SU1280319A1 - Устройство дл измерени угла наклона - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к геодезическому приборостроению и позвол ет повысить точность измерений за счет уменьшени  вли ни  ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости воздушной среды. При наклоне датчика емкости рабочих конденсаторов 2 и 3 измен ютс  на оди- наковые величины, но с противоположным знаком. По сигналу, определ емому разностью токов через конденсаторы 2 и 3, детектор 12 равновеси  выдает управл ющие сигналы на делитель 10 до момента, когда мостова  измерительна  цепь не придет в состо ние равновеси . Инвертор 11 напр жени  и компенсационный конденсатор 5, введенные в устройство, устран ют вли с (С ние на результат измерени  нестабильности относительной диэлектрической с/) проницаемости жидкости, наполовину заполн ющей кольцевой канал датчика. 3 ил. 00 о со

Description

112803192

Изобретение относитс  к геодези- духом (диэлектрическую проницаемость ческому приборостроению, в частности воздуха принимаем равной единице), и

могут быть определены из выражени  ( + l)(R -rM.

С,С.

2d

где R, г

W

15

d 0

к устройствам дл  измерени  углов наклона объектов.

Целью изобретени   вл етс  повыше- 5 ние,точности измерени  угла наклону за счет уменьшени  вли ни  ошибок, обусловленных изменением, диэлектрической проницаемости воздушной среды.

На фиг. 1 показана конструкци  емкостного гидростатического датчика устройства дл  измерени  угла наклона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - структурна  схема устройства ,

В непровод щем корпусе 1 датчика находитс  кольцевой канал, вдоль стенок средней части которого расположены две пары основных электродов, образующие два рабочих конденсатора 2 и 3, а вдоль стенок нижней и верх- . ней части - две пары дополнительных электродов, образующие первый и второй компенсационные конденсаторы 4 и 5, Канал до половины заполнен диэлектрической жидкостью 6. Дл  подсоединени  к измерительной цепи уси- ройства электроды датчика имеют выводы 7.

Структурна  схема устройства (фиг. 3) соде-ржит генератор 8, трансформатор 9, управл емый делитель 10 напр жени , первый вход которого и первична  обмотка трансформатора 9 соединены с выходом .генератора 8, ин- 35 величину, причем вертор 11 напр жени , вход которого соединен с выходом делител  10, детектор 12 равновеси  и четыре конденсатора 2-5 датчика, вторые электроды которых соединены с входом детектора 12 равновеси , выход которого соединен с выходом всего устройства и с управл ющим входом делител  10. Первые электроды рабочих конденсато1 )

20

25

диэлектрическа  проницаемость жидкости; соответственно внешний и внутренний радиусы кольцевого канала;

зазор конденсаторов; центральный угол, ограничивающий две части кольцевого канала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов. Выражени  дл  емкостей С и С

компенсационных конденсаторов 4 и 5

имеют вид

. e( .. . (

(2)

30

d P 2 d

где ft - центральный угол, ограничивает щий части кольцевого канала, две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов. Когда датчик находитс  в гЬризон- тальном положении, сигнал на входе детектора 12 равновеси  отсутствует, а выходное напр жение U делител  10 равно нулю,

При наклоне датчика емкость одного рабочего конденсатора увеличиваетс , а второго - уменьшаетс  на такую же

40

С,(5 + 1)+об(-1) ; С,(е + 1)-ос(-1) ,

(3)

где 0 - измер емый угол наклона.

На входе детектора 12 равновеси  по вл етс  сигнал, определ емый раз- ров 2 и 3 соединены с концами вторич- ностью токов через рабочие кон енса- ной обмотки трансформатора 9, имею- торы. При этом детектор 12 начинает щей заземленную среднюю точку, а пер- вьщавать управл ющие сигналы на дели- вые электроды первого и второго ком- тель 10, измен   тем самым его выход- пенсационных конденсаторов 4 и 5 - с «о напр жение Ux . Этот процесс про50 должаетс  до тех пор, пока сигнал на входе детектора 12 равновеси , определ емый алгебраической суммой токов через рабочие и компенсационные конденсаторы , не станет равным нулю, т.е.

10

выходами, соответственно делител  и инвертора 11.

Устройство работает следующим образом .

При отсутствии наклона емкости Cj

и С рабочих конденсаторов 2 и 3 равны , поскольку канал датчика заполнен диэлектрической жидкостью наполовину, а втора  его половина заполнена воз55 пока мостова  измерительна  цепь не

придет в состо ние равновеси . Условие равновеси  имеет вид

kU(C,-C.)-U, (С,,, (4)

ут быть определены из ( + l)(R -rM.

С,С.

2d

где R, г

5

d 0

5 величину, причем

0

5

диэлектрическа  проницаемость жидкости; соответственно внешний и внутренний радиусы кольцевого канала;

зазор конденсаторов; центральный угол, ограничивающий две части кольцевого канала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов. Выражени  дл  емкостей С и С

компенсационных конденсаторов 4 и 5

имеют вид

. e( .. . (

(2)

0

d P 2 d

где ft - центральный угол, ограничивает щий части кольцевого канала, две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов. Когда датчик находитс  в гЬризон- тальном положении, сигнал на входе детектора 12 равновеси  отсутствует, а выходное напр жение U делител  10 равно нулю,

При наклоне датчика емкость одного рабочего конденсатора увеличиваетс , а второго - уменьшаетс  на такую же

величину, причем

С,(5 + 1)+об(-1) ; С,(е + 1)-ос(-1) ,

(3)

55 пока мостова  измерительна  цепь не

придет в состо ние равновеси . Условие равновеси  имеет вид

kU(C,-C.)-U, (С,,, (4)

312803;

где k коэффициент трансформации

трансформатора 9, определ емый отношением количества витков половины вторичной обмотки к количеству витков 5 первичной обмотки; Up - выходное напр жение питающего генератора 8,

Подставл   выражени  (2) и (З) в (4), после упрощений получаем 0

.. 2k 06 ;

(5)

где р - выходной параметр устройства численно равный U,,/и .

В состав детектора 1 2 равновеси  могут входить, например усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр нижних частот и реверсивный счетчик с тактовым генератором, а в качестве управл емого делител  10 напр жени  может использоватьс  цифроаналоговый преобразователь. Делитель 10 должен обеспечить выдачу как синфазного, так и противофазного по отношению к Ug напр жени  U дл  уравновещивани  мостовой цепи при наклоне датчика в обе стороны от горизонтального положени  .

Таким образом, согласно выражению (5), выходной параметр устройства (например, цифровой код) пр мопропор ционален углу наклона и не зависит от значени  диэлектрической проницаемости , изменени  которой (например , температурные) могут приводить к погрешност м в дес тые доли и даже единицы процентов.

С помощью предлагаемого устройства можно измер ть углы наклона до значений, близких ±45 от горизон-г. тальной плоскости.

Введение в устройство дл  измерени  угла наклона инвертора напр жени , а в емкостный гидростатический датчик второго, компенсационного кон- денсатора позвол ет устранить вли ние на результат измерени  нестабиль;

94

ности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполн ющей кольцевой канал датчика, и тем самым повысить точность устройства .

Claims (1)

112 Изобретение относитс  к геодезическому приборостроению, в частности к устройствам дл  измерени  углов наклона объектов. Целью изобретени   вл етс  повыше ние,точности измерени  угла наклону за счет уменьшени  вли ни  ошибок, обусловленных изменением, диэлектрической проницаемости воздушной среды На фиг. 1 показана конструкци  емкостного гидростатического датчика устройства дл  измерени  угла наклона; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3 - структурна  схема устройства , В непровод щем корпусе 1 датчика находитс  кольцевой канал, вдоль стенок средней части которого расположены две пары основных электродов, образующие два рабочих конденсатора 2 и 3, а вдоль стенок нижней и верх . ней части - две пары дополнительных электродов, образующие первый и второй компенсационные конденсаторы 4 и 5, Канал до половины заполнен диэлектрической жидкостью 6. Дл  подсоединени  к измерительной цепи усиройства электроды датчика имеют выводы 7. Структурна  схема устройства (фиг. 3) соде-ржит генератор 8, транс форматор 9, управл емый делитель 10 напр жени , первый вход которого и первична  обмотка трансформатора 9 соединены с выходом .генератора 8, инвертор 11 напр жени , вход которого соединен с выходом делител  10, детектор 12 равновеси  и четыре конден сатора 2-5 датчика, вторые электроды которых соединены с входом детектора 12 равновеси , выход которого соединен с выходом всего устройства и с управл ющим входом делител  10. Первые электроды рабочих конденсаторов 2 и 3 соединены с концами вторич ной обмотки трансформатора 9, имеющей заземленную среднюю точку, а пер вые электроды первого и второго компенсационных конденсаторов 4 и 5 - с выходами, соответственно делител  и инвертора 11. Устройство работает следующим образом . При отсутствии наклона емкости Cj и С рабочих конденсаторов 2 и 3 рав ны, поскольку канал датчика заполнен диэлектрической жидкостью наполовину а втора  его половина заполнена воз92 духом (диэлектрическую проницаемость воздуха принимаем равной единице), и могут быть определены из выражени  ( + l)(R-rM. С,С. диэлектрическа  проницаемость жидкости; соответственно внешний и внутренний радиусы кольцевого канала; зазор конденсаторов; центральный угол, ограничивающий две части кольцевого канала, противоположные стенки которых образованы электродами рабочих конденсаторов. Выражени  дл  емкостей С и С компенсационных конденсаторов 4 и 5 имеют вид . e( .. . ( d P 2 d где ft - центральный угол, ограничивает щий части кольцевого канала, две стенки которых образованы электродами компенсационных конденсаторов. Когда датчик находитс  в гЬризонтальном положении, сигнал на входе детектора 12 равновеси  отсутствует, а выходное напр жение U делител  10 равно нулю, При наклоне датчика емкость одного рабочего конденсатора увеличиваетс , а второго - уменьшаетс  на такую же величину, причем С,(5 + 1)+об(-1) ; С,(е + 1)-ос(-1) , где 0 - измер емый угол наклона. На входе детектора 12 равновеси  по вл етс  сигнал, определ емый разностью токов через рабочие кон енсаторы . При этом детектор 12 начинает вьщавать управл ющие сигналы на делитель 10, измен   тем самым его выход«о напр жение Ux . Этот процесс продолжаетс  до тех пор, пока сигнал на входе детектора 12 равновеси , определ емый алгебраической суммой токов через рабочие и компенсационные конденсаторы , не станет равным нулю, т.е. пока мостова  измерительна  цепь не придет в состо ние равновеси . Условие равновеси  имеет вид kU(C,-C.)-U, (С,,, (4) 31 где k коэффициент трансформации трансформатора 9, определ емый отношением количества витков половины вторичной о мотки к количеству витков первичной обмотки; Up - выходное напр жение питающего генератора 8, Подставл   выражени  (2) и (З) в (4), после упрощений получаем .. 2k 06 ; где р - выходной параметр устройства численно равный U,,/и . В состав детектора 1 2 равновеси  могут входить, например усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр нижних частот и реверсивный счетчик с тактовым генератором, а в качестве управл емого делител  10 напр жени  может использоватьс  цифроаналоговый преобразователь. Делитель 10 должен обеспечить выдачу как синфазного, та и противофазного по отношению к Ug напр жени  U дл  уравновещивани  мостовой цепи при наклоне датчика в обе стороны от горизонтального положени  . Таким образом, согласно выражению (5), выходной параметр устройства (например, цифровой код) пр мопропор ционален углу наклона и не зависит от значени  диэлектрической проницаемости , изменени  которой (например , температурные) могут приводить к погрешност м в дес тые доли и даже единицы процентов. С помощью предлагаемого устройства можно измер ть углы наклона до значений, близких ±45 от горизон-г. тальной плоскости. Введение в устройство дл  измерени  угла наклона инвертора напр жени , а в емкостный гидростатический датчик второго, компенсационного конденсатора позвол ет устранить вли ние на результат измерени  нестабиль 94 ности относительной диэлектрической проницаемости жидкости, наполовину заполн ющей кольцевой канал датчика, и тем самым повысить точность устройства . Формула изобретени  Устройство дл  измерени  угла наклона, содержащее генератор, трансформатор , соединенный с ним первичной обмоткой, управл емый делитель напр жени , вход которого соединен с выходом генератора, детектор равновеси , выход которого соединен с выходом устройства и с управл ющим входом делител , и емкостной гидростатический датчик, размещенный в корпусе из непровод щего материала с выполненным в нем вертикальным кольцевым каналом, наполовину заполненным диэлектрической жидкостью, вдоль торцовых стенок средней части которого расположены два основных конденсатора, а в нижней части размещен компенсационный конденсатор, причем первые электроды основных конденсаторов соединены с соответствующими выходами вторичной обмотки трансформатора, средн   точка которой соединена с общим проводом первичной обмотки, первый электрод компенсационного конденсатора соединен с выходом делител , а все вторые электроды соединены с входом детектора равновеси , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  вли ни  ошибок, обусловленных изменением диэлектрической проницаемости среды, в зазоре основных конденсаторов , оно снабжено инвертором напр жени , вход которого св зан с выходом делител , а выход соединен с первым электродом введенного дополнительно второго компенсационного конденсатора , расположенного в верхней части кольцевого канала.

f(-A

Фиг. 2