ДАТЧИК УГЛА НАКЛОНА
SENSOR OF INCLINATION ANGLE

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения углов наклона различных объектов.
Известно устройство для измерения углов наклона объекта, содержащее корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. В корпусе установлены под углом 45° к его основанию и сопряжены друг с другом посредством границы раздела жидкостей ультразвуковой излучатель, подключенный к выходу генератора, и ультразвуковой приемник, соединенный с модулем предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного детектора. Измерение углов отклонения от вертикали осуществляется по измерению амплитуды выходного сигнала (см. патент №2093791, МПК G01C 9/18, G01C 9/20, G01C 9/06, опубл. 20.10.1997).
Указанное устройство имеет небольшой диапазон измеряемых углов и низкую динамическую помехоустойчивость, обусловленную разбиванием поверхности раздела жидкостей при воздействии ударных и вибрационных нагрузок.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной однородной жидкостью, внутри которой посредством двух осей и подшипников установлена маятниковая пластина. Ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник установлены под углом 45° к боковой грани корпуса и сопряжены друг с другом посредством пластины. Излучатель подключен к выходу генератора гармонического сигнала, а приемник - ко входу модуля предварительной обработки сигнала, выход которого соединен со входом амплитудного детектора. Измерение углов отклонения от вертикали осуществляется по измерению амплитуды выходного сигнала (см. патент №2392585, МПК G01C 9/18, опубл. 20.06.2010).
Недостатками известного устройства являются влияние стабильности амплитуды напряжения, вырабатываемого генератором, на точность измерения, нелинейность статической характеристики.
Заявляемое техническое решение позволяет улучшить метрологические характеристики.
Указанная цель достигается тем, что в датчике, содержащем корпус с цилиндрической камерой, заполненной однородной жидкостью, внутри которой посредством двух осей и подшипников установлена маятниковая пластина, установленные под углом 45° к боковой грани корпуса и сопряженные друг с другом посредством маятниковой пластины ультразвуковой излучатель, соединенный с выходом генератора гармонического сигнала, и ультразвуковой приемник, подключенный ко входу модуля предварительной обработки сигнала, согласно изобретению выход модуля предварительной обработки сигнала подключен ко входу фазового детектора, второй вход фазового детектора через фазовращатель соединен с выходом генератора гармонического сигнала.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого датчика.
Датчик содержит корпус 1 с цилиндрической камерой, заполненной жидкостью 2. В камере посредством двух осей 4 и подшипников (например, скольжения) установлена маятниковая пластина 3, используемая в качестве отражателя ультразвука. Под углом 45° к боковой грани корпуса размещены излучатель 5 и приемник 6 ультразвука. Излучатель 5 соединен с выходом генератора 7, а приемник 6 подключен к модулю предварительной обработки сигнала 8, выход которого соединен со входом фазового детектора 9, второй вход фазового детектора через фазовращатель 10 соединен с выходом генератора.
Датчик работает следующим образом.
Электрические колебания генератора 7 преобразуются излучателем 5 в ультразвуковые колебания, которые излучаются в жидкость 2. Отразившись от маятниковой пластины 3, они попадают на приемник 6, где преобразуются в электрический сигнал, поступающий на модуль предварительной обработки сигнала 8, осуществляющий согласование электрических параметров приемника и последующих преобразователей, усиление сигнала и пр., и далее на фазовый детектор 9, второй вход которого через фазовращатель 10, осуществляющий компенсацию сдвига фаз между излучателем 5 и приемником 6 при нулевом угле наклона объекта, подключен к выходу генератора 7. При наклоне корпуса датчика 1 появляются угловые рассогласования между корпусом и маятниковой пластиной 3, вследствие чего ультразвук падает на приемник 6 под наклоном. В результате отдельные участки фронта ультразвуковой волны проходят различные расстояния до пластины 3 и далее до приемника 6, что приводит к изменению среднего временного запаздывания сигнала на его выходе по отношению к сигналу генератора 7 и, следовательно, к соответствующему фазовому запаздыванию. Поэтому при изменении угла наклона изменяется фаза выходного напряжения и, следовательно, сигнал на выходе фазового детектора 9. Таким образом, выходной сигнал несет информацию об угле наклона контролируемого объекта.
Применение фазового метода измерения позволяет существенно повысить точность измерений, улучшить линейность статической характеристики.