometric angle sensor.

Передача колебаний маятника на ось вращения потенциометра происходит с помощью шкивов и гибкой передачи (стальной тросик, кордовая нить, зубчатый ремень). Основным недостатком такого способа съема сигнала является наличие статической погрешности датчика, обусловленной моментом трения в механической передаче. Кроме того, имеет место износ потенциометра как при работе, так и при транспортировке датчика.The vibration of the pendulum is transmitted to the axis of rotation of the potentiometer using pulleys and flexible transmission (steel cable, cord, gear belt). The main disadvantage of this method of signal pickup is the presence of a static sensor error due to the friction moment in a mechanical transmission. In addition, there is wear on the potentiometer both during operation and during transportation of the sensor.

Таким образом, к недостаткам прибора можно отнести наличие у него значительной статической погрешности, обусловленной моментом трения в механической передаче, которая ограничивает возможности его применения.Thus, the disadvantages of the device include the presence of a significant static error due to the moment of friction in a mechanical transmission, which limits the possibility of its use.

Прототипом является устройство для контроля перемещений, выполненное в соответствии с патентом РФ №2150086. Оно имеет два блока датчиков, расположенных перпендикулярно друг другу, каждый блок выполнен в виде маятника, на конце которого расположен излучатель света, а на шкале находится ряд светоприемников, расположенных симметрично относительно маятника на некотором расстоянии.The prototype is a device for controlling movements, made in accordance with the patent of the Russian Federation No. 2150086. It has two blocks of sensors located perpendicular to each other, each block is made in the form of a pendulum, at the end of which there is a light emitter, and on the scale there are a number of light detectors located symmetrically with respect to the pendulum at a certain distance.

Недостатком устройства является то, что излучатель света за счет расхождения пучка засвечивает сразу несколько светоприемников, что снижает разрешающую способность и точность определения угла отклонения маятника.The disadvantage of this device is that the light emitter due to beam divergence illuminates several light detectors at once, which reduces the resolution and accuracy of determining the angle of deviation of the pendulum.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности и разрешающей способности при измерении угла отклонения маятника за счет сужения пучка излучения с помощью щелевой диафрагмы и применения устройства обработки сигнала светоприемников.The technical task of the invention is to improve the accuracy and resolution when measuring the angle of deviation of the pendulum due to the narrowing of the radiation beam using a slit diaphragm and the use of a signal processing device for light detectors.

Поставленная техническая задача в предлагаемом изобретении решена тем, что оптико-электронный маятниковый датчик уровня содержит маятник, излучатель света, щелевую диафрагму, ряд светоприемников, корпус, коммутатор, устройство сравнения, источник опорного напряжения, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников, блок вычисления линейного и углового смещения маятника, причем излучатель света и щелевая диафрагма расположены на маятнике, а ряд светоприемников - на корпусе симметрично относительно маятника на некотором расстоянии, выходы светоприемников соединены со входами коммутатора, выход которого соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход устройства сравнения соединен с выходом источника опорного напряжения, выход устройства сравнения через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещения маятника.The stated technical problem in the present invention is solved in that the optoelectronic pendulum level sensor comprises a pendulum, a light emitter, a slit diaphragm, a number of light detectors, a housing, a switch, a comparison device, a reference voltage source, a unit for calculating the number of the middle of the illuminated light receivers, a linear calculation unit and angular displacement of the pendulum, moreover, the light emitter and the slit diaphragm are located on the pendulum, and a number of light detectors on the body are symmetrical with respect to the pendulum for some distance, the outputs of the light detectors are connected to the inputs of the switch, the output of which is connected to the first input of the comparison device, the second input of the comparison device is connected to the output of the reference voltage source, the output of the comparison device through the unit number calculation of the middle of the illuminated light receivers is connected to the input of the linear and angular displacement calculator of the pendulum .

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что щелевая диафрагма формирует узкий пучок излучения, который засвечивает ограниченное число светоприемников. Сигналы с выходов всех светоприемников сравниваются с опорным напряжением, в результате чего определяются порядковые номера засвеченных светоприемников. Затем вычисляется порядковый номер среднего из засвеченных светоприемников. Таким образом, зная размеры светоприемников и величину расстояния между ними, можно определить линейное и угловое перемещение маятника с высокой точностью и разрешающей способностью.The essence of the invention lies in the fact that the slit diaphragm forms a narrow beam of radiation that illuminates a limited number of light detectors. The signals from the outputs of all the light detectors are compared with the reference voltage, as a result of which the serial numbers of the illuminated light receivers are determined. Then, the serial number of the average of the illuminated light receivers is calculated. Thus, knowing the sizes of the light detectors and the distance between them, it is possible to determine the linear and angular movement of the pendulum with high accuracy and resolution.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана структурная схема оптико-электронного маятникового датчика уровня. На фиг.2 показан сигнал, формируемый на выходах светоприемников.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a structural diagram of an optoelectronic pendulum level sensor. Figure 2 shows the signal generated at the outputs of the light receivers.

Предлагаемый оптико-электронный маятниковый датчик уровня содержит маятник 1, излучатель света 2, щелевую диафрагму 3, ряд светоприемников 4, корпус 5, коммутатор 6, устройство сравнения 7, источник опорного напряжения 8, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников 9 и блок вычисления линейного и углового смещения маятника 10, причем излучатель света 2 и щелевая диафрагма 3 расположены на маятнике 1, а ряд светоприемников 4 - на корпусе симметрично относительно маятника 1 на некотором расстоянии, выходы светоприемников 4 соединены со входами коммутатора 6, а его выход соединен с первым входом устройства сравнения 7, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения 8, выход устройства сравнения 7 через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников 9 соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещения маятника 10.The proposed optoelectronic pendulum level sensor comprises a pendulum 1, a light emitter 2, a slit diaphragm 3, a row of light detectors 4, a housing 5, a switch 6, a comparison device 7, a reference voltage source 8, a unit for calculating the number of the middle of the illuminated light receivers 9, and a linear calculation unit and angular displacement of the pendulum 10, and the light emitter 2 and the slotted diaphragm 3 are located on the pendulum 1, and a number of light detectors 4 on the body are symmetrical with respect to the pendulum 1 at a certain distance, the outputs of the light detectors 4 are connected connected to the inputs of the switch 6, and its output is connected to the first input of the comparison device 7, the second input of which is connected to the output of the reference voltage source 8, the output of the comparison device 7 through the unit for calculating the number of the middle of the illuminated light receivers 9 is connected to the input of the unit for calculating linear and angular displacement pendulum 10.

Работа устройства происходит следующим образом. При отклонении маятника 1 от первоначального положения относительно корпуса 5 световой пучок от излучателя света 2, сформированный щелевой диафрагмой 3, смещается относительно ряда светоприемников 4, засвечивая несколько из них. В результате на выходах светоприемников формируются сигналы, показанные на фиг.2, которые поступают на входы коммутатора 6. В устройстве сравнения 7 сигналы с выхода каждого светоприемника сравниваются с опорным напряжением, формируемым источником опорного напряжения 8. В результате определяются номера светоприемников i и i+m, сигнал на выходе которых равен опорному напряжению. Причем число засвеченных светоприемников m является постоянной величиной для данной конструкции и в основном определяется шириной щели диафрагмы. Далее в блоке 9 определяется номер среднего из засвеченных светоприемниковThe operation of the device is as follows. When the pendulum 1 deviates from its initial position relative to the housing 5, the light beam from the light emitter 2, formed by the slit diaphragm 3, is shifted relative to a number of light detectors 4, illuminating several of them. As a result, the signals shown in Fig. 2 are generated at the outputs of the light receivers, which are fed to the inputs of the switch 6. In the comparison device 7, the signals from the output of each light receiver are compared with the reference voltage generated by the reference voltage source 8. As a result, the numbers of the light receivers i and i + are determined m, the output signal of which is equal to the reference voltage. Moreover, the number of illuminated light detectors m is a constant value for this design and is mainly determined by the width of the slit of the diaphragm. Next, in block 9, the number of the middle of the illuminated light receivers is determined

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Линейное смещение маятника определяется в блоке 10 по формулеThe linear displacement of the pendulum is determined in block 10 by the formula

Δl=Δj(d+c),Δl = Δj (d + c),

где Δj - значение приращения номера засвеченного светоприемника;where Δj is the increment value of the number of the illuminated light receiver;

d - ширина светоприемника;d is the width of the light receiver;

с - расстояние между соседними светоприемниками.C is the distance between adjacent light receivers.

Угловое смещение маятника определяется по формулеThe angular displacement of the pendulum is determined by the formula

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где R - расстояние от оси подвеса маятника до светоприемника.where R is the distance from the suspension axis of the pendulum to the light receiver.

Применение такого алгоритма обработки сигналов позволяет повысить разрешающую способность определения смещения маятника до значения d+c, несмотря на то что одновременно засвечивается несколько светоприемников. Блоки вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников 9 и вычисления линейного и углового смещения маятника 10 могут быть реализованы в виде программируемого микропроцессорного устройства.The use of such a signal processing algorithm can increase the resolution of determining the pendulum displacement to d + c, despite the fact that several light detectors are simultaneously illuminated. Blocks for calculating the number of the middle of the illuminated light receivers 9 and calculating the linear and angular displacement of the pendulum 10 can be implemented as a programmable microprocessor device.

Таким образом, совокупность признаков предлагаемого устройства, реализация которых может быть выполнена в соответствии фиг.1, позволяет повысить точность и разрешающую способность при измерении угла отклонения маятника за счет сужения пучка излучения с помощью щелевой диафрагмы и применения обработки сигнала светоприемников.Thus, the set of features of the proposed device, the implementation of which can be performed in accordance with figure 1, can improve the accuracy and resolution when measuring the angle of deviation of the pendulum due to the narrowing of the radiation beam using a slit diaphragm and the use of signal processing of light detectors.

Claims (1)

Оптико-электронный маятниковый датчик уровня, содержащий маятник, излучатель света, ряд светоприемников, корпус, отличающийся тем, что в него дополнительно введены щелевая диафрагма, коммутатор, устройство сравнения, источник опорного напряжения, блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников и блок вычисления линейного и углового смещений маятника, причем излучатель света и щелевая диафрагма расположены на маятнике, а ряд светоприемников - на корпусе симметрично относительно маятника на некотором расстоянии, выходы светоприемников соединены со входами коммутатора, а его выход соединен с первым входом устройства сравнения, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход устройства сравнения через блок вычисления номера среднего из засвеченных светоприемников соединен со входом блока вычисления линейного и углового смещений маятника. An optical-electronic pendulum level sensor containing a pendulum, a light emitter, a number of light detectors, a housing, characterized in that a slit diaphragm, a switch, a comparison device, a reference voltage source, a unit for calculating the number of the middle of the illuminated light receivers and a linear and angular displacements of the pendulum, with the light emitter and the slit diaphragm located on the pendulum, and a number of light detectors on the body symmetrically with respect to the pendulum at a certain distance, outputs with the wind receivers are connected to the inputs of the switch, and its output is connected to the first input of the comparison device, the second input of which is connected to the output of the reference voltage source, the output of the comparison device through the unit for calculating the number of the middle of the illuminated light receivers is connected to the input of the unit for calculating the linear and angular displacements of the pendulum.
RU2011144432/28A 2011-11-03 2011-11-03 Electro-optical pendulum level sensor RU2478186C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011144432/28A RU2478186C1 (en) 2011-11-03 2011-11-03 Electro-optical pendulum level sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011144432/28A RU2478186C1 (en) 2011-11-03 2011-11-03 Electro-optical pendulum level sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2478186C1 true RU2478186C1 (en) 2013-03-27

Family

ID=49151455

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011144432/28A RU2478186C1 (en) 2011-11-03 2011-11-03 Electro-optical pendulum level sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2478186C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807094C1 (en) * 2022-05-31 2023-11-09 Алексей Николаевич Кукушкин Fibre-optic pendulum tilt sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU717530A1 (en) * 1978-01-13 1980-02-25 Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Inclination angle sensor
SU970106A1 (en) * 1979-06-25 1982-10-30 Предприятие П/Я А-3214 Device for determination of object tilt angle
RU2150086C1 (en) * 1998-11-16 2000-05-27 Тюменский государственный нефтегазовый университет Device monitoring movements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU717530A1 (en) * 1978-01-13 1980-02-25 Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела Inclination angle sensor
SU970106A1 (en) * 1979-06-25 1982-10-30 Предприятие П/Я А-3214 Device for determination of object tilt angle
RU2150086C1 (en) * 1998-11-16 2000-05-27 Тюменский государственный нефтегазовый университет Device monitoring movements

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2807094C1 (en) * 2022-05-31 2023-11-09 Алексей Николаевич Кукушкин Fibre-optic pendulum tilt sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7024780B2 (en) Method and device for determining the rectilinearity of guide rails
EP2482040A3 (en) Optical Encoder with Misalignment Detection and Adjustment Method Associated Therewith
RU2013138568A (en) DEVICE FOR MEASURING DEFORMATIONS AND METHOD FOR MEASURING DEFORMATIONS
TW200506316A (en) Displacement gauge and displacement measuring method
CN104949620A (en) Correction device and correction method for optical measuring apparatus
KR20100131452A (en) Method to check and control a roller bending machine for continuously bending an elongated workpiece at variable curvature radii, and machine so controlled
CN103983195B (en) A kind of high-accuracy grating scale rapid measurement device and method thereof
WO2019076364A1 (en) Laser-based track regularity detection apparatus and method
US10823587B2 (en) Measurement encoder
DE502004004889D1 (en) METHOD AND MEASUREMENT DEVICE FOR CONTACTLESS MEASUREMENT OF ANGLE OR WINCH CHANGES IN OBJECTS
FR2999726B1 (en) MEASURING DEVICE AND METHOD FOR REFERENCING A LASER TELEMETER
GB2416835C (en) Method and apparatus for studying surfaces
CN110240038A (en) A kind of elevator traction sheave sliding amount detecting device and method
RU2478186C1 (en) Electro-optical pendulum level sensor
JP6430874B2 (en) Measuring method
US20200378803A1 (en) Optical encoder
CN105783738B (en) A kind of measurement method of increment type small-range displacement sensor
KR20070066541A (en) 3 dimensional displacement measurement apparatus of structure using digital image processing and the method thereof
KR20190104184A (en) Detection device
CN203964869U (en) A kind of high-accuracy grating scale rapid measurement device
US20180031596A1 (en) Speed Analyzer
CN205619887U (en) Micro displacement sensor is measured to increment formula in turn
CN205619889U (en) Novel micro displacement sensor is measured to increment formula in turn
RU2788324C1 (en) Device for control of pipe linearity
EP3527953B1 (en) Methods to calculate the shape of a mask slots of an optical incremental encoder

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20131104