Электронная рулетка

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научнопроизводственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(72) Автор Ярмолович Вячеслав Алексеевич(73) Патентообладатель Государственное научно-производственное объединение Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по материаловедению(57) Электронная рулетка, содержащая корпус, вал, установленный с возможностью вращения в двух подшипниках, на который намотана измерительная лента с системой меток длины, выполненная с возможностью ручного растяжения в длину, причем на одном конце вала закреплена -образная немагнитная насадка с парой постоянных магнитов по ее краям, ориентированных однонаправленно и создающих плоскопараллельное магнитное поле между магнитами, а на втором конце - плоская спиральная пружина, обеспечивающая самовозврат и намотку измерительной ленты, неподвижный относительно корпуса элемент Холла, размещенный на держателе между магнитами, электронную плату, источник питания электроники, отличающаяся тем, что электронная рулетка дополнительно содержит микропроцессор, встроенные в корпус дисплей, индикатор заряда аккумулятора, кнопки включения/выключения электроники и режимов измерения длина/вес, разъем подключения сетевого адаптера, а также сам адаптер переменного напряжения 220 В/5 В 46322008.08.30 постоянного напряжения, радиопередающее устройство типа , причем на держателе между магнитами размещены неподвижно относительно корпуса еще два элемента Холла, ориентированные своими пластинами под углом 60 друг к другу таким образом,что центры пластин трех элементов Холла составляют равносторонний треугольник.(56) 1. Таре .1145503.1989-06-07. 2.,,110 ..102004055650.2006-05-24. 3.-.237934.2003-03-19. 4..60082901.1985-05-11. 5..1057767.2000-12-06 (прототип). Предлагаемая полезная модель относится к средствам измерений расстояний до нескольких метров, а именно с помощью рулетки, и может быть использована, например, в строительстве. Известно устройство рулетки 1, которое содержит корпус с калькулятором и жидкокристаллическим дисплеем, выдвижную измерительную металлическую ленту, намотанную на вал, в которой по линии симметрии на равном расстоянии друг от друга сформированы узкие отверстия, и электрическую цепь, имеющую источник и приемник светового пучка, находящиеся напротив друг друга и разделенные лентой с отверстиями. При движении измерительной ленты оптические сенсоры выдают соответствующие сигналы в электронный блок, подсчитывающий их число с дальнейшей индикацией измеряемого расстояния на дисплее. Достоверность получаемых результатов оставалась низкой. Для получения правильного результата необходимо обнуление, т.е. каждое новое измерение необходимо начинать сначала либо задавать калькулятору принцип подсчета следующего набора отверстий, т.е. движение ленты вперед или назад. Известно устройство 2, в котором на выдвижной измерительной ленте с одной стороны нанесена, например, метрическая система единиц, которая может восприниматься непосредственно человеческим глазом, как в обычной рулетке, так и система штрихкодов, на другой стороне измерительной ленты. При движении ленты система штрихкодов проходит через окошко и для считывания используется сканер штрих-кода. При длительной эксплуатации такой рулетки неизбежны повреждения густо нанесенных линий штрих-кода либо налипания посторонних веществ, что приводит к потере возможности считывания информации сканером. Таким образом, с течением времени эксплуатации достоверность полученных результатов значительно уменьшается. Известна электронная рулетка 3, содержащая микропроцессор и намотанную на вал выдвигающуюся из корпуса металлическую ленту, к которой прижимается ролик. При движении ленты за счет сил трения ролик приводится во вращение. На валу ролика закреплен инкодерный диск, имеющий большое число оптических меток, обычно считываемых оптическим датчиком, сигналы от которого поступают в микропроцессор. Дополнительно содержится аудиомеханизм, позволяющий озвучивать результаты измерений. Для такого устройства почти решена задача получения достоверных результатов измерений при любом направлении и способе движения измерительной ленты. Самым главным недостатком в этом устройстве является потенциальная возможность проскальзывания ролика относительно выдвигаемой ленты. При резком растяжении ленты (ускорении) или при износе 2 46322008.08.30 фрикционного покрытия прижимного ролика процессы проскальзывания становятся достаточно вероятными, что приводит к погрешностям измерений, нарастающим со временем. Известно устройство 4, в котором выдвигающаяся из корпуса рулетки лента содержит набор магнитных маркеров, имеющих различную длину вдоль движения ленты и распределенных по ее ширине. Намагниченные области типа - или - детектируются датчиком Холла. Сигнал с элемента Холла поступает на микропроцессор с дисплеем. Недостатком такого устройства является сложность создания подходящей измерительной ленты со сложной структурой магнитных маркеров. Кроме того, растягиваемая измерительная лента совершенно не защищена от локальных сильных магнитных полей, например может попасть в область действия сильного магнита, что вызовет перемагничивание участков ленты или искажение магнитных маркеров, что обусловит сбои в функционировании устройства. Наиболее близкое к предлагаемому техническое решение описано в 5 (прототип). Устройство содержит корпус с парой подшипников, внутри которого в подшипниках закреплен с возможностью вращения вал, на который намотан измерительный трос (кабель с системой меток), выполненный с возможностью ручного растяжения в длину. На одном конце вала закреплена -образная немагнитная насадка с парой постоянных магнитов по ее краям, ориентированных однонаправленно и создающих плоскопараллельное магнитное поле между магнитами, а на втором конце - плоская спиральная пружина, обеспечивающая самовозврат и намотку измерительного средства. В зазоре между магнитами неподвижно установлен элемент Холла, обеспечивающий генерирование ЭДС, зависящее от угла поворота вала по закону, близкому к синусоидальному. Длина выдвинутой части троса определяется исходя из угла поворота вала по ЭДС Холла и сигналам от двух катушек индуктивности, включенных в мостовую схему измерений и подключенных к электронной плате. Недостатком устройства 5 является низкая достоверность измерений при неравномерном движении (растягивании) троса, при его остановках или возвратно-поступательном движении, особенно вблизи позиций, когда ЭДС Холла проходит свое максимальное или минимальное значение (так называемые мертвые точки, когда вращение вала есть, а изменение ЭДС Холла практически отсутствует). Задача, решаемая предлагаемым нами устройством (полезной моделью), - повышение достоверности измерений расстояний рулеткой при электронном способе считывания значений длин и расширение функций рулетки на область определения веса небольших грузов. В предложенном устройстве повышение достоверности измерений расстояний рулеткой обусловлено возможностью точного измерения абсолютной величины угла поворота валав диапазоне углов 02 радиан, где- любое целое число, равное или превышающее 1, за счет новой конструкции датчика угла поворота, состоящего из трех элементов Холла, установленных своими пластинами под углами 60 друг к другу и размещенных в плоскопараллельном магнитном поле, создаваемом двумя постоянными магнитами, вращающимися вместе с валом. Пересчет абсолютной величины угла поворота валав длину или определение веса груза обеспечивается микропроцессором. Для решения поставленной задачи предлагается следующее устройство. Электронная рулетка, содержащая корпус, вал, установленный с возможностью вращения в двух подшипниках, на который намотана измерительная лента с системой меток длины, выполненная с возможностью ручного растяжения в длину, причем на одном конце вала закреплена -образная немагнитная насадка с парой постоянных магнитов по ее краям, ориентированных однонаправленно и создающих плоскопараллельное магнитное поле между магнитами, а на втором конце - плоская спиральная пружина, обеспечивающая самовозврат и намотку измерительной ленты, неподвижный относительно корпуса 3 46322008.08.30 элемент Холла, размещенный на держателе между магнитами, электронную плату, источник питания электроники, отличающаяся тем, что электронная рулетка дополнительно содержит микропроцессор, встроенные в корпус дисплей, индикатор заряда аккумулятора,кнопки включения/выключения электроники и режимов измерения длина/вес, разъем подключения сетевого адаптера, а также сам адаптер переменного напряжения 220 В/5 В постоянного напряжения, радиопередающее устройство типа , причем на держателе между магнитами размещены неподвижно относительно корпуса еще два элемента Холла,ориентированные своими пластинами под углом 60 друг к другу таким образом, что центры пластин трех элементов Холла составляют равносторонний треугольник. Анализ элементов устройства, приведенных в отличительной части формулы, показывает, что некоторые из них могут встречаться по отдельности в различных аналогах технических решений. Однако в совокупности набор этих элементов не известен, поэтому является новым. Кроме того, совокупность этих элементов придает устройству новое качество функционирования и обеспечивает полное решение поставленной задачи. Поэтому заявляемое устройство соответствует критерию новизна по действующему законодательству. На фиг. 1 представлен общий вид электронной рулетки, на фиг. 2 - основные компоненты рулетки, находящиеся под корпусом, на фиг. 3 - выходные сигналы от трех элементов Холла как функции угла поворота вала , на фиг. 4 - калибровочная зависимость длины выдвинутой части измерительной линейки от абсолютного угла поворота вала . Устройство содержит микропроцессор 1, встроенные в корпус дисплей 2, индикатор заряда аккумулятора 3, кнопки включения/выключения электроники 4 и режимов измерения длина/вес 5, разъем подключения сетевого адаптера 6, пластмассовый корпус 7, а также сам адаптер переменного напряжения 220 В/5 В постоянного напряжения 8, радиопередающее устройство типа(на фиг. 1 не изображен). Металлическая измерительная лента 9 с системой меток длины 10 и веса 11, выполненная с возможностью ручного растяжения в длину, содержит кольцо 12. Лента 9 намотана на вал 13, установленный с возможностью вращения в двух подшипниках 14, 15. На одном конце 13 вала закреплена -образная немагнитная насадка 16 с парой постоянных магнитов 17 по ее краям, ориентированных однонаправленно и создающих плоскопараллельное магнитное поле между магнитами. На втором конце вала 13 закреплена плоская спиральная пружина 18, обеспечивающая самовозврат и намотку измерительной ленты 9. На крышке 19 закреплен немагнитный держатель 20, имеющий в поперечном сечении профиль равностороннего треугольника. По сторонам держателя 20 установлены неподвижно относительно корпуса три элемента Холла 21, 22, 23, ориентированные своими пластинами под углами 60 друг к другу так, что центры пластин трех элементов Холла составляют равносторонний треугольник. Угол между нормалями, проведенными к пластинам элементов Холла,составляет 120 соответственно. Электронная плата 24 с микропроцессором 1, источником питания - аккумулятором - и радиопередающей платой(на фиг. 2 не изображены) установлены под крышкой 19. Устройство работает следующим образом. При нажатой кнопке 4 включается электронное устройство в один из режимов измерения длина/вес, который настраивается кнопкой 5, зажигается дисплей 2 и индикатор заряда аккумулятора 3. Пусть выбран основной режим измерения - длина. Измерительная лента 9 растягивается рукой на необходимую длину, при этом вал 13 с закрепленной -образной немагнитной насадкой и,следовательно, с парой постоянных магнитов 17 поворачивается на угол , который находится в диапазоне 02 радиан, где- любое целое число, равное или превышающее 1. Элементы Холла 21, 22, 23 генерируют сигналы (ЭДС Холла) 1, 2, 3, которые хорошо описываются тригонометрическими функциями вида 10, 20(2/3),30( - 2/3), где 0 - значение ЭДС Холла, когда нормаль элемента Холла совпадает с направлением магнитного поля (предполагается, что чувствительность элементов 4 46322008.08.30 Холла к магнитному полю с помощью электроники выставлена одинаковой). В соответствии с фиг. 3 наблюдается смещение сигналов на угол 2/3. Элементы Холла первоначально установлены так, что при нулевой длине, т.е. когда 0, значения ЭДС следующие 10, 20/2, 3-0/2. Микропроцессор отслеживает изменения знаков 1, 2, 3, которые не могут принимать одновременно только положительные значения или только отрицательные, а также абсолютные значения 1, 2, 3, однозначно определяет абсолютное значение установившегося угла 02, где 002 и- любое неотрицательное целое число. Естественно,отражает целое число полных оборотов и ограничено длиной измерительной линейки. Причем по изменению знаков 1, 2, 3 определяется направление движения измерительной ленты, поэтому уголопределяется однозначно, вне зависимости от способа движения ленты, например, при возвратнопоступательных движениях. По калибровочной зависимости длины выдвинутой измерительной лентыот абсолютного углав радианах, заложенной в память процессора при калибровке рулетки (фиг. 4), рассчитывается значение расстояния, измеренного рулеткой,которое высвечивается на дисплее. При необходимости передачи данных на расстояние включается радиопередающее устройство типа . Человек, проводящий измерения, может непосредственно сравнить электронные измерения с показаниями длины по измерительной ленте с нанесенными метками длины через 1 мм. Возврат измерительной ленты в первоначальное состояние выполняется автоматически за счет работы пружины плоской спиральной пружины 18. Микропроцессор осуществляет автокалибровку нуля длины и готовность к новому циклу измерения. При 0 в устройстве также предусмотрена функция просмотра результатов не менее 8 предыдущих измерений. Для измерения веса груза рулетку удерживают вертикально, а к кольцу 12 подвешивают измеряемый груз. Когда вес груза уравновесится силой пружины 18, измерительная лента выдвинется на соответствующую длину , по величине которой микропроцессор 1 рассчитает вес груза исходя из калибровочной зависимости веса тела от длины выдвинутой части измерительной ленты, занесенной в память компьютера при калибровке устройства. На дисплее 2 отображается результат взвешивания. Человек, проводящий измерения,может непосредственно сравнить электронные измерения с показаниями веса по измерительной ленте с нанесенными метками веса. При индикации разрядки аккумулятора к разъему 6 подключается сетевой адаптер 8 для его зарядки. Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, относится к средствам измерений расстояний до нескольких метров, а именно с помощью рулетки, и может быть использовано, например, в строительстве для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в нижеизложенной формуле полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов средство, воплощающее заявленное при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Следовательно, заявляемое устройство соответствует требованию промышленная применимость по действующему законодательству. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6