НАКЛОНОМЕР

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности, к устройствам для определения углов наклона объектов и оборудования на производстве и в быту относительно плоскости местного горизонта.
Известно устройство для измерения угла наклона «Цифровой измеритель уклонов» (патент РФ МПК 7 G01C 9\00 №21667732 от 10.05.2001), содержащий корпус с рабочей поверхностью, установленный внутри корпуса преобразователь силы в электрический сигнал с электронной схемой преобразования сигнала, при этом снаружи на корпусе установлены переключатель координат измерения, выполненный с возможностью механического переключения режимов измерения, и жидкокристаллический индикатор, выполненный с возможностью одновременной индикации направления и величины уклона по любой из двух геометрических осей симметрии корпуса в плоскости его рабочей поверхности, а преобразователь силы в электрический сигнал выполнен в виде двухосного измерителя ускорения силы тяжести, закрепленного внутри корпуса с обратной стороны его рабочей поверхности, при этом переключатель координат измерения, жидкокристаллический индикатор и двух координатный измеритель ускорения силы тяжести подключены к электронной схеме преобразования сигнала.
К недостаткам данного устройства относится его ограниченные эксплуатационные возможности, заключающиеся в том, что устройство позволяет производить индикацию направления и величины уклона только по одной из двух геометрических осей симметрии корпуса. Для измерения оси измерения в данном устройстве предусмотрен переключатель координат измерения.
Известно изобретение «Способ измерения уклонов и цифровой измеритель для его осуществления» (Патент РФ МПК 7 G01C 9/00 №2227899 от 27.04.2004.). Данный способ измерения уклонов включает измерение величины проекции ускорения свободного падения на ось чувствительности преобразования величины линейного ускорения в выходной сигнал, определение положения преобразователя относительно горизонтальной плоскости или местной вертикали, по которому судят о величине уклонов. При этом измеряют величины проекций ускорения свободного падения в направлении трех взаимно ортогональных осей чувствительности к величинам линейных ускорений. Положение преобразователя относительно горизонтальной плоскости или местной вертикали определяют по величинам проекций ускорения свободного падения в направлении двух из этих осей, которые выбирают при достижении третьей осью направления заданного допустимым углом отклонения любой оси чувствительности от местной вертикали. Цифровой измеритель уклонов содержит снабженный установочным узлом корпус, в котором размещены инерционный измеритель силы тяжести с электронной схемой преобразования сигнала инерционного измерителя в визуальную информацию об уклонах, автономный источник электропитания электронной схемы. Установочный узел корпуса выполнен в виде пяти плоских установочных баз, из которых три ортогональных друг другу, две параллельны им, двух взаимно перпендикулярных призматических установочных баз, параллельных соответствующим плоским установочным базам. Измеритель ускорения силы тяжести выполнен трехосным и закреплен жестко относительно установочных баз. В электронную схему преобразования сигнала измерителя введен микропроцессор с моделью погрешности определения силы тяжести.
Недостатком данного способа является использования дополнительного акселерометра и избыточное количество баз. Кроме этого, общим недостатком микромеханических акселерометров является зависимость их показаний от температуры и напряжения питания.
Наиболее близким аналогом является устройство «Способ и система измерения уклонов для позиционирования объектов» (Патент РФ №2382986 Бюл. №6 от 27.02.10.)
Система позиционирования (наклономер) содержит плату блока интерфейса и плату модуля системы позиционирования, установленные в корпус, выполненного из сплава алюминия. Плата модуля системы позиционирования установлена на компенсаторах температурных деформаций внутри корпуса и закреплена с помощью винтов.
На внешней поверхности платы сопряжения установлен электрический разъем. Корпус закрыт крышкой через резиновую прокладку.
В состав платы модуля системы позиционирования входят последовательно соединенные двухосный измеритель ускорения, на основе микромеханических акселерометров (ММА), блок операционных усилителей, микроконтроллер, блок интерфейса. Блок операционных усилителей состоит из операционных усилителей, в обратную связь которых включены электронные потенциометры.
Недостатком данного устройства является высокая трудоемкость его изготовления из-за большого количества деталей, печатных плат и резьбовых соединений, что повышает себестоимость устройства.
Задачей, решаемой заявленной полезной моделью является снижение затрат на производство за счет обеспечения аппаратной унификации наклономера.
Техническим результатом от использования устройства является уменьшение трудоемкости изготовления, повышение надежности работы устройства, расширение эксплуатационных возможностей.
Технический результат достигается за счет того, что в наклономере, содержащем корпус цилиндрической формы, с тремя выступами, в которых выполнены отверстия для внешнего крепления наклономера винтами, и размещенные в полости корпуса двухкоординатные измерители ускорения, электронную схема преобразования сигнала и блок интерфейса, упомянутые двухкоординатные измерители ускорения, электронная схема преобразования сигнала и блок интерфейса выполнены в виде единого модуля, который установлен в открытую с одной стороны полость корпуса наклономера, все свободное пространство которой заполнено компаундом для фиксации и изоляции модуля от внешней среды.
Кроме того, модуль наклономера установлен на бобышках с цилиндрическими направляющими, выполненных в полости корпуса.
Кроме того, в выступах корпуса выполнены дополнительные отверстия для внешнего крепления наклономера магнитами.
Кроме того, модуль наклономера установлен в корпус через компенсатор температурных деформаций.
Полезная модель поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена изометрия наклономера (вид снизу) без компаунда.
На фиг. 2 представлен вид сверху наклономера.
На фиг. 3 представлен местный разрез места установки модуля наклономера.
На фиг. 4 представлена блок-схема модуля наклономера.
На фиг. 1 изображено:
1 - Модуль наклономера.
2 - Корпус.
3 - Магнит.
4 - Отверстие для винта.
На фиг. 2 изображено:
2 - Корпус.
4 - Отверстие для винта.
На фиг. 3 изображено:
1 - Модуль наклономера.
2 - Корпус.
5 - Бобышка.
6 - Направляющая.
7 - Компаунд.
На фиг. 4 изображено:
8 - Двухкоординатный измеритель ускорения.
9 - Блок операционных усилителей.
10 - Микроконтроллер.
11 - Блок интерфейса.
Наклономер (фиг. 1, 2, 3), содержит корпус цилиндрической формы 2, с тремя выступами, в которых выполнены отверстия 4 для внешнего крепления наклономера винтами, и размещенные в полости корпуса двухкоординатные измерители ускорения 8, электронную схема преобразования сигнала 9, 10 и блок интерфейса 11, упомянутые двухкоординатные измерители ускорения, электронная схема преобразования сигнала и блок интерфейса выполнены в виде единого модуля 1, который установлен в открытую с одной стороны полость корпуса наклономера, все свободное пространство которой заполнено компаундом 7 для фиксации и изоляции модуля 1 от внешней среды. Модуль 1 наклономера установлен на бобышках 5 с цилиндрическими направляющими 6, выполненных в полости корпуса 2.
В выступах корпуса выполнены дополнительные отверстия 3 для внешнего крепления наклономера магнитами.
Модуль наклономера установлен в корпус через компенсатор температурных деформаций (не показан).
ax
ay
α
ax
β
В конкретную реализацию состава электронной схемы модуля наклономера 1 входят (фиг. 4.) последовательно соединенные двухкоординатный измеритель ускорения 8, например, на основе микромеханических акселерометров (ММА), блок операционных усилителей 9, микроконтроллер 10, блок интерфейса 11. Первый выход двухкоординатного измерителя ускорения 1 (U) соединен с первым входом блока операционных усилителей 9, второй выход двухкоординатного измерителя ускорения (U) соединен со вторым входом блока операционных усилителей 9, первый выход которого (U) соединен с первым входом микроконтроллера 10, первый выход которого (K) соединен с первым входом блока операционных усилителей 9, второй выход блока операционных усилителей 9 (U) соединен со вторым входом микроконтроллера 10, выход микроконтроллера 10 соединен с входом-выходом 1 блока интерфейса 11.
Надежность работы устройства повышается за счет того, что в наклономере, содержащем корпус с рабочей поверхностью и установленный внутри корпуса модуль (плату электронного блока, на которой размещены двухкоординатные измерители ускорения, электронная схема преобразования сигнала и блок интерфейса), электронная схема преобразования сигнала выполнена на одной плате, на которой установлен разъем, корпус наклономера выполнен без крышки и винтовых соединений, а пространство между модулем наклономера и корпусом заполнено компаундом. Использование фиксации с помощью магнитов при установке наклономера расширяет его эксплуатационные возможности, так как магниты используют для временной установки и предварительной фиксации наклономера при других видах крепления.
ax
ay
Работа наклономера осуществляется следующим образом. Сигналы U и U, пропорциональные проекции вектора g на измерительные оси X и Y ММА поступают на соответствующие входы блока операционных усилителей 8, где усиливаются и поступают на входы микроконтроллера 10, в котором вычисляются углы α и β.
При использовании двухкоординатного измерителя прибор имеет два выхода, напряжения на которых изменяются независимо друг от друга в зависимости от наклона измерителя относительно одной или другой оси или одновременно относительно обоих. Эта операция осуществляется в процессе изготовления или перепрограммирования устройства.
Работа наклономера двухосного одинакова при определении значений углов относительно той или другой оси.
Предлагаемой полезной моделью достигается технический результат, которым является уменьшение трудоемкости изготовления, повышение надежности работы устройства, расширение эксплуатационных возможностей.