Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта и устройство для его осуществления

Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьшение точности способа и осуществляющего его устройства для измерения угла наклона объекта относительно горизонта за счет исключения динамической погрешности измерения, связанной с использованием пузьфьковой ампулы. Связанную с контролируемым объектом пузьфьковую ампулу 1 помещают в переменное электрическое поле, благодаря чему обеспечивается преобразование угла наклона объекта в электрический сигнал. Возбуждая в ампуле 1 импульсы электромагнитного поля бегущей волны, измеряют отраженный сигнал, по величине и форме которого непосредственно определяют угол наклона. При этом величина и временные характеристики отраженного сигнала -зависят от углового положения ампулы относительно вектора силы тяжести. В устройстве, осуществляющем способ измерения угла наклона , пузырьковую ампулу 1 помещают между электродами 4, образующими вместе с ней линию с распреленными параметрами, к которой подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8. Электроды 4 вьтолнены в виде двух проводников, а блок 5 питания и измерения вьтолнен в , виде импульсного СВЧ-рефлектометра. По изменению волнового сопротивлений линии передачи определяют угловое положение ампулы 1 относительно горизонтальной поверхности заключенной в ней жидкости 3. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. i (Л ю о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (111 (11 4 G 01 С 9/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

f10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АBTOPCKOMY СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ (21) 4165221/25-28 (22) 22.12.86 (46) 30.08.88, Бюл. У 32 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) В.В. Минич и В.М. Меренков (53) 621.317.39:531.71(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 767507, кл. G О1 В 7/30, 1978. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

ОБЪЕКТА ОТНОСИТЕЛЬНО ГОРИЗОНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения повьппение точности способа и осуществляющего его устройства для измерения угла наклона объекта относительно горизонта за счет исключения динамической погрешности измерения, связанной с использованием пузырьковой ампулы, Связанную с контролируемым объектом пузырьковую ампулу помещают в переменное электрическое поле, благодаря чему обеспечивается преобразование, угла наклона объекта в электрический сигнал. Возбуждая в ампуле импульсы электромагнитного поля бегущей волны, измеряют отраженный сигнал, по величине и форме которого непосредственно определяют угол наклона. При этом величина и временные характеристики отраженного сигнала зависят от углового положения ампулы относительно вектора силы тяжести. В устройстве, осуществляющем способ измерения угла наклона, пузырьковую ампулу 1 помещают между электродами 4, образующими вместе с ней линию с распреленными параметрами, к которой подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8. Электроды 4 выполнены в виде двух проводников, а блок

5 питания и измерения выполнен в, виде импульсного СВЧ-рефлектометра.

По изменению волнового сопротивлений линии передачи определяют угловое положение ампулы 1 относительно горизонтальной поверхности заключенной в ней жидкости 3. 2 с.п. ф-лы, 1420370

Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта с помощью предлагаемого устройства осущестзляют следующим образом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения углов наклона деталей и конструкций относительно горизонта.

11елью изобретения является повышение точности измерения угла наклона путем уменьшения динамической погрешности измерения. 10

На фиг. 1 схематично показано устройство для измерения угла наклона объекта относительно горизонта, с

)помощью которого осуществляют предлагаемый способ, на фиг. 2 — положе- 15

I ние линейной пузырьковой ампулы при измерении с ее помощью малых значений угла наклона объекта относительно горизонта; на фиг. 3 — положение дугообразной пузырьковой ампулы при измерении с ее помощью больших значений угла наклона относительно горизонта; на фиг. 4 и 5 — изображения измеренных сигналов, получаемых на экране стробоскопического осциллографа при использовании соответственно линейной и дугообразной пузырьковых ампул.

Устройство для измерения угла наклона объекта относительно горизонта содержит пузырьковую ампулу 1, предназначенную для установки на контролируемом объекте 2 в процессе измерения и выполненную из непроводящего материала. Ампула 1 частично заполнена жидкостью 3, электрические свойства которой отличаются от свойств воздуха. Ампула 1 может быть заполнена двумя несмешивающимися жидкостями с различными электриче- 40 скими свойствами. Вдоль противоположных поверхностей ампулы 1 размещены два электрода 4, выполненные в виде проводников, образующих вместе с ней линию передачи с распределенными па- 45 раметрами. К одной паре концов этих проводников подключен блок 5 питания и измерения, выполненный в виде

СВЧ-рефлектометра, содержащего генератор 6 импульсов напряжения и стро-50 боскопический осциллограф 7. К противоположной паре концов проводников подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8.

w(o)

1 +F(o

1 -5(o) и

1 +6(1) ч(1) = ы — — -,-1.,-т- где w — известное волновое сопротивление выходного кабеля СВЧрефлектометра, равное величине нагрузочного сопротивления 8 и волновому сопротивлению линии передачи при горизонтальном положении ампулы 1.

Величина волнового сопротивления

w(x) однозначно связана с величиной зазора Ь(х). В случае использования в качестве жидкости 3 ртути и при прямоугольном поперечном сечении ампулы зависимость Ь(х) определяется выражением

Устанавливают пузырьковую ампулу

1 на объекте 2 контроля и возбуждают в ней с помощью СВЧ- рефлектометра импульсное электромагнитное поле бегущей волны. Благодаря зависящему от углао6 наклона распределению

b(x) воздушного зазора Ь на длине х пузырьковой ампулы, образующей вместе с электродами 4 линию передачи с распределенными параметрами, изменяется волновое сопротивление w(x) этой линии. 3а счет неоднородности волно" вого сопротивления w(x) происходит частичное отражение бегущей волны..

Величина 3 (1) и время Ь ь прихода отра" женной волны в виде зависимости коэффициента о (ь) отражения от времени поступает на аналоговый или цифровой выходы СВЧ-рефлектометра и ее можно одновременно наблюдать на экране стробоскопического осциллографа 7 (фиг, 4 и 5). Время ЬГ прихода от точки с координатой х связано соотношением = 2х/ч, где ч — скорость распространения бегущей волны по линии передачи. Таким образом, на выходе СВЧ-рефлектометра и на экране осциллографа 7 имеется отраженный сигнал от каждой точки х линии передачи, несущий информацию об w(x) и, следовательно, о величине угла о .

По величинам 3 (о) и Ь (1) — коэф фициентам отражения от начала и конца линии передачи — рассчитываются в этих же точках волновые сопротивления:

l420370

Ь(х) = à E, — ln(() 2Ът2)+

)20 2 и l 20 ч(х -,! ъ7 х

Ы = arctic где R

5 где а — ширина верхнего проводника коэффициент, учитывающий влияние матер*ала стенок ампулы.

По приведенным выражениям для w(o) 10 и w(1) могут быть рассчитаны b(o)

Ь(1) — величины воздушных зазоров в начале и конце линии передачи (фиг.2).

Иа практике величины Ь(о) и Ь(1) могут быть определены и непосред- 15 ственно через 8(о) и 3(1) по предварительно снятой калибровочной зависимости = 4(Ь) °

Через Ь(о) и b(1) рассчитывают угол наклона

Как видно, при большой длине ампулы 1 можно измерить достаточно малые 25 углы наклона.

При измерении больших углов наклона ампулу выполняют дугообразной и заполняют. диэлектрической жидкостью до получения локализованного пузырь- 30 ка воздуха (фиг. 3).

По времени ь прихода сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа и показанного на фиг. 5, измеряют расстояние от местоположения пузырька х, Угол наклона при этом равен: о 360 х 360 ь v

27! R радиус кривизны ампулы, скорость распространения импульсов напряжения.

Таким образом, возбужденное в ампуле импульсное электромагнитное поле бегущей волны преобразуется в 45 зависимости от угла наклона ампулы в импульсное электромагнитное поле отраженной бегущей волны. По величине и времени прихода отраженной волны от различных точек ампулы определяют угол наклона. При этом параметры отраженной волны можно определять известными средствами, в частности с помощью осциллографа.

Если в известном устройстве при использовании обычной пузырьковой ампулы непосредственно перед отсчетом угла М. наклона необходимо провести операцию ксмпенса ии смещения пузырькл с визуальны.. фи.,"сированием его нулевого уровня, что 1сключает воэможность автоматизации измерений, предлагаемые способ и устройство позволяют измерять углы наклона относительно горизонта в динамике, причем динамическая погрешность измерения, присущая известному способу и устройству, сведена к минимуму.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

l. Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта, заключающийся в том, что устанавливают нл объекте пузырьковую ампулу, помещлют ее в электрическое поле и по изменению параметра этого поля определяют угол наклони, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения динамической погрешности измерения, B ампуле возбуждают импульсное электромагнитное поле бегущей волны, измеряют отраженный сп-.нлл, л определение угла наклона осуществляют Tin ве-личине или времени пр .ходл отраженного сигнлла .

2. Устройство для измерения угла наклона объекта относительно горизонта, содержащее пузырьковую ампулу, устанавливаемую на объекте в процессе измерения, размещенные на ее поверхности два электрода и подуключенный к ним блок питания и измерения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что электроды выполнены в виде проводников, расположенных вдоль поверхности пузырьковой ампулы и образующих с. нею линию передачи с распределечными параметрами, а блок питания и измерения выполнен в виде импульсного СВЧ-рефлектометра, подключенного к одной паре концов обоих проводников, и согласованного нагрузочного сопротивления, подключенного к другой паре концов этих проводников.

d(c)

X- Xn

X=0

1420370

Тирам 680

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

113035, Иосква, iK-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4. Редактор А. Ледника

Заказ 4316/42

Составитель С. Скрыпник !

" Техред Л.Олийнык Корректор И. Муска