RU2510488C2 - Inclinometre - Google Patents

Inclinometre Download PDF

Info

Publication number
RU2510488C2
RU2510488C2 RU2012122383/28A RU2012122383A RU2510488C2 RU 2510488 C2 RU2510488 C2 RU 2510488C2 RU 2012122383/28 A RU2012122383/28 A RU 2012122383/28A RU 2012122383 A RU2012122383 A RU 2012122383A RU 2510488 C2 RU2510488 C2 RU 2510488C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluid
flask
liquid
light source
cuvette
Prior art date
Application number
RU2012122383/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012122383A (en
Inventor
Юлиан Арамович Будагов
Михаил Васильевич Ляблин
Original Assignee
Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Объединенный Институт Ядерных Исследований filed Critical Объединенный Институт Ядерных Исследований
Priority to RU2012122383/28A priority Critical patent/RU2510488C2/en
Publication of RU2012122383A publication Critical patent/RU2012122383A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510488C2 publication Critical patent/RU2510488C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: instrumentation.
SUBSTANCE: proposed device comprises light source, flask with fluid with surface located on light path and recorder of light beam reflected from fluid surface. Note here that all said elements share a common base frame. Note also that light source is composed by single-mode stabilised laser source. Said flask contains thick dielectric fluid, for example, flask oil with fluid ply depth-to-flask diametre makes 0.04 to 0.06. Said recorder is composed by position-sensitive photoreceiver with recording unit. Base frame inclination is defined as the change in position of laser beam spot reflected from fluid surface at said position-sensitive photoreceiver.
EFFECT: better stabilisation of large-scale industrial or research complexes, au, International linear collider, state-of-the-art telescopic systems, etc.
1 dwg

Description

Устройство относится к области технической физики и может быть использовано для стабилизации положения научно-исследовательских установок, например метрологических установках с длинными лазерными реперными линиями, линейных коллайдеров (ILC, CLIC), больших телескопов и др., а также может являться детектирующим устройством наклона земной поверхности сейсмического и индустриального происхождения.The device relates to the field of technical physics and can be used to stabilize the position of research facilities, for example, metrological facilities with long laser reference lines, linear colliders (ILC, CLIC), large telescopes, etc., and can also be a detecting device for tilting the earth's surface. seismic and industrial origin.

Известно устройство (аналог) по заявке №74770, опубликованное 01.01.1949 для измерения наклона. Устройство содержит кювету с диэлектрической жидкостью, которая помещена между обкладками двух конденсаторов. Недостаток устройства - низкая чувствительность и высокий уровень шумов.A device (analog) is known by application No. 74770, published 01/01/1949 for measuring slope. The device contains a cell with a dielectric fluid, which is placed between the plates of two capacitors. The disadvantage of this device is its low sensitivity and high noise level.

Известно устройство (аналог) по заявке №2089852, опубликованное 10.09.1997, для измерения наклона относительно горизонта. Устройство содержит источник света, плавающее тело с прикрепленной к нему стеклянной пластиной в виде тонкого стеклянного диска с нанесенной на ней угломерной шкалой и зрительную трубу с окуляром.A device (analog) is known according to the application No. 2089852, published on 09/10/1997, for measuring the inclination relative to the horizon. The device contains a light source, a floating body with a glass plate attached to it in the form of a thin glass disk with a goniometric scale deposited on it, and a telescope with an eyepiece.

Недостаток устройства - низкая чувствительность к измеряемым угловым наклонам, остаточная негоризонтальность плавающего тела, ограничивающая область применения устройства.The disadvantage of this device is the low sensitivity to the measured angular slopes, the residual non-horizontalness of the floating body, limiting the scope of the device.

Известно устройство (прототип), содержащее источник света, зрительную трубу с окуляром и кювету в виде прозрачного герметичного цилиндра, частично заполненную жидкостью (патент США N 2782675 О се Feb 26 1957).A device (prototype) is known that contains a light source, a telescope with an eyepiece and a cuvette in the form of a transparent sealed cylinder, partially filled with liquid (US patent N 2782675 О ce Feb 26 1957).

Недостатки данного устройства заключаются в недостаточной чувствительности, большом уровне шумов, необходимости в визуальном наблюдении отраженного луча света, что ограничивает область его применения.The disadvantages of this device are the lack of sensitivity, a large level of noise, the need for visual observation of the reflected light beam, which limits its scope.

Задача настоящего изобретения состоит в радикальном поднятии чувствительности и одновременном снижении шумов устройства. Это необходимо как для проведения операций по стабилизации положения лазерного луча в пространстве на большие (более 100 м) расстояния, так и для прецизионной стабилизации положения крупных научно-исследовательских установок (линейные ускорители, телескопические системы большого диаметра и др.) от сейсмических шумов земного и индустриального происхождения.An object of the present invention is to radically increase the sensitivity while reducing the noise of the device. This is necessary both for stabilization of the position of the laser beam in space over large (over 100 m) distances, and for precise stabilization of the position of large research facilities (linear accelerators, large-diameter telescopic systems, etc.) from seismic noise from the earth and industrial origin.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения угла наклона, включающем в себя источник света, кювету с жидкостью, поверхность которой установлена на пути движения света, регистрирующее устройство отраженного от поверхности жидкости луча света, введено общее для всех элементов основание, источник света выполнен в виде одномодового стабилизированного лазерного источника, кювета заполнена вязкой диэлектрической жидкостью, например масло, с отношением толщины слоя жидкости в кювете к диаметру кюветы в пределах от 0.04 до 0.06, регистрирующее устройство выполнено в виде позиционно чувствительного фотоприемного устройства с блоком регистрации, измеряющее угол наклона основания как изменение положения пятна отраженного от поверхности жидкости лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике.The problem is solved in that in a device for measuring the angle of inclination, which includes a light source, a cuvette with a liquid, the surface of which is installed in the path of the light, recording a device of a light beam reflected from the surface of the liquid, a base common to all elements is introduced, the light source is made in the form of a single-mode stabilized laser source, the cuvette is filled with a viscous dielectric fluid, such as oil, with the ratio of the thickness of the liquid layer in the cuvette to the diameter of the cuvette in the range from 0.04 to 0 .06, the recording device is made in the form of a position-sensitive photodetector with a registration unit, measuring the angle of inclination of the base as a change in the position of the spot reflected from the liquid surface of the laser beam on a position-sensitive photodetector.

Общее основание повышает стабильность взаимного расположения элементов устройства. Стабилизированный одномодовый лазерный источник увеличивает чувствительность и точность измерения угла наклона основания в силу симметричного распределения плотности мощности в сечении его пучка, отсутствия шума межмодовых биений, стабилизации мощности излучения, которая увеличивает точность измерения положения на позиционно-чувствительном фотоприемнике. Кювета с вязкой полярной жидкостью (масло) с отношением толщины слоя жидкости к диаметру кюветы от 0,04 до 0,06 обеспечивает стабильное геометрическое положение поверхностного слоя жидкости с отсутствием поверхностных шумовых звуковых волн и отсутствием испарения. Позиционно чувствительное фотоприемное устройство (ПФУ) с регистрирующим электронным устройством (АЦП) и компьютером для записи полученной информации обеспечивает непрерывный мониторинг углового положения поверхности Земли в двух угловых координатах.The common base increases the stability of the relative positions of the elements of the device. A stabilized single-mode laser source increases the sensitivity and accuracy of measuring the angle of inclination of the base due to the symmetrical distribution of the power density in the beam cross section, the absence of intermode beat noise, and the stabilization of radiation power, which increases the accuracy of position measurement on a position-sensitive photodetector. A cell with a viscous polar liquid (oil) with a ratio of the thickness of the liquid layer to the diameter of the cell from 0.04 to 0.06 provides a stable geometric position of the surface layer of the liquid with no surface noise sound waves and no evaporation. A positionally sensitive photodetector (PFC) with a recording electronic device (ADC) and a computer for recording the received information provides continuous monitoring of the angular position of the Earth's surface in two angular coordinates.

На Рис.1 показана схема устройства, где 1 - лазер, 2 - основание, 3 - кювета с жидкостью, 4 - позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, 5 - выходящий лазерный луч, 6 - отраженный от поверхности лазерный луч, 7 - смещенный относительно первоначального положения вследствие наклона основания лазерный луч, 8 - положение поверхности жидкости до углового наклона основания, 9 - положение поверхности жидкости после наклона основания. Наклон поверхности жидкости и отраженного лазерного луча показаны относительно основания.Figure 1 shows a diagram of the device, where 1 is a laser, 2 is a base, 3 is a cell with a liquid, 4 is a position-sensitive photodetector, 5 is an output laser beam, 6 is a laser beam reflected from the surface, 7 is offset from the original position due to the inclination of the base of the laser beam, 8 - the position of the liquid surface to the angular inclination of the base, 9 - the position of the surface of the liquid after the inclination of the base. The inclination of the surface of the liquid and the reflected laser beam are shown relative to the base.

Устройство работает следующим образом. Одномодовый стабилизированный лазерный источник (1) посылает свой луч на поверхность жидкости в кювете (3). Луч, отраженный от поверхности жидкости, регистрируется позиционно-чувствительным устройством (4). Все элементы (1, 3, 4) закреплены на общем основании (2), расположенном на поверхности Земли. Сигнал о положении луча на ПФУ регистрируется аналого-цифровым преобразователем и записывается на компьютер.The device operates as follows. A single-mode stabilized laser source (1) sends its beam to the surface of the liquid in the cell (3). A beam reflected from the surface of the liquid is detected by a position-sensitive device (4). All elements (1, 3, 4) are fixed on a common base (2) located on the surface of the Earth. The signal about the position of the beam on the PFC is recorded by an analog-to-digital converter and recorded on a computer.

При наклоне земной поверхности происходит наклон основания (2). В силу неизменности горизонтального положения жидкости происходит изменение углового положения отраженного лазерного луча (7) на удвоенный угол наклона основания φ=2θ (8, 9) относительно предыдущего положения луча (6), что вызывает смещение пятна лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике, приводящее к линейному относительно угла наклона основания изменению величины регистрируемого сигнала.When the earth is tilted, the base tilts (2). Due to the fact that the horizontal position of the liquid does not change, the angular position of the reflected laser beam (7) changes by a doubled angle of inclination of the base φ = 2θ (8, 9) relative to the previous position of the beam (6), which causes the laser beam to shift on the position-sensitive photodetector, resulting in linear with respect to the angle of inclination of the base change in the magnitude of the recorded signal.

В процессе измерения устройство калибруется путем измеряемого наклона основания, что дает возможность представить зарегистрированный сигнал в единицах угла наклона основания.During the measurement process, the device is calibrated by measuring the inclination of the base, which makes it possible to represent the recorded signal in units of the angle of inclination of the base.

Полученный сигнал в дальнейшем используется для стабилизации положения как лазерной реперной линии, так и положения прецизионных научно-исследовательских установок.The received signal is subsequently used to stabilize the position of both the laser reference line and the position of precision research facilities.

Также полученный сигнал является дополнительным каналом информации по тектонике Земли. Регистрация сигнала решает задачу прецизионного определения амплитуды и направления поверхностных сейсмических волн в виде периодического наклона земной поверхности. По сути, рассматриваемое устройство является новым типом сейсмографа поверхностных сейсмических волн.Also, the received signal is an additional channel of information on Earth tectonics. Signal registration solves the problem of accurately determining the amplitude and direction of surface seismic waves in the form of a periodic inclination of the earth's surface. In fact, the device in question is a new type of seismograph of surface seismic waves.

Claims (1)

Устройство для измерения угла наклона, включающее в себя источник света, кювету с жидкостью, поверхность которой установлена на пути движения света, регистрирующее устройство отраженного от поверхности жидкости луча света, отличающееся тем, что имеется общее для всех элементов основание, источник света выполнен в виде одномодового стабилизированного лазерного источника, кювета с вязкой диэлектрической жидкостью, например масло, с отношением толщины слоя жидкости в кювете к диаметру кюветы в пределах от 0.04 до 0.06, регистрирующее устройство выполнено в виде позиционно чувствительного фотоприемного устройства с блоком регистрации, измеряющее угол наклона основания как изменение положения пятна отраженного от поверхности жидкости лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике. A device for measuring the angle of inclination, including a light source, a cuvette with a liquid, the surface of which is installed in the path of the light, registering a light beam reflected from the surface of the liquid, characterized in that there is a base common to all elements, the light source is made in the form of a single-mode a stabilized laser source, a cuvette with a viscous dielectric fluid, for example oil, with the ratio of the thickness of the liquid layer in the cuvette to the diameter of the cuvette in the range from 0.04 to 0.06, recording a device in is designed as a position-sensitive photodetector with a recording unit that measures a base tilt angle as a change in position of spots reflected from the liquid surface of the laser beam on the position-sensitive photodetector.
RU2012122383/28A 2012-05-30 2012-05-30 Inclinometre RU2510488C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012122383/28A RU2510488C2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Inclinometre

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012122383/28A RU2510488C2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Inclinometre

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012122383A RU2012122383A (en) 2013-12-10
RU2510488C2 true RU2510488C2 (en) 2014-03-27

Family

ID=49682637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012122383/28A RU2510488C2 (en) 2012-05-30 2012-05-30 Inclinometre

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510488C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734451C1 (en) * 2020-02-11 2020-10-16 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for measuring angles of inclination of surface
RU2740489C1 (en) * 2020-06-29 2021-01-14 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Laser inclinometer for long-term recording of earth surface angles
RU2747047C1 (en) * 2020-08-19 2021-04-23 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Laser inclinometer
RU2810718C1 (en) * 2023-06-19 2023-12-28 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for measuring the angle of tilt

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2782675A (en) * 1952-12-10 1957-02-26 Kollsman Instr Corp Artificial horizon
SU1270566A1 (en) * 1985-01-09 1986-11-15 Предприятие П/Я А-1158 Hydrostatic level measuring head
RU2107896C1 (en) * 1996-12-06 1998-03-27 Российский Университет Дружбы Народов Liquid optical level
RU2258906C2 (en) * 2003-10-27 2005-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный специализированный проектный институт" (ФГУП "ГСПИ") Video incline meter
RU2007116198A (en) * 2007-04-27 2008-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU) METHOD FOR DETERMINING THE SPATIAL ANGLE OF THE OBJECT TILT AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2782675A (en) * 1952-12-10 1957-02-26 Kollsman Instr Corp Artificial horizon
SU1270566A1 (en) * 1985-01-09 1986-11-15 Предприятие П/Я А-1158 Hydrostatic level measuring head
RU2107896C1 (en) * 1996-12-06 1998-03-27 Российский Университет Дружбы Народов Liquid optical level
RU2258906C2 (en) * 2003-10-27 2005-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный специализированный проектный институт" (ФГУП "ГСПИ") Video incline meter
RU2007116198A (en) * 2007-04-27 2008-11-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (RU) METHOD FOR DETERMINING THE SPATIAL ANGLE OF THE OBJECT TILT AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2734451C1 (en) * 2020-02-11 2020-10-16 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for measuring angles of inclination of surface
RU2740489C1 (en) * 2020-06-29 2021-01-14 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Laser inclinometer for long-term recording of earth surface angles
RU2747047C1 (en) * 2020-08-19 2021-04-23 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Laser inclinometer
RU2810718C1 (en) * 2023-06-19 2023-12-28 Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) Device for measuring the angle of tilt

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012122383A (en) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107806821B (en) With the difference single-frequency interference signal processing unit and method of integrated four photodetectors
RU2510488C2 (en) Inclinometre
Tilford Three and a half centuries later-the modern art of liquid-column manometry
Zeng et al. A two-beam laser triangulation for measuring the position of a moving object
Torng et al. A novel dual-axis optoelectronic level with refraction principle
CN204595315U (en) There is the telescope configuration of Auto-collimation angular measurement, infrared distance measurement device
Sosin et al. Frequency sweeping interferometry for robust and reliable distance measurements in harsh accelerator environment
Batusov et al. A laser sensor of a seismic slope of the Earth surface
US9297656B2 (en) Sensor arrangement having code element
CN104266630A (en) High-precision terrain measuring system
Larichev et al. An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry
CN114894159B (en) High-precision double-shaft laser level meter based on single-beam interference image and measuring method
JPH10274528A (en) Plumbing device for surveying
RU2810718C1 (en) Device for measuring the angle of tilt
RU2734451C1 (en) Device for measuring angles of inclination of surface
CN202928567U (en) Inclination angle measuring device based on CCD (Charge Coupled Device)
RU2663542C1 (en) Interferometer of absolute gravimeter
JPS6046410A (en) Survey device
Salo et al. On the calibration of the distance measuring component of a terrestrial laser scanner
Lavrov et al. Two-wave laser displacement meter
CN114894158B (en) High-precision double-shaft laser level meter based on interference fringe decoupling and measuring method
RU2740489C1 (en) Laser inclinometer for long-term recording of earth surface angles
CN102878949B (en) Vertical wide-range high-precision optical plane proving installation
Azaryan et al. The precision laser inclinometer long-term sensitivity in thermo-stabilized conditions
Zheng et al. Accuracy analysis of parallel plate interferometer for angular displacement measurement