датчик угла отклонения от вертикали

Формула изобретения

Датчик угла отклонения от вертикали, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями, установленные под углом 45° к его основанию и сопряженные друг с другом посредством границы раздела жидкостей ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного детектора, отличающийся тем, что датчик дополнительно снабжен вторым приемником ультразвука, вторым модулем предварительной обработки сигнала, вторым амплитудным детектором и дифференциальным усилителем, причем первый и второй приемники ультразвука расположены соосно так, что их ось симметрии в измерительной плоскости составляет угол 45° к основанию датчика, и равноудалены от центра фронта ультразвуковой волны, таким образом, что фронт ультразвуковой волны перекрывает первый и второй приемники ультразвука в равной степени при отсутствии отклонения от вертикали, второй приемник ультразвука соединен со вторым модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом второго амплитудного детектора, а амплитудные детекторы первого и второго приемников ультразвука подключены ко входам дифференциального усилителя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения углов отклонения от вертикали различных объектов.

Известно устройство для измерения углов наклона объекта, корпус которого имеет цилиндрическую камеру, заполненную диэлектрической и электропроводной жидкостями так, что граница их раздела проходит через центр камеры. На плоских торцевых частях корпуса расположены секторные электроды, образующие вместе с электропроводной жидкостью дифференциальный конденсатор. Измерение углов наклона производится по изменению величин дифференциальных емкостей /1/.

Указанное устройство имеет невысокий порог чувствительности, что ограничивает точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. В корпусе установлены под углом 45° к его основанию и сопряжены друг с другом посредством границы раздела жидкостей ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен с входом амплитудного детектора. Изменение углов отклонения от вертикали осуществляется по изменению амплитуды сигнала /2/.

Однако известное устройство позволяет измерять модуль угла отклонения от вертикали, при этом отсутствует возможность регистрировать направление отклонения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в возможности измерения угла отклонения от вертикали и регистрации направления отклонения.

Это достигается тем, что датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью, установленные под углом 45° к его основанию, ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен с входом амплитудного детектора, дополнительно снабжен вторым приемником ультразвука, вторым модулем предварительной обработки сигнала, вторым амплитудным детектором и дифференциальным усилителем, причем первый и второй приемники ультразвука расположены соосно так, что их ось симметрии в измерительной плоскости составляет угол 45° к основанию датчика, и равноудалены от центра фронта ультразвуковой волны таким образом, что фронт ультразвуковой волны перекрывает первый и второй приемники ультразвука в равной степени при отсутствии отклонения от вертикали, второй приемник ультразвука соединен с вторым модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен с входом второго амплитудного детектора, а амплитудные детекторы первого и второго приемников ультразвука подключены к входам дифференциального усилителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого датчика.

Датчик содержит корпус 1 с цилиндрической камерой, заполненной в равных частях двумя несмешивающимися жидкостями 2 и 3 с различной плотностью. Под углом 45° к плоскости основания корпуса в его верхней части располагаются излучатель 5 и приемники 6 и 7 ультразвука. Излучатель сопряжен с приемниками посредством границы раздела жидкостей 4. Излучатель 5 соединен с выходом генератора 8, а приемники 6 и 7 подключены к модулям предварительной обработки сигнала соответственно 9 и 11, выходы которых соединены с входами амплитудных детекторов соответственно 10 и 12. Выходы амплитудных детекторов 10 и 12 подключены к входам дифференциального усилителя 13.

Датчик работает следующим образом.

Электрические колебания генератора 8 преобразуются излучателем 5 в ультразвуковые колебания и излучаются в жидкость 2. Отразившись от границы раздела жидкостей 4, они попадают на приемники 6 и 7, где снова преобразуются в электрические сигналы, которые поступают на модули соответственно 9 и 11, осуществляющие согласование электрических параметров приемников и последующих преобразователей, усиление и пр., и далее на амплитудные детекторы соответственно 10 и 12. Выходы амплитудных детекторов подключены к входам дифференциального усилителя 13. При отсутствии угловых отклонений фронт ультразвуковой волны перекрывает приемники 6 и 7 в равной степени, соответственно на них попадает равная часть излучения от передатчика 5, следовательно, амплитуды электрических сигналов на выходах приемников равны и сигнал на выходе дифференциального усилителя равен нулю. При отклонении корпуса датчика влево появляются угловые рассогласования между камерой и поверхностью раздела жидкостей, вследствие чего фронт волны будет перекрывать приемник 7 в большей степени, а приемник 6 - в меньшей, соответственно на приемник 7 попадет большая часть излучения от излучателя 5, а на приемник 6 - меньшая. Следовательно, амплитуда электрического сигнала на выходе приемника 7 увеличится, а на выходе приемника 6 - уменьшится, и на выходе соответствующих амплитудных детекторов произойдет уменьшение и увеличение сигналов. Таким образом, на выходе дифференциального усилителя появится положительный разностный сигнал. При отклонении корпуса датчика вправо на приемник 6 попадет большая часть излучения, а на приемник 7 - меньшая, следовательно, на выходе дифференциального усилителя появится отрицательный разностный сигнал. Таким образом, сигнал на выходе дифференциального усилителя несет информацию об угле отклонения от вертикали, а его знак - о направлении отклонения.

Данное устройство позволяет измерять угол отклонения от вертикали различных объектов и регистрировать направление отклонения, а также увеличивает чувствительность датчика в два раза.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ

1. А.С. СССР № 152546, МКИ G 01 C 9/18.

2. А.С. РФ 2093791, публ. 14.01.1998 - прототип.