1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА В ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ГОРИЗОНТИРОВАНИЯ ОПОРНЫХ ПЛАТФОРМ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН

1.3. Обзор технических характеристик датчиков угла наклона

Инклинометр (датчик наклона) – это датчик, предназначенный для измерения наклона различных статических (строительные объекты и конструкции, крупные механизмы) и, до определенной степени, динамических объектов (подъемные краны, экскаваторы) относительно гравитационного поля Земли. Подобные датчики весьма широко используются при строительстве железных дорог, автомагистралей, мостов, опор крупных генераторов и т.д. При изменении угла наклона пропорционально изменяется сигнал на выходе датчика. Выходной сигнал может быть по току, по напряжению или цифрового типа (RS232 или RS485). Дальнейшая обработка этого сигнала может быть произведена в различного рода измерительных приборах, управляющих системах и т.д. Сам принцип работы инклинометра основан на воздействии гравитационного поля Земли на его чувствительный элемент. Если контролируемый объект не находится в статическом состоянии, то показания датчика являются результатом взаимного воздействия как вектора земной гравитации, так и всех векторов ускорения и вибрации, которые на данный объект воздействуют. Все датчики наклона можно условно разделить на три основные группы: это одноосевые (ось X), двухосевые (оси X и Y) и трехосевые (оси X,Y и Z) датчики.

В настоящее время на рынке широкое распространение получили следующие инклинометры:

1.  Инклинометры GNAMG, выпускаемые фирмой «Baumer IVO». Датчики предназначены для двухосевого высокоточного измерения угла наклона. Применение цифрового интерфейса позволяет передавать точные значения угла наклона, производить удаленное конфигурирование, делать предустановки с выдачей управляющего сигнала на исполнительное устройство.  Программируемые параметры датчика: разрешение, предустановки, прохождение среднего значения. Измерительный цикл 10 Гц, установка показаний –  не более 0,5 с.

Простота монтажа и разнообразие интерфейсов дают возможность использовать эти датчики не только на стационарных, но и на подвижных объектах в таких областях применения, как определение положения высотных сооружений, плотин, стволов шахт, платформ, определение величины прогибов и деформаций опор и балок мостовых и туннельных конструкций, контроль углов наклона автомобильных и железных дорог. Кроме того, решаются такие технически сложные вопросы, как определение крена транспортных средств на суше и на воде, в том числе для строительных и сельскохозяйственных машин. Инклинометры нашли свое применение в судостроении, в нефтедобывающей, перерабатывающей промышленности, в машиностроении, а также в системах безопасности и сигнализации.

2.  Инклинометры типа STS-003, выпускаемые фирмой ЗАО «Росприбор». Диапазоны измерения наклона составляют до ± 90°, используются одна или две оси измерения. Характерны высокая точность, высокое разрешение. Выход возможен по току или по напряжению. Датчик компактный, ударопрочный, степень его защиты IP68. Используется чувствительный элемент на основе пьезокерамики, однако не рекомендуется использовать подобные датчики на объектах с повышенной вибрацией.

3.  Датчики угла наклона серии РФ711, выпускаемые фирмой ООО «РИФТЭК». Подобный датчик  выполнен по технологии микромеханики и может применяться для измерения углов наклона в системах контроля, управления  и навигации.

4.  Инклинометры серии NS, выпускаемые фирмой «HL-Planartechnik». Используется кондуктометрическое измерение угла наклона. Особенность этого патентованного принципа измерения состоит в том, что он базируется на измерении объема.

Фирма «HL-Planartechnik GmbH» предлагает данные датчики в нескольких разных исполнениях. Наряду с базовым модулем NS-25/B2 для «Through Hole»-монтажа, оптимизированным для разных диапазонов угла наклона и разной вязкости электролита, предлагается также модуль NS-25/C2 для SMT-монтажа.

Фирма «HL-Planartechnik GmbH» предлагает также датчики угла наклона в виде сенсорных модулей в исполнениях в виде монтажной платы или в керамическом корпусе с интегрированной электроникой. Эти модули отличаются низким током потребления и легко адаптируемой электроникой. Для работы датчиков необходимо лишь подключить питание, и на выходе появляется сигнал, пропорционально-зависимый от угла наклона.

Сенсорный модуль выходит от изготовителя полностью откалиброванным. Таким образом, при приобретении подобного модуля потребителю предоставляется возможным сразу же встраивать его в свой системный корпус. Модульное исполнение сенсора предполагает его использование в серийном производстве заказчика со средними и большими объемами производства. В распоряжение заказчика предоставляется ряд сенсорных модулей с различными выходными сигналами (интерфейсами), количеством измеряемых координат и конструктивным исполнением. Из этого большого количества можно выбрать оптимально подходящий сенсор для каждого конкретного случая применения.

5.  Датчики угла наклона серии SBL1S, выпускаемые фирмой «Seika Mikrosystemtechnik GmbH».

Это датчики угла наклона (0°–1°...0°–360°) с аналоговым и RS485 интерфейсами компании Seika Mikrosystemtechnik. Компания разрабатывает и производит сенсоры для измерения физических величин, а также электронные и механические компоненты в области сенсорики. В стандартную программу продуктов компании «Seika Mikrosystemtechnik GmbH» входит серия датчиков угла наклона (инклинометров), предназначенных для решения практически любых задач измерения угла наклона.

Высокостабильные, прецизионные, допускающие работу в широком диапазоне температур, датчики угла наклона, разработанные и выпускаемые фирмой «Seika Mikrosystemtechnik GmbH», являются главным ядром одно- или двухосевых инклинометров.

Датчики угла наклона поставляются также в виде готовой сборки с самыми разнообразными функциями и параметрами. Это могут быть одно- или двухкоординатные инклинометры с цифровым (RS485) или аналоговым интерфейсом, с выходом по току и/или напряжению, с дополнительными функциями: реле наклона, возможностью предустановки заказчиком необходимых границ срабатывания при достижении определенных углов наклона и др.

Внешний вид и основные характеристики датчиков приведены в табл. 1.1. Проведенный анализ показывает, что на сегодняшний день рынок предоставляет огромный выбор датчиков, пригодных для использования в устройствах управления положением платформы строительной машины.