Устройство для определения угла наклона подвижного объекта

Классификация по МПК: G01C

Патентная информация
Патент на изобретение №: 
2065572
Дата публикации: 
Вторник, Август 20, 1996


Использование: в контрольно-измерительной технике, в частности в устройствах для определения угла наклона подвижных объектов. Сущность изобретения: в датчике угла наклона подвижного объекта, содержащего преобразователь, корпус, демпфирующую жидкость, измерительный маятник с грузом и противовесом, противовес выполнен в виде уравновешенного поплавка, масса которого равна массе груза, при этом груз и поплавок расположены симметрично относительно поворотной оси устройства, а корпус заполнен демпфирующей жидкостью до уровня, превышающего высоту измерительного маятника. 2 ил.

,


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к устройствам для определения угла наклона подвижных объектов.

Известен датчик угла наклона подвижного объекта, включающий корпус с частично наполненной жидкостью камерой, внутри индикатора установлен потенциометр, включенный в соответствующую электрическую цепь. Кроме того, индикатор содержит вращающийся вал, идущий от скользящего контакта потенциометра и снабженный жестко посажеными рычагами, перпендикулярными этому валу, на каждом из которых закреплен поплавок. Когда индикатор наклоняется, жидкость и поплавок остаются в прежнем положении относительно поверхности земли (вертикали), скользящий контакт, соответственно изменяя сопротивление потенциометра, создает выходное напряжение, которое можно скоррелировать с углом наклона индикатора. Устройство включает в себя также пpотивовес, установленный перпендикулярно вращающемуся валу и рычагам, который стабилизирует вал и поплавковое устройство в момент ускорений и других аналогичных явлений.

К недостаткам данного датчика угла наклона следует отнести неустойчивое равновесие, в котором находится чувствительная система поплавок-противовес, кроме того, на результаты измерений в данном устройстве влияют отраженные волны от стенок камеры датчика. Это влияние при использовании жидкости с большей вязкостью может быть уменьшено. Однако при этом будет соответственно увеличена инерционность системы в целом, что отрицательно влияет на результаты измерений [1]
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения угла наклона подвижного объекта, содержащее измерительный маятник с грузом, выполненным в виде постоянного магнита, преобразователь и демпфер, груз маятника содержит второй магнит и имеет подковообразную форму, а демпфер выполнен в виде трубки из диамагнитного материала с размещенным в ней свободноподвижным телом из ферромагнитного материала. Трубка охвачена подковообразным грузом маятника так, что магниты расположены по обе стороны трубки встречно одноименными полюсами, а масса груза составляет не более половины массы свободноподвижного тела. Маятник устройства имеет противовес, выполненный с возможностью перемещения вдоль оси маятника, трубка из диамагнитного материала заполнена вязкой жидкостью и выполнена в виде дуги эллипса, центр которого совмещен с осью вращения маятника, а свободноподвижное тело выполнено в виде шара [2]
Устройство за счет уменьшения инерции маятника путем введения противовеса и шарика обеспечивает более высокую точность и надежность показаний. Однако недостатком устройства является: при сбалансированности маятника (груз-противовес) в целом отсутствие компенсации влияния ускорений (инерции шарика) на точность измерений. Уменьшение влияния ускорений может быть достигнуто путем уменьшения массы шарика, при этом необходимо использование магнитных или электростатических подвесов вместо шарикоподшипников, что существенно усложняет устройство. Кроме того, недостатком данного устройства является необходимость преобразования угла наклона маятника в соответствии с коэффициентом сжатия эллипса, обуславливающего траекторию движения маятника (свободноподвижного шара).

Техническим результатом от использования изобретения является уменьшение влияния линейных ускорений на результаты измерений.

Технический результат достигается за счет того, что в датчике угла наклона подвижного объекта, содержащего преобразователь, корпус, демпфирующую жидкость, измерительный маятник с грузом и противовесом, противовес выполнен в виде уравновешенного поплавка, масса которого равна массе груза, при этом груз и поплавок расположены симметрично относительно поворотной оси устройства, а корпус заполнен демпфирующей жидкостью до уровня, превышающего высоту измерительного маятника.

Вследствие того что измерительный маятник имеет указанные конструктивные особенности, поплавок и груз маятника имеют равные моменты инерции, что делает маятник слабо чувствительным к линейным ускорениям. При этом, так как противовес выполнен в виде уравновешенного поплавка, сохраняется чувствительность маятника к изменению углов наклона (сохранению вертикали места).

Таким образом уменьшается влияние линейных ускорений на результаты измерений. Кроме того, в данном устройстве отсутствует необходимость преобразования измеряемой величины для получения истинного угла наклона. Все это обуславливает увеличение точности измерений.

На фиг. 1 приведена схема датчика угла наклона объекта при отсутствии угла наклона; на фиг.2 то же, при наличии угла наклона.

Датчик угла наклона подвижного объекта содержит корпус 1, заполненный демпфирующей жидкостью 2, внутри которого расположен измерительный маятник, включающий ось вращения 3, на верхнем конце которой расположен уравновешенный поплавок 4, а на нижнем груз 5. Ось 3 вращения маятника связана с поворотной осью 6 устройства, которая в корпусе 1 установлена с помощью подшипников 7 и 8 и связана с преобразователем 9. Со стороны преобразователя 9 поворотная ось 6 герметично закрыта эластичной резиновой диафрагмой 10. В качестве преобразователя 9 может быть использован, например, сельсин или вращающийся трансформатор. Уравновешенный поплавок 4 и груз 5 расположены симметрично относительно поворотной оси 6.

Горизонтирование датчика угла наклона подвижного объекта в поперечной плоскости выполняется за счет собственного веса датчика при установке его на продольной оси 1.

Поплавок 4 может быть выполнен, например, в виде основания (поршня), на которое навинчивается крышка в виде полого цилиндра. За счет изменения при ввинчивании (или вывинчивания) крышки объем ее полой части регулируется объем поплавка 4, чем достигается его уравновешенность при той или иной используемой демпфирующей жидкости 2 и при изменении условий окружающей среды. Демпфирующая жидкость 2 должна быть антикоррозийной, незамерзающей и иметь соответствующую вязкость для обеспечения демпфирования колебаний маятника.

Устройство согласно изобретению работает следующим образом. В статическом режиме (скорость объекта постоянна) при движении объекта, на котором установлен датчик угла наклона, при появлении угла наклона α объекта корпус 1 датчика угла наклона поворачивается соответственно на тот же угол a совместно со статором преобразователя 9. Измерительный маятник под действием выталкивающей силы со стороны демпфирующей жидкости 2 и силы тяжести будет стремиться занять вертикальное положение. Так как поворотная ось 6 расположена под углом 90o к продольной оси 11 устройства и соответственно к направлению движения, то преобразователь 8 выдает информацию о продольном угле a наклона подвижного объекта. При этом в данном устройстве угол отклонения маятника a соответствует углу наклона подвижного объекта, то есть отпадает необходимость в коэффициенте преобразования, что повышает точность измерений. При изменении скорости движения подвижного объекта (в динамическом режиме) на груз маятника 5 и уравновешенный поплавок 4 (противовес), имеющие равные моменты инерции, так как они расположены симметрично и имеют равные массы, будут действовать горизонтальные силы, обусловленные линейным ускорением. А так как моменты инерции груза 5 и поплавка 4 равны между собой, эти силы будут также равны между собой, и маятник не будет реагировать на эти воздействия. При изменении углового положения подвижного объекта (корпуса датчика угла) маятник будет также сохранять вертикаль места за счет компенсации массы поплавка 4 выталкивающей силой со стороны демпфирующей жидкости.

Таким образом, в отличие от известных устройств датчик угла наклона подвижного объекта обеспечивает более высокую точность измерений за счет уменьшения влияния линейных ускорений, а также упрощения конструкции.

Устройство может найти эффективное применение в качестве датчика угла в высотомерах, чувствительного элемента гировертикали, а также индикаторного устройства крена и тангажа в навигационных устройствах.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для определения угла наклона подвижного объекта относительно вертикали места, содержащее корпус, установленный на подвесе, жестко связанном с подвижным объектом и расположенном по его продольной оси, а также измерительный маятник с грузом и противовесом, жестко установленными на оси вращения, расположенной внутри корпуса устройства и связанной с преобразователем угла наклона в электрический сигнал, отличающееся тем, что противовес выполнен в виде поплавка, масса которого равна массе груза, при этом груз и поплавок расположены симметрично относительно оси вращения маятника, а корпус заполнен демпфирующей жидкостью до уровня, превышающего высоту измерительного маятника.