ЭЛЕКТРОННЫЙ УРОВЕНЬ
ELECTRONIC LEVEL GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике может быть использовано для контроля горизонтальности поверхности изделий.
Аналогом являются измерение горизонтальности поверхностей по разности между наибольшим и наименьшим показаниями измерительной головки при перемещении ее по проверяемой поверхности [1, с. 414], или измерение горизонтальности уровнями [1, с.415, 416]. Недостатками обоих являются выполнение измерений вручную и длительный процесс получения конечных результатов измерений. Прототипом принят «Электронный уровень» [2, с.404], содержащий магнитоэлектрический измерительный преобразователь и электронный блок обработки сигналов. Недостаток прототипа: отсутствие выдачи конечных результатов измерений в процессе измерений.
Цель изобретения - автоматизация измерительного процесса горизонтальности поверхности с выдачей результатов в процессе измерения и регистрацией их на соответствующий носитель, использование устройства измерения в полевых условиях.
Техническими результатами являются автоматизация процесса измерения горизонтальности поверхности, выдача результатов измерения в процессе измерения и использование устройства в полевых условиях.
Сущность изобретения состоит в том, что в электронный уровень, содержащий блок обработки сигналов, вводятся линейка многоэлементного фотоприемника, отвес в составе излучателя, закрепленного металлическим полым внутри стержнем к роликовой опоре, генератор тактовых импульсов, два выходных регистра, а блок обработки сигналов выполняется в составе двух каналов, каждый из последовательно соединенных блока импульсных усилителей и шифратора.
Структурная схема электронного уровня изображена на чертеже.
Электронный уровень содержит корпус 1, внутри которого расположен отвес /маятниковый уровень [2, с.402]/ в составе излучателя 2, включающего непрозрачный корпус 3, светодиод 4 белого свечения и микрообъектив 5, и металлический полый внутри стержень 6, через который выполнен подвод питания к светодиоду 4. Корпус 3 излучателя 2 подвешен металлическим стержнем 6 к роликовой опоре 7, находящейся в держателе 8. Роликовая опора 7 имеет свободу поворота под воздействием груза отвеса в обе стороны от своей оси. В электронный уровень введены линейка 9 многоэлементного фотоприемника, фоточувствительная сторона которой выполнена в форме дуги, сохраняющей равное расстояние от фоточувствительной поверхности до микрообъектива 5, генератор 10 тактовых импульсов и два восьмиразрядных выходных регистра 17, 18, а блок 11 обработки сигналов выполнен в составе двух идентичных каналов и блока 16 индикации. Первый канал включает последовательно соединенные первый блок 12 импульсных усилителей и первый шифратор 13, второй канал включает последовательно соединенные второй блок 14 импульсных усилителей и второй шифратор 15. Длина отвеса включает длину корпуса 3, длину стержня 6, радиус роликовой опоры 7 и длину луча излучателя 2, принимается равной 50 мм. Максимальное отклонение луча излучателя 2 вправо и влево от центра линейки 9 многоэлементного фотоприемника принимается ±5°. Длина линейки 9 составляет: L=Sinα×50 мм=sin5°×50 мм=0,0872×50 мм=4,36 мм, 2L=±4.36 мм, или 8,72 мм. Разрешение линейки 9 принимается 0,1 мм, число фотоприемников в линейке 9 составляет:
Принимается число фотоприемников в каждой половине линейки 9 по 43, оставшийся один фотоприемник 87-й является центральным и используется при проверке показания прибора перед началом измерения. Частота тактовых импульсов с генератора 10 принимается 80 кГц, частота выдачи кодов результата измерения 10 Гц. Блок 12 импульсных усилителей включает 43 импульсных усилителя по числу фотоприемников в левой половине линейки 9 многоэлементного фотоприемника, блок 14 импульсных усилителей содержит 44 импульсных усилителя по числу фотоприемников в правой половине линейки 9. Облученный фотоприемник выдает электрический импульс, поступающий в свой импульсный усилитель, где усиливается и формируется по амплитуде и длительности и поступает на соответствующий вход своего шифратора 13 /15/. Шифраторы 13, 15 выдают значения угла наклона проверяемой поверхности семиразрядными кодами. Шифратор 13 имеет 43 входа и выдает двоичные коды с 0000001 по 1111111 /127/, шифратор 15 имеет 44 входа и выдает двоичные коды с 0000000 по 1111111 /127/. Разрешение измерения угла наклона проверяемой поверхности составляет:
Погрешность измерения
Для различия кодов левой и правой стороны угла наклона при выдаче кодов на регистрацию с USB-порта семиразрядные коды поступают в параллельном виде в выходные восьмиразрядные выходные регистры 17, 18 во второй-восьмой их разряды. Коды с выходного регистра 17 выдаются восьмиразрядными, а в первом /старшем/ разряде их всегда будет ноль. Коды с выходного регистра 18 выдаются также восьмиразрядными, а в первом /старшем/ разряде кодов всегда будет 1, которая заносится в него тактовым импульсом в момент последовательной выдачи кода из регистра 18. Блок 16 индикации содержит соответствующее число дешифраторов /микросхемы типа К514ИП2 [3, с.93]/, преобразующих двоичные коды /угловых минут/ с шифраторов 13, 15 в десятичные числа, высвечиваемые на табло блока 16 индикации: при наклоне проверяемой поверхности вправо - на правой стороне табло, при наклоне влево - на левой стороне табло, в угловых минутах.
Работа устройства
Перед началом измерений электронный уровень ставится на контрольную /поверочную/ горизонтальную плиту, включается питание прибора, на правой стороне табло блока 16 индикации высвечивается число ″0000000″. После проверки приступают к измерениям. Электронный уровень ставится опорной /нижней/ стороной корпуса 1 на проверяемую поверхность, включается питание прибора. На вход светодиода 4 поступает импульс 10 Гц соответствующей амплитуды и длительности, излучение светодиода 4 облучает соответствующий фотоэлемент на линейке 9 многоэлементного фотоприемника, сигнал с которого, усиленный соответствующим усилителем в блоке 12 /14/, поступает на соответствующий вход шифратора 13 /15/, шифратор выдает семиразрядный код на вход блока 16 индикации и параллельно в соответствующий выходной регистр 17 /18/. На табло блока 16 индикации высвечивается угол наклона в угловых минутах проверяемой поверхности: на левой стороне табло, если наклон влево, или на правой стороне, если наклон вправо. Для регистрации результатов измерений к выходу USB-порту до проведения измерений подключается соответствующий накопитель цифровой информации или модуль флэш-памяти /в полевых условиях/. Коды на регистрацию выдаются в последовательном виде тактовыми импульсами со второго выхода генератора 10. При наклоне проверяемой поверхности вправо восьмиразрядные коды имеют в старшем разряде 1, при наклоне влево коды имеют в старшем разряде 0. Заявляемое устройство - электронный уровень выполняет автоматическое измерение угла наклона проверяемой поверхности в минутах, выдачу результатов в темпе измерений в накопитель цифровой информации, на табло блока индикации высвечивает угол наклона, погрешность измерений ±1,18 угловых минут. Прибор выполняется малогабаритным с автономным питанием и пригоден для работы в полевых условиях.
Источники информации
1. Общетехнический справочник. Под редакцией Е.А.Скороходова, М., 3-е изд., 1989, с.414-416.
2. Т.В.Корнеева. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. М., 1990, с.404, 402.
3. В.И.Иванов, А.И.Аксенов, А.М.Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. Справочник, М., 1984, с.93.
4. И.Н.Бронштейн, К.А.Семендяев. Справочник по математике. М., 1964, с.48.