Сигнализатор наклона

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим устройствам преобразования и детектирования наклона.
Известно устройство для предотвращения опрокидывания транспортного средства, содержащее датчика крена, связанный с транспортным средством, представляющий собой маятниковый шток с грузом на конце, шарнирно закрепленный в центре тяжести транспортного средства с дополнительной возможностью продольного углового отклонения для соприкосновения с контактами, расположенными вокруг маятникового штока. Патент Российской Федерации на изобретение № 2115581, МПК В62D 49/08, 20.07.1998.
Необходимость установки данного устройства в центре тяжести транспортного средства, а также сложность его конструкции, сужает область применения данного технического решения.
Известно устройство для предотвращения опрокидывания транспортного средства, содержащее датчик крена, жестко закрепленный на транспортном средстве и выполненный в виде маятникового штока с грузом на конце с возможностью углового отклонения в вертикальной плоскости для воздействия на блоки контактов, расположенные вокруг маятникового штока и включенные в электрическую цепь, питаемую от генератора, последовательно со звуковой и световой сигнализацией, контакты каждого блока взаимодействуют с грузом маятникового штока через кронштейн, закрепленный в верхней части диэлектрической пластины и соединенный с соответствующим ему сегментом кольца, при этом последовательно соединенные нормально замкнутые контакты электрически соединены через электромагнитный выключатель с системой зажигания ДВС. Патент Российской Федерации на изобретение № 2205112, МПК B60K 28/14, H01H 35/14, В62D 49/08, 27.05.2003.
Конструкция датчика крена выполнена в виде устройства коммутации электрической цепи при наклонах инерционной массы в виде маятникового штока. Угловые отклонения штока через кронштейн приводят к взаимодействию груза, закрепленного на конце штока, с блоками контактов. Наличие в устройстве кронштейна, соединенного с соответствующим ему сегментом кольца и закрепленного особым образом, в верхней части диэлектрической пластины, усложняет конструкцию и требует тщательного позиционирования всех взаимодействующих между собой элементов в процессе сборки. Кроме того, ввиду наличия в данном техническом решении большого количества конструктивных элементов и звеньев его сложно использовать в малогабаритных устройствах и приборах, что ограничивает область применения.
Известен сигнализатор наклона, содержащий инерционную массу с возможностью углового отклонения в вертикальной плоскости для воздействия на контакты, расположенные вокруг инерционной массы и включенные в электрическую цепь, инерционная масса выполнена в виде шарика с возможностью свободного поступательного и вращательного движений в зоне расположения контактов. Патент Российской Федерации на полезную модель № 201885, МПК H01H 35/02, 20.01.2021. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.
Исполнительным элементом указанного сигнализатора наклона является инерционное тело - шарик с возможностью свободного поступательного и вращательного движений в зоне расположения электрических контактов. Несмотря на простоту исполнения, данное устройство может использоваться только в приборах с коммутацией электрических цепей, что ограничивает область применения для взрывоопасных сред.
Задачей полезной модели является создание сигнализатора наклона, выполненного в виде простого волоконно-оптического устройства с исполнительным элементом в виде диска, свободно перемещающегося в зоне расположения световодов, что позволяет расширить область его применения.
Техническим результатом является расширение арсенала технических средств сигнализации наклона.
Технический результат достигается тем, что сигнализатор наклона содержит инерционную массу с возможностью ее углового отклонения в вертикальной плоскости, световоды и отражающую поверхность. Инерционная масса выполнена в виде диска с отверстиями с возможностью свободного движения качения в зоне расположения световодов и отражающей поверхности. Световоды и отражающая поверхность расположены по разные стороны диска друг напротив друга.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематично представлен сигнализатор при отсутствии наклона, где:
1 - диск;
2 - отверстия;
3 - опорная поверхность корпуса сигнализатора;
4 - граница отражающей поверхности, расположенной за диском и зоны расположения световодов, расположенных перед диском.
На фиг. 2 схематично представлено расположение диска 1 и его отверстий 2 относительно границы 4 при левом и правом наклонах опорной поверхности 3 корпуса сигнализатора.
На фиг. 3 представлены графики изменения интенсивности световых потоков, отраженных от отражающей поверхности, расположенной за диском, при наклонах опорной поверхности 3 корпуса сигнализатора в пределах величины ± А, где:
о.св.
II - интенсивность отраженного светового потока, направленного в зону I световодов, расположенных перед диском,
о.св.
III - интенсивность отраженного светового потока, направленного в зону II световодов, расположенных перед диском.
Сигнализатор наклона представляет собой волоконно-оптическое устройство преобразования и детектирования наклона. Исполнительным элементом устройства является инерционный элемент, выполненный в виде диска, свободно перемещающегося (движением качения) в зоне расположения световодов и отражающей поверхности, граница 4 которой на фиг. 1 и 2 показана условно. Световоды и отражающая поверхность (на чертежах не показаны) расположены по разные стороны диска, друг напротив друга таким образом, чтобы при отсутствии наклона световой поток, направленный из световодов в сторону отражающей поверхности и отраженный от нее, был в зонах световодов I и II равен по своей интенсивности (т.е. суммарный отраженный поток, проходящий через отверстия диска, прямая проекция которых находится внутри границы отражающей поверхности и зоны расположения световодов 4, одинаков по величине в зонах I и II расположения световодов). При этом световой поток, направленный из световодов в сторону отражающей поверхности и не прошедший через отверстия 2, выполненные в диске 1, рассеивается внутри корпуса устройства и не вносит изменений в суммарный световой поток. В качестве световодов использованы оптоволоконные жгуты, представляющие собой тонкие трубки с многомодовыми оптическими волокнами. При этом, вне зоны расположения диска оптоволоконные жгуты за счет своих гибких свойств могут быть размещены с требуемыми изгибами и далее выведены из корпуса устройства к аппаратуре анализа, выполняющей одновременно и функцию сигнализации (аппаратура анализа на чертежах не показана). Световой поток при этом коллимирован для того, чтобы максимально исключить световые потери из-за расходимости света при прохождении от световодов к отражающей поверхности и обратно. Для строгой ориентации диска 1 в вертикальной плоскости и обеспечения требуемой траектории его перемещения относительно зоны 4, опорная поверхность 3 корпуса сигнализатора выполнена с соответствующими направляющими проточками.
Общее количество отверстий 2 диска 1, его геометрические и физические параметры подбирают в зависимости от требуемой в каждом конкретном случае чувствительности устройства и разрешающей способности, определяющих в свою очередь количество возможных регистрируемых состояний наклона сигнализатора.
Угол наклона в вертикальной плоскости опорной поверхности корпуса сигнализатора А (фиг. 2) подбирают в зависимости от требуемого диапазона работы устройства (требуемого предельного угла наклона сигнализатора).
Сигнализатор наклона работает следующим образом.
При отсутствии наклона (при строго горизонтальном положении сигнализатора наклона) диск 1 находится по центру зоны расположения световодов, расположенных перед диском, и границы отражающей поверхности, расположенной за диском 4. Световой поток, направленный из световодов в сторону отражающей поверхности и отраженный от нее, в анализируемых зонах световодов I и II равен по своей интенсивности. При этом сигнализация о наклоне отсутствует.
При правом или левом наклонах корпуса сигнализатора и, соответственно, опорной поверхности 3 (фиг. 2), диск 1 перекатывается под действием гравитации в сторону наклона и световой поток, направленный из световодов в сторону отражающей поверхности и отраженный от нее, в зонах I и II расположения световодов распределяется по интенсивности неравномерно (фиг. 3) в зависимости от величины наклона в пределах значения А. Эта неравномерность обусловлена изменением площадей прямой проекции отверстий 2 диска 1 на область расположения световодов в анализируемых зонах I и II при наклонах опорной поверхности 3 и поворотах диска.
Изменения отраженных световых потоков, прошедших через отверстия в сторону световодов для анализируемых зон I и II имеют обратную зависимость: увеличение интенсивности отраженного светового потока в зоне I сопровождается уменьшением интенсивности отраженного светового потока в зоне II, и наоборот (фиг. 3). Таким образом, измерение наклона осуществляется дифференциальным методом: сигналы с обратно зависимыми значениями интенсивности отражения для каждой анализируемой зоны I и II (фиг. 4) позволяют исключить необходимость учета потерь из-за старения оптической линии (световодов).
Использование диска с отверстиями, перекрывающего световые потоки, в качестве чувствительного элемента сигнализатора наклона, позволяет упростить конструкцию устройства и за счет волоконно-оптического принципа передачи сигнала (световой поток) существенно расширить область его применения использованием во взрывоопасных средах, а также в системах удаленного контроля.