Ультразвуковой датчик угла отклонения от вертикали с частотным выходом

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК УГЛА ОТКЛОНЕНИЯ ОТ ВЕРТИКАЛИ С ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения углов отклонения от вертикали различных объектов. Устройство содержит корпус с цилиндрической камерой, ультразвуковой приемник, ультразвуковой излучатель, усилитель и частотомер. Камера заполнена двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. Ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник установлены в корпусе под одинаковыми углами к его основанию и сопряжены друг с другом посредством границы раздела жидкостей.

Выход усилителя соединен с частотомером. Ультразвуковой излучатель подключен к выходу усилителя. Жидкость, в которую излучается ультразвук, выполняет роль резонатора, определяющего частоту самовозбуждения усилителя. Технический результат состоит в улучшении метрологических характеристик и в повышении точности обработки измерительных сигналов. 1 ил. Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения углов отклонения от вертикали различных объектов. Известно устройство для измерения углов наклона объекта, содержащее сосуд, частично заполненной жидкостью, и два стержневых звукопровода, наполовину погруженных в жидкость.

На верхних концах звукопроводов закреплены излучатель и приемник ультразвука, включенные в цепь обратной связи операционного усилителя. Измерение угла наклона производится по изменению резонансной частоты [1]. Указанное устройство имеет сложную конструкцию и низкую виброустойчивость, что не позволяет его использовать для динамических измерений.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью. В корпусе под углом 45к его основанию установлены 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 изменению амплитуды сигнала [2]. Недостатками известного устройства являются невысокий порог чувствительности и низкая помехоустойчивость, что ограничивает точность измерений. Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в улучшении метрологических характеристик и в повышении точности обработки измерительных сигналов.

Указанная цель достигается тем, что датчик, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью, ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник, установленные в корпусе под одинаковыми углами к его основанию и сопряженные друг с другом посредством границы раздела жидкостей, дополнительно снабжен усилителем и соединенным с его выходом частотомером, причем ультразвуковой излучатель подключен к выходу введенного усилителя, а ультразвуковой приемник - соответственно к входу введенного усилителя.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема предлагаемого датчика. Датчик содержит корпус 1 с цилиндрической камерой, заполненной в равных частях двумя несмешивающимися жидкостями 2 и 3 с различной плотностью.

Под одинаковыми углами к плоскости основания корпуса располагаются излучатель 5 и приемник 6 ультразвука. Граница раздела жидкостей 4 используется в качестве отражателя ультразвука. Излучатель 5 соединен с выходом усилителя 7, а приемник 6 подключен к его входу. Выход усилителя 7 также соединен со входом частотомера 8. Датчик работает следующим образом. При вертикальном положении датчика выполняется условие самовозбуждения усилителя 7 на резонансной частоте, определяемой геометрическими параметрами резонатора, роль которого выполняет жидкость 2. В результате возникает стоячая волна, энергия которой передается приемнику ультразвука 6. При этом на выходе усилителя возникает напряжение резонансной частоты f.

При возбуждении стоячей волны на расстоянии, пройденном ультразвуковой волной от излучателя 5 до приемника 6, укладывается целое число длин полуволн. При отклонении от вертикали появляются угловые рассогласования между камерой и поверхностью раздела жидкостей, вследствие чего изменяются геометрические параметры резонатора. В результате изменяются и условия самовозбуждения усилителя 7, и на его выходе возникает напряжение частотой ff, гдеf - абсолютное изменение частоты при отклонении от вертикали.

Частота выходного сигнала усилителя 7 измеряется с помощью частотомера 8. Применение частотного преобразователя позволяет улучшить метрологические характеристики датчика, повысить помехозащищенность и точность обработки измерительных сигналов. ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. Авт. свид. СССР 1673831, МКИ G 01 С 9/06. 2. Патент РФ 2093791, опубл. 14. 01. 1998. Датчик угла отклонения от вертикали, содержащий корпус с цилиндрической камерой, заполненной двумя несмешивающимися жидкостями с различной плотностью, ультразвуковой излучатель и ультразвуковой приемник, установленные в корпусе под одинаковыми углами к его основанию и сопряженные друг с другом посредством границы раздела жидкостей, отличающийся тем, что дополнительно снабжен усилителем и соединенным с его выходом частотомером, причем ультразвуковой излучатель подключен к выходу введенного усилителя, при этом жидкость, в которую излучается ультразвук, выполняет роль резонатора, определяющего частоту самовозбуждения усилителя.

РИСУНКИ MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе Дата прекращения действия патента: 27.

03. 2004Извещение опубликовано: 20. 11. 2005БИ: 32/2005.