ЭЛЕКТРОННЫЙ УРОВЕНЬ
ELECTRONIC LEVEL GAUGE

Изобретение относится к измерительной технике, может быть использовано для контроля горизонтальности поверхностей изделий и в строительстве.
Прототипом принят "Электронный уровень" [1, с.404], содержащий магнитоэлектрический измерительный преобразователь и электронный блок обработки сигналов. Недостаток прототипа: контроль горизонтальности поверхности по одной координате и отсутствие визуального наблюдения процесса измерения.
Техническими результатами являются выполнение контроля горизонтальности поверхности синхронно по двум координатам и визуальное наблюдение отклонения от горизонтали на экране плоскопанельного дисплея. Сущность изобретения в том, что в электронный уровень, содержащий блок обработки сигналов, вводятся блок излучателя, матрица приборов с зарядовой инжекцией /ПЗИ/ и плоскопанельный дисплей.
выд
Структурная схема электронного уровня на фиг.1, блок излучателя на фиг.2, плоскопанельный дисплей на фиг.3, принцип получения координат отклонения от горизонтали в двух направлениях на фиг.4. Электронный уровень содержит /фиг.1/ непрозрачный корпус 1, внутри которого расположен блок 2 излучателя, матрица 3 приборов с зарядовой инжекцией /ПЗИ/ из КНОП-датчиков [2, с.832, 833] с разрешением 720×720 пикселов, блок 4 обработки сигналов, включающий четыре идентичных шифратора 5, 6, 7, 8 и блок 9 индикации, последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов и делитель 11 частоты, первый 12 и второй 13 ключи, управляющие входы которых объединены и подключены к первому выходу делителя 11 частоты, второй и третий выходы подключены соответственно к сигнальным входам ключей 12, 13, и плоскопанельный дисплей 14. Матрица ПЗИ 3 установлена и закреплена под верхней стороной корпуса 1, фоточувствительная сторона матрицы ПЗИ 3 строго параллельна опорному /нижнему/ основанию корпуса 1 и расположена в фокальной плоскости объектива блока 2 излучателя, который содержит /фиг.2/ цилиндрический корпус 15, в центре которого имеется две полуоси 18, внутри корпуса 15 размещен светодиод 16 белого излучения, в верхнем торце корпуса 15 размещен объектив 17, на нижний конец корпуса 15 навинчивается соответствующего веса груз 19 с отверстием по оси, груз 19 выполняет роль отвеса, блок 2 излучателя содержит подвижную рамку 20 с двумя полуосями 21 и двумя подшипниками скольжения для полуосей 18 в центрах сторон противоположные сторонам с полуосями 21, в подшипниках скольжения размещаются внешние концы полуосей 18, содержит внешнюю неподвижную рамку 22, жестко соединенную с корпусом 1 электронного уровня и имеющую тоже два подшипника скольжения в центрах двух сторон неподвижной рамки 22 для размещения в них концов полуосей 21 подвижной рамки 20, цилиндрический корпус 15 имеет две степени свободы перемещения, перпендикулярные друг другу, выполняемые поворотом корпуса 15 под действием груза 19 относительно подвижной рамки 20 в плоскости X и поворотом корпуса 15 совместно с подвижной рамкой 20 относительно неподвижной рамки 22 в плоскости Y. Блок 4 обработки сигналов выполняется из четырех идентиных шифраторов 5, 6, 7, 8 и блока 9 индикации. Входы первый-триста шестидесятый /1-360/ каждого шифратора 5-8 подключены к соответствующим первому-триста шестидесятому /1-360/ выходам матрицы ПЗИ 3, информационные первый-десятый выходы каждого шифратора 5-8 подключены к соответствующим первому-десятому входам блока 9 индикации, выходы знака минус "1" с шифраторов 5 /-X/ и 7 /-Y/ подключены к соответствующим двум входам в блоке 9 индикации. Управляющие входы U шифраторов 5-8 и вход светодиода 16 /фиг.1/ через осевое отверстие в грузе 19 объединены и подключены к первому выходу /25 Гц/ делителя 11 частоты.
Плоскопанельный дисплей 14 включает первый 23, второй 24, третий 25 и четвертый 26 идентичные дешифраторы, входы первый-десятый каждого из них подключены к первому-десятому выходам своего шифратора 5-8, и включает /фиг.3/ четыре идентичных канала формирования управляющих сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные дешифратор 27 /29, 31, 33/ и блок 28 /30, 32, 34/ импульсных усилителей, и экран 35. Каждый блок импульсных усилителей 28, 30, 32, 34 содержит 129600 импульсных усилителей /360×360/, выходы блоков импульсных усилителей подключены параллельно к соответствующим своим 129600 входам экрана, всего входов 518400: 129600×4.
В первом канале формирования управляющих сигналов 1-360 входы дешифратора 27 подключены соответственно к 1-360 выходам первого дешифратора 23, а 361-720 входы дешифратора 27 подключены соответственно к 1-360 выходам третьего дешифратора 25 /-Y/, во втором канале 1-360 входы дешифратора 29 подключены к 1-360 выходам первого дешифратора 23 /-X/, а 361-720 входы дешифратора 29 подключены соответственно к 1-360 выходам четвертого дешифратора 26 /Y/, в третьем канале 1-360 входы дешифратора 31 подключены соответственно к 1-360 выходам второго дешифратора 24 /X/, а 361-720 входы дешифратора 31 подключены к 1-360 выходам четвертого дешифратора 26 /Y/, в четвертом канале 1-360 входы дешифратора 33 подключены соответственно к 1-360 выходам второго дешифратора 24 /X/, а 361-720 входы дешифратора 33 подключены к 1-360 выходам третьего дешифратора 25 /-Y/. Экран 35 представляет матрицу из 720×720 излучающих элементов /518400/, выполненных в прозрачном материале экрана 35. Каждый излучающий элемент является миниатюрным светодиодом белого излучения диаметром 0,5 мм, в качестве которых могут быть использованы светодиоды OLED [3, с.7-9]. Частота тактовых импульсов генератора 10 составляет:
т
f=25 Гц×720×720=12,96 МГц,
где: 25 Гц - частота выдачи измерений с шифраторов 5-8, частота кадров на экране 35,
720 - число строк в матрице ПЗИ 3,
720 - число отсчетов /пикселов/ в строке.
с
Частота строк f=25 Гц×720=18 кГц.
Диапазон отклонения луча излучателя /фиг.1/ от центра координат матрицы ПЗИ 3 принимается ±5°, разрешение измерений по X, Y плоскостям матрицы ПЗИ 3 /фиг.4/ составляет:
/угловых секунд/, погрешность измерения составляет ±25″.
360 - число пикселей в одной четверти плоскости матрицы ПЗИ 3. Горизонтальность опорной /нижней/ стороны корпуса 1 прибора выполняется с погрешностью, в три раза меньшей, чем погрешность электронного уровня, чтобы она не влияла на результаты измерений.
Шифраторы 5-8 преобразуют сигнал с пиксела матрицы ПЗИ 3 в выходной десятиразрядный параллельный двоичный код: 360→1010101000.
Блок 9 индикации включает соответствующее число дешифраторов /микросхемы типа К514ИЛ2 [4, с.93]/, преобразующие двоичные коды с шифраторов 5-8 в десятичные числа, высвечиваемые на табло блока 9 индикации. Координаты -X во второй и третьей четвертях матрицы ПЗИ 3 и координаты -Y в третьей и четвертой четвертях имеют знак минус, шифраторы 5 /-X/ и 7 /-Y/ вместе с выдачей кодов выдают и сигнал минус "1", который высвечивается как знак "-" перед значением координаты.
Работа устройства
Для измерения отклонения поверхности изделия от горизонтали корпус 1 прибора нижней стороной ставится на проверяемую поверхность, включается питание прибора. Излучение светодиода 16 /фиг.1/ фокусируется объективом 17 на поверхности матрицы ПЗИ 3. Импульсы 25 Гц открывают ключи 12, 13, на первый вход матрицы ПЗИ 3 с ключа 12 поступают импульсы частоты строк 18 кГц для считывания сигнала строки /координата Y/, на второй вход матрицы ПЗИ 3 поступают импульсы 12,96 МГц для считывания сигнала с облученного пиксела в строке /координата X/. С двух выходов матрицы ПЗИ 3, соответствующих положению пиксела, следуют два сигнала: один в шифратор 7 /-Y/ или 8 /Y/, второй в шифратор 5 /-X/ или 6 /X/. Коды координат поступают в блок 9 индикации, в котором они преобразуются в десятичные числа, параллельно коды поступают в плоскопанельный дисплей 14, на экране 35 высвечивается один светодиод, соответствующий положению засвеченного пиксела в матрице ПЗИ 3, и подсвечивается перекрестие экрана 35. Оператор убеждается наглядно в отклонении контролируемой поверхности, а на табло блока 9 индикации высвечивается результат отклонения поверхности от горизонтали. Заявляемый электронный уровень выполняет мгновенное измерение отклонения контролируемой поверхности от истинной горизонтали синхронно в двух взаимно перпендикулярных направлениях с погрешностью ±25″ и дает изображение отклонения на экране 35. Прибор выполняется малогабаритным с автономным питанием, пригоден для контроля горизонтальности поверхности изделий производства и в строительных работах, в том числе в полевых условиях.
Использованные источники
1. Т.В.Корнеева. Толковый словарь по метрологии, измерительной технике и управлению качеством. М., 1990, с.404.
2. Колеениченко О.В., Шишигин И.В. Аппаратные средства PC. 5-е изд., СПб., 2004, с.832-833.
3. "Радио" №6, 2008, с.7-9.
4. В.И.Иванов, А.И.Аксенов, A.M.Юшин. Полупроводниковые оптоэлектронные прибоы. Справочник. М., 1984, с.93.