Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта и устройство для его осуществления

)4 0 01 9/2 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТ К АВТОРСКОМУ ничеССР8. ри 5 ил. Ю ОСУДАРСТВЕКНЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Новосибирский электротский институт(56) Авторское свидетельствоВ 767507, кл. С О В 7/30,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНАОБЪЕКТА ОТНОСИТЕЛЬНО ГОРИЗОНТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретенияповышение точности способа и осущест-вляющего его устройства для измерения угла наклона объекта относительно горизонта за счет исключения динамической погрешности измерения, связанной с использованием пузырьковойампулы, Связанную с контролируемымобъектом пузырьковую ампулу 1 помещают в переменное электрическое поле,благодаря чему обеспечивается преобразование, угла наклона объекта в электрический сигнал. Возбуждая вампуле 1 импульсы электромагнитногополя .бегущей волны, измеряют отраженный сигнал, по величине и формекоторого непосредственно определяют угол наклона. При этом величинаи временные характеристики отраженного сигнала зависят от углового положения ампулы относительно векторасилы тяжести, В устройстве, осуществляющем способ измерения угла нклона, пузырьковую ампулу 1 помещают между электродами 4, образующими вместе с ней линию с распреленными параметрами, к которой подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8. Электроды 4 выполнены в виде двух проводников, а бло 5 питания и измерения выполнен в, виде импульсного СВЧ-рефлектометра. По изменению волнового сопротивлени линии передачи определяют угловое положение ампулы 1 относительно гозонтальной поверхности заключен" ной в ней жидкости 3. 2 с.п. ф-лы,1420370 35 ч(о)1+ о(о1 -о(о) и где ч - известное волновое сопротивление выходного кабеля СВЧ- рефлектометра, равное величине нагрузочыого сопротивления 8 и волновому сопротивлению линии передачи при горизонтальном положении ампулы 1,Величина волнового сопротивления ч(х) однозначно связана с величиной зазора Ь(х). В случае использования в качестве жидкости 3 ртути и при прямоугольном поперечном сечении ампулы зависимость Ь(х) определяется выражением 55Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта с помощью предлагаемого устройства осущестзляют следующим образом. Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения углов наклона деталей и конструкций относительно горизонта.Целью изобретения является повышение точности измерения угла наклона путем уменьшения динамической погрешности измерения. 10На фиг.схематично показано устройство для измерения угла наклона объекта относительно горизонта, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ, на фиг. 2 - положе ние линейной пузырьковой ампулы при измерении с ее помощью малых значений угла наклона объекта относительно горизонта; на фиг. 3 - положение дугообразной пузырьковой ампулы при 20 измерении с ее помощью больших значений угла наклона относительно горизонта; на фиг. 4 и 5 - изображения измеренных сигналов, получаемых на экране стробоскопического осциллографа при использовании соответственно линейной и дугообразной пузырьковых ампул,Устройство для измерения угла наклона объекта относительно горизонта содержит пузырьковую ампулу 1, предназначенную для установки на контролируемом объекте 2 в процессе измерения и выполненную из непроводящего материала. Ампула 1 частично заполнена жидкостью 3, электрические свойства которой отличаются от свойств воздуха. Ампула 1 может быть заполнена двумя несмешивающимися жидкостями с различными электриче скими свойствами. Вдоль противоположных поверхностей ампулы 1 размещены два электрода 4, выполненные в виде проводников, образующих вместе с ней линию передачи с распределенными па раметрами, К одной паре концов этих проводников подключен блок 5 питания и измерения, выполненный в виде СВЧ-рефлектометра, содержащего генератор 6 импульсов напряжения и стробоскопический осциллограф 7. К противоположной паре концов проводников подключено согласованное нагрузочное сопротивление 8. Устанавливают пузырьковую ампулу 1 на объекте 2 контроля и возбуж" дают в ней с помощью СВЧ- рефлектометра импульсное электромагнитное поле бегущей волны. Благодаря зависящему от углаоС наклона распределению Ъ(х) воздушного зазора Ь на длине х пузырьковой ампулы, образующей вместе с электродами 4 линию передачи с распределенными параметрами, изменяется волновое сопротивление ч(х) этой линии. За счет неоднородности волно" вого сопротивления ч(х) происходит частичное отражение бегущей волны Величина 3 (1) и время Ь ь прихода отра" женной волны в виде зависимости коэффициента 6(ь) отражения от времени поступает на аналоговый или цифровой выходы СВЧ-рефлектометра и ее можно одновременно наблюдать на экране стробоскопического осциллографа 7 (фиг, 4 и 5). Время ЬГприхода от точки с координатой х связано соотношением= 2 х/ч, где ч - скорость распространения бегущей волны по линии передачи. Таким образом, на выходе СВЧ-рефлектометра и на экране осциллографа 7 имеется отраженный сигнал от каждой точки х линии передачи, несущий информацию об ч(х) и, следовательно, о величине угла о,По величинам 3 (о) и 3 (1) - коэф фициентам отражения от начала и конца линии передачи - рассчитываются в этих же точках волновые сопротивления:40 5 где а - ширина верхнего проводникакоэффициент, учитывающий влияние матерала стенок ампулы.По приведенным выражениям для ч(о) О и ч(1) могут быть рассчитаны Ь(о) Ь(1) - величины воздушных зазоров в начале и конце линии передачи (фиг.2).Иа практике величины Ь(о) и Ь(1) могут быть определены и непосред ственно через о(о) и о(1) по предварительно снятой калибровочной зависимости о = 4(Ь)Через Ь(о) и Ь 1) рассчитывают угол наклона Как видно, при большой длине ампулы 1 можно измерить достаточно малые 25 углы наклона.При измерении больших углов наклона ампулу выполняют дугообразной и заполняют. диэлектрической жидкостью до получения локализованного пузырь ка воздуха (фиг. 3).По времени ь прихода сигнала, наблюдаемого на экране осциллографа и показанного на фиг. 5, измеряют расстояние от местоположения пузырька х, Угол наклона при этом равен:о 360 х 360 ьч2 И 2 ЯИ радиус кривизны ампулы;скорость распространения импульсов напряжения.Таким образом, возбужденное в ампуле импульсное электромагнитное поле бегущей волны преобразуется в 45 зависимости от угла наклона ампулы в импульсное электромагнитное поле отраженной бегущей волны. По величине и времени прихода отраженной волны от различных точек ампулы определяют угол наклона. При этом параметры отраженной волны можно определять известными средствами, в частности с помощью осциллографа.Если в известном устройстве при 55 использовании обычной пузырьковой ампулы непосредственно перед отсчетом угла М. наклона необходимо провести операцию ксмпенса.ии смещенияпузырька с визуальны.ф фи.,"сированиемего нулевого уровня, чтоисключаетвоэможность автоматизации измерений,предлагаемые способ и устройство позволяют измерять углы наклона относительно горизонта в динамике, причемдинамическая погрешность измерения,присущая известному способу и устройству, сведена к минимуму. Формула изобретения 1. Способ измерения угла наклона объекта относительно горизонта, заключающийся в том, что устанавливают на объекте пузырьковую ампулу, поь 1 ещают ее в электрическое поле и по изменению параметра этого поля определяют угол наклона, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения динамической погрешности измерения, в ампуле возбуждают импульсное электромагнитное поле бегущей волны, измеряют отраженный сигнал, а определение угла наклона осуществляют по ве личине или времени пр.кода отраженного сигнала. 2. Устройство для измерения угланаклона объекта относительно горизонта, содержащее пузырьковую ампулу,устанавливаемую на объекте в процессе измерения, размещенные на ее поверхности два электрода и подуключенный к ним блок питания и измерения,о т л и ч а ю щ е е с я тем, чтоэлектроды выполнены в виде проводников, расположенных вдоль поверхности пузырьковой ампулы и образующихс нею линию передачи с распределечными параметрами, а блок питания иизмерения выполнен в виде импульсного СВЧ-рефлектометра, подключенногок одной паре концов обоих проводников, и согласованного нагрузочногосопротивления, подключенного к другойпаре концов этих проводников, 120370. Редактор А. Лезнина рре дписн ческое предприятие, г. Узтород, ул изводственн Заказ 4316/42 Тирам 680ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Иосква, Ж, Раушская наб., д. 4