Двухкоординатный наклономер

Двухкоординатный наклономер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскин

Социалистические

Республик

О П И С А Н И Е, )838339

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.08.79 (21) 2811380/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл.

G 0l C 9/l2

Гоаударстеенный комитет но делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.06.81. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 25.06.81 (53) УДК 528.541 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. Т. Воробьев, Г. А. Гусев, А. Б. Манук

Е. И. Попов и П. В. Кевлишвили

Особое конструкторское бюро Ордена Ленина и физики Земли им. О. Ю. Шмидта (71) Заявитель (54) ДВУХКООРДИНАТНЫЛ НАКЛОНОМЕР

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения наклонов земной поверхности и различных промышленных обьектов (зданий, сооружений и т. п.).

Известны устройства для измерения наклонов объектов, которые содержат два ем5 костных датчика с подвешенными на упругих пластинах маятниками, два высокочастотных генератора и индикаторное устройство f11. то

Однако из-за наличия двух независимых маятников и двух генераторов возникает некомпенсируемый дрейф электронной и механической частей прибора, что вносит Ногрешность в измерения при долговременных налк>дениях. Кроме того, конструкция емкост- 35 ных датчиков не обеспечивает получс ния достаточно высокой крутизны преобразования угла наклона основания в изменение частоты генераторов вследствие того, что в этом случае изменение частоты пропорционально изменению площади перекрытия пластин, возникающему при наклонах основания, и коэффициент пропорциональности (крутизны преобразования) реально много ниже, чем в случае изменения зазора между пластинами конденсатора.

Известно двухкоординатное устройство для определения углов наклона объектов, содержащее корпус с неподвижно укрепленными в нем электродами, чувствительный элемент в виде свободно подвешенного металли ческого шара и индикаторный прибор. Корпус имеет форму куба с четырьмя гранями в виде полых диэлектрических пластин, попарно заполняемых электропроводящей жидкостью. П ldcTHHbl-электроды вместе с шаром образуют конденсаторы емкостного датчика, управляющего частотами двух автогенераторов, связанных через смеситель с частотомером и блоками управления и питания 12) .

Недостатком такого устрейства в применении к высокоточным измерениям медленных наклонов земной HQBt()xHocTH является относительно высокая величина дрейфа. обусловленная механической и электронной частями прибора и вносящая погрешность в измерения. Использование в измерительной схеме двух независимых генераторов приводит к некомпенсируемому дрейфу измерительной схемы, а также к появлению

838339 зоны нечувствительности вблизи малых разностей частот из-за эффекта «захватывания».

Использование в измерительном конденсаторе разнородных материалов приводит к некомпенсируемому дрейфу величин измерительных емкостей, связанному как с изменениями температуры, так и с процессами старения материалов. Кроме того, геометрия емкостного датчика не позволяет получить достаточно высокую крутизну преобразования угла наклона корпуса в изменение частоты и регулировать ее изменением величины зазора измерительного конденсатора, что ограничивает эксплуатационные возможности устройства в целом.

Известны также двухкоординатные наклîHомеры с еMêîñòíûìè преобразователями (3).

Наиболее близким по технической сугцности и достигаемому результату к изобретению является двухкоординатный наклономер, содержащий корпус с подвешенным на нити грузом, сегментовидные электроды, изог-20 нутые по образующей груза и составляющие вместе с ним емкостной преобразователь, и измерительную схему (4).

Цель изобретения — уменьшение погрешностей измерения при длительных наблюдениях наклонов, а также расширение эксплуатационных возможностей за счет обеспечения регулирования крутизны преобразования и выбора необходимого диапа она измерений.

Поставленная цель достигается тем, что эо устройство, содержа шее корпус, помещенный в нем маятник в виде подвешенного на нити груза, несколько сегментовидных электродов, изогнутых по образующей груза и составляющих вместе с ним емкостный преобразователь, и измерительную схему, снаб- 3> жено высокочастотным перестраиваемым генератором, в колебательный контур которого через дистанционно управляемое переключающее устройство включен емкостной преобразователь, а груз маятника выполнен в

40 виде пустотелого усеченного конуса, подвешенного с возможностью изменения длины подвеса.

Электроды выполнены из того же материала, что и груз. Нить подвеса массы закреплена с возможностью осевого перемеще- 4s ния с помощью, например, микрометрического винта. В частотном случае, когда заранее изметны величины характерных наклонов земной поверхности, груз маятника может быть выполнен в виде пустотелого цилиндра.

В качестве переключающего устройства использовано высокочастотное поляризованное реле.

Благодаря конической форме массы маятника и пластин (электродов) емкостного преобразователя стало возможным регулировать величину зазора в измерительных кон-. денсаторах емкостного преобразователя за счет перемещения груза в осевом направле4 нии, что обеспечивает возможность выбора необходимого диапазона измерения. Подвес груза на тонкой нити (диаметром порядка

100 мкм), проходящей через центрирующее отверстие со скругленной фаской в нижней части, снижает погрешности измерения при долговременных наблюдениях, так как уменьшает влияние деформации стенки отверстия и уменьшает влияние изменения упругих свойств подвеса (жесткость «гравитационная» превосходит изгибную жесткость нити более, чем в 104 раз).

Выполнение блока преобразования сигнала с одним высокочастотным перестраиваемым генератором, в колебательный контур которого с помощью переключающего устройства поочередно включается одна из рабочих емкостей преобразователя, снижает собственный дрейф устройства, и уменьшает погрешности измерения при длительных наблюдениях наклонов. Поскольку информацию о наклоне земной поверхности несет разность частот, соответствующих включению в контур генератора двух противолежащих емкостей, то при этом практически полностью вычитается дрейф несущей частоты генератора, связанный с уходом его параметров, так как время одного измерения мало по сравнению с характерными временами дрейфа параметров генератора.

Из-за достаточно высокой несущей частоты перестраиваемого генератора и большой линейности преобразования динамический диапазон составляет 120 дБ. Наклономер имеет небольшие габариты и вес, что позволяет использовать его в скважинном варианте. Это также расширяет его эксплуатационные возможности.

Переключающее устройство, введенное в контур генератора, должно иметь малые величины паразитных и межконтактных емкостей по сравнению с рабочими и их стабильность, малую величину сопротивления в замкнутом состоянии по сравнению с сопротивлением, определяюшим добротность контура, а также постоянство этих величин от переключения к переключению.

Этим требованиям удовлетворяет, например, высокочастотное поляризованное реле.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — его измерительная схема.

Устройство содержит груз 1, выполненный в виде пустотелого усеченного конуса, тонкую нить 2 его подвеса, закрепленную в устройстве 3 перемещения нити в осевом направлении и проходящую через центрирующее отверстие 4 со скругленной фаской в нижней части.

Емкостной преобразователь наклономера содержит четыре неподвижные пластины 5 (электроды), установленные в корпусе 6 и расположенные внутри полого конуса так, что между ними и конической поверх838339

Формула изобретения

Фиг./ ностью груза создается равномерный малый зазор. Пластины емкостного преобразователя связаны через переключающее устройство 7 с высокочастотным перестраиваемым гене"ратором 8.

Измерительная схема и схема управления содержит частотомер 9, блок 10 управления, блок 11 времени, транскриптор 12 и записывающее устройство 13.

Наклономер работает следующим образом.

При наклонах корпуса четыре измеритель-10 ные емкости, образованные неподвижными пластинами 5 и грузом 1, меняют свою величину. Каждая из них с помощью переключающего устройства 7 поочередно включается в контур перестраиваемого высокочастотного генератора 8, частоты которого измеряются частотомером 9 и с помощью транскриптора 12 и записывающего устройства 13 регистрируются. Управление переключающим устройством 7 осуществляется дистанционно от блока 10 управления, свя- 20 занного с блоком 11 времени, задающим частоту опроса.

Один измерительный цикл сводится к получению значений четырех частот, соответствующих включению в контур генератора измерительных емкостей преобразователя. Величины разностей частот, соответствующих двух парам противолежащих измерительных емкостей, несут информацию о наклоне земной поверхности соответственно по двум осям координат. 30

Результаты испытаний показывают, что крутизна преобразования наклономера составляет 104 Гц/угл. с при динамическом диапазоне в 120 дЬ. Максимальный измеряемый угол при отклонении от линейной характеристики не более 0,1 /p составляет 3 угл. мин. 35

Температурный коэффициент имеет величину не более 0,001 угл. с/град.

ПреимущестВо наклономера по сравнению с известными заключается в повышении точности измерений, долговременной стабильности наклономера и расширении его эксплуатационных возможностей.

1.Двухкоординатный наклономер, содержащий корпус, помещенный в нем маятник в виде подвешенного на нити груза, несколько сегментовидных электродов, изогнутых по образующей груза и составляющих вместе с ним емкостной преобразователь, и измерительную схему, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений при длительных наблюдениях и расширения эксплуатационных возможностей, он снабжен высокочастотным перестраиваемым генератором, в колебательный контур которого через дистанционно управляемое переключающее устройство включен емкостной преобразователь, а груз маятника выполнен в виде пустотелого усеченного конуса, подвешенного с возможностью изменения длины подвеса.

2. Наклономер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве переключающего устройства использовано высокочастотное поляризованное реле.

Источники информации, йринятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 256292, кл. G 01 С 9/16, 24.07.68.

2. Авторское свидетельство СССР

Мо 601565, кл. G 01 С 9/12, 16.03.76.

3. Патент ФРГ № 262618, кл. 42 С 25/Ol, 1968.

4. Авторское свидетельство СССР № 592225, кл. G Ol С 9/12, 26.01.76 (прототип).

Редактор Н. Ромжа

Заказ 4403/55

Составитель Л. Колюбакина

Техред А. Бойкас Корректор Г. Решетник

Тираж 64" Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4