RU2810721C1 - Device for measuring tilt angle - Google Patents

Device for measuring tilt angle Download PDF

Info

Publication number
RU2810721C1
RU2810721C1 RU2023111315A RU2023111315A RU2810721C1 RU 2810721 C1 RU2810721 C1 RU 2810721C1 RU 2023111315 A RU2023111315 A RU 2023111315A RU 2023111315 A RU2023111315 A RU 2023111315A RU 2810721 C1 RU2810721 C1 RU 2810721C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
laser beam
optical
path
dielectric liquid
laser
Prior art date
Application number
RU2023111315A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Васильевич Ляблин
Original Assignee
Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи)
Filing date
Publication date
Application filed by Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи) filed Critical Объединенный Институт Ядерных Исследований (Оияи)
Application granted granted Critical
Publication of RU2810721C1 publication Critical patent/RU2810721C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring instrumentation.
SUBSTANCE: invention relates to inclinometers, and can be used to record fluctuations in the angular position of the Earth's surface in order to study microseismic phenomena. The device contains a base, a single-mode stabilized laser source, a cuvette with a viscous dielectric liquid, a recording device made in the form of an interferometric device consisting of an optical wedge-shaped plate, an optical device that deflects the path of the laser beam, made in the form of an optical cube, and a photodetector with a recording unit. Also, to adjust the interferometric device, an angular positioner is used, which contains a movable platform, an adjustment screw and a ball joint. The beam from a single-mode laser source is perpendicular to the surface of the liquid. The use of an interferometric device as a recording device makes it possible to make the registration of the angular inclination of the base insensitive to the angular inclination of the laser beam from a single-mode laser source.
EFFECT: increase in the accuracy of measuring changes in the angular position of the base.
2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно, к инклинометрам.The invention relates to control and measuring equipment, namely, to inclinometers.

Оно может быть использовано для регистрации колебаний углового положения поверхности Земли с целью изучения микросейсмических явлений, как в высокочастотной области спектра для изучения землетрясений, так и в низкочастотной области спектра для изучения медленного изменения ландшафта поверхности Земли с целью прогноза землетрясений.It can be used to record fluctuations in the angular position of the Earth's surface in order to study microseismic phenomena, both in the high-frequency region of the spectrum to study earthquakes, and in the low-frequency region of the spectrum to study the slow changes in the landscape of the Earth's surface in order to predict earthquakes.

Существуют несколько устройств регистрации углового наклона поверхности Земли относительно вектора силы тяжести Земли. Известны: Патент SU 1194125, «Устройство для измерения угла наклона объекта», Хлобыстов А.В.; Патент РФ 2093791, «Датчик угла отклонения от вертикали», Орловский государственный технический университет, Есипов, В. Н.; Патент РФ 2107896, «Жидкостный оптический уровень», Российский университет дружбы народов, Никитин А.К.; Патент РФ №2510488, «Устройство для измерения угла наклона», Объединенный Институт Ядерных Исследований, Будагов Ю.А., Ляблин М.В.There are several devices for recording the angular inclination of the Earth's surface relative to the Earth's gravity vector. Known: Patent SU 1194125, “Device for measuring the angle of inclination of an object”, Khlobystov A.V.; RF Patent 2093791, “Sensor for angle of deviation from the vertical”, Oryol State Technical University, Esipov, V. N.; RF Patent 2107896, “Liquid optical level”, Peoples' Friendship University of Russia, Nikitin A.K.; RF Patent No. 2510488, “Device for measuring the angle of inclination”, Joint Institute for Nuclear Research, Budagov Yu.A., Lyablin M.V.

В аналогах используется горизонтальная поверхность жидкости и отражение от нее лазерного или ультразвукового луча. Определение углового изменения основания относительно вертикального положения вектора силы тяжести происходит при помощи системы фотоприемников и датчиков ультразвука. Недостатком указанных аналогов является низкая точность измерения углов наклона поверхности Земли.Analogs use a horizontal liquid surface and reflection of a laser or ultrasonic beam from it. Determination of the angular change of the base relative to the vertical position of the gravity vector occurs using a system of photodetectors and ultrasound sensors. The disadvantage of these analogues is the low accuracy of measuring the angles of inclination of the Earth's surface.

В качестве прототипа изобретения используется Патент РФ №2510488 «Устройство для измерения угла наклона», Объединенный Институт Ядерных Исследований, Будагов Ю.А. Ляблин М. В., МПК G01C1/10.The prototype of the invention is RF Patent No. 2510488 “Device for measuring the angle of inclination”, Joint Institute for Nuclear Research, Budagov Yu.A. Lyablin M.V., IPC G01C1/10.

Изобретение содержит основание, на котором закреплены: оптический одномодовый стабилизированный лазерный источник, кювета с вязкой диэлектрической жидкостью, позиционно-чувствительное фотоприемное устройство (ПЧФУ); и блок регистрации. При наклоне основания отраженный от поверхности вязкой диэлектрической жидкости лазерный луч изменяет свое угловое положение, что регистрируется ПЧФУ. При этом, в устройстве для уменьшения нежелательных искажений поверхности, используется тонкий слой вязкой диэлектрической жидкости в кювете с отношением толщины слоя жидкости в кювете к ее диаметру в пределах от 0.04 до 0.06.The invention contains a base on which are fixed: an optical single-mode stabilized laser source, a cuvette with a viscous dielectric liquid, a position-sensitive photodetector device (PSPD); and a registration block. When the base is tilted, the laser beam reflected from the surface of a viscous dielectric liquid changes its angular position, which is recorded by the PCFU. In this case, the device uses a thin layer of viscous dielectric liquid in a cuvette with a ratio of the thickness of the liquid layer in the cuvette to its diameter in the range from 0.04 to 0.06 to reduce unwanted surface distortions.

В цитируемых устройствах и прототипе существует шум углового смещения луча от одномодового стабилизированного лазерного источника, вызванный изменением деформации лазерного резонатора при тепловом обмене активной зоны лазера и окружающей среды. При этом происходит шумовое угловое смешение лазерного луча, которое регистрируется как сигнал в ПФЧУ. Этот вид шума существенно уменьшает чувствительность инклинометра.In the cited devices and the prototype, there is noise in the angular displacement of the beam from a single-mode stabilized laser source, caused by changes in the deformation of the laser cavity during thermal exchange between the laser active zone and the environment. In this case, noise angular mixing of the laser beam occurs, which is recorded as a signal in the PFNC. This type of noise significantly reduces the sensitivity of the inclinometer.

Изобретение направлено на устранение недостатка, присутствующее аналогам и прототипу. Уменьшение в структуре сигнала шума углового смешения лазерного луча приведет к повышению чувствительности регистрации угловых колебаний основания.The invention is aimed at eliminating the disadvantage present in analogues and the prototype. Reducing the angular mixing noise of the laser beam in the signal structure will lead to an increase in the sensitivity of recording angular vibrations of the base.

Предполагаемое изобретение решает задачу повышения точности измерения углового положения основания путем уменьшения влияния шума углового смещения луча от одномодового лазерного источника, вызванного изменением деформации лазерного резонатора при тепловом обмене активной зоны лазера и окружающей среды.The proposed invention solves the problem of increasing the accuracy of measuring the angular position of the base by reducing the influence of the angular displacement noise of the beam from a single-mode laser source caused by changes in the deformation of the laser cavity during thermal exchange between the laser active zone and the environment.

Решение поставленной задачи достигается тем, что устройство для измерения угла наклона содержит: основание, одномодовый стабилизированный лазерный источник, кювету с вязкой диэлектрической жидкостью, с отношением толщины слоя жидкости в кювете к ее диаметру в пределах от 0.04 до 0.06, регистрирующее устройство.The solution to the problem is achieved by the fact that the device for measuring the angle of inclination contains: a base, a single-mode stabilized laser source, a cuvette with a viscous dielectric liquid, with a ratio of the thickness of the liquid layer in the cuvette to its diameter in the range from 0.04 to 0.06, and a recording device.

Поверхность вязкой диэлектрической жидкости расположена на пути движения лазерного луча, при этом используется путь движения лазерного луча перпендикулярный относительно поверхности вязкой диэлектрической жидкости; в качестве регистрирующего устройства служит интерферометрическое устройство, состоящее из оптической клиновидной пластинки, одна из плоскостей которой, расположена параллельно поверхность вязкой диэлектрической жидкости, оптического, отклоняющего путь движения лазерного луча, устройства и фотоприемника с блоком регистрации; дополнительно введен угловой позиционер служащий для настройки интерферометрического устройства, который состоит из подвижной платформы, юстировочного винта и шаровой опоры; при этом, лазерный источник, кювета с вязкой диэлектрической жидкостью и интерферометрическое устройство жестко закреплены на подвижной платформе, оптическая клиновидная пластинка и оптическое отклоняющее путь движения лазерного луча устройство расположены на пути движения лазерного луча, также, оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча устройство, служащее для вывода интерферирующих лазерных лучей, отраженных от поверхности вязкой диэлектрической жидкости и поверхности оптической клиновидной пластинки параллельной поверхности вязкой диэлектрической жидкости, на фотоприемник. Оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча, устройство выполнено в виде оптического делительного куба.The surface of the viscous dielectric liquid is located in the path of the laser beam, and the path of the laser beam perpendicular to the surface of the viscous dielectric liquid is used; the recording device is an interferometric device consisting of an optical wedge-shaped plate, one of the planes of which is located parallel to the surface of a viscous dielectric liquid, an optical laser beam that deflects the path of motion, a device and a photodetector with a recording unit; an angular positioner is additionally introduced, which serves to adjust the interferometric device, which consists of a movable platform, an adjustment screw and a ball joint; in this case, the laser source, the cuvette with a viscous dielectric liquid and the interferometric device are rigidly fixed on the movable platform, the optical wedge-shaped plate and the optical device that deflects the path of the laser beam are located on the path of the laser beam, and the optical device that deflects the path of the laser beam serves for outputting interfering laser beams reflected from the surface of a viscous dielectric liquid and the surface of an optical wedge-shaped plate parallel to the surface of a viscous dielectric liquid to a photodetector. An optical device that deflects the path of the laser beam is made in the form of an optical dividing cube.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения являются:Distinctive features of the proposed invention are:

• Перпендикулярное, относительно поверхности вязкой диэлектрической жидкости, направление движение лазерного луча;• Perpendicular, relative to the surface of the viscous dielectric liquid, direction of movement of the laser beam;

• для регистрации изменения углового положения отраженного от поверхности вязкой диэлектрической жидкости лазерного луча используется интерферометрическое устройство,• to record changes in the angular position of a laser beam reflected from the surface of a viscous dielectric liquid, an interferometric device is used,

• интерферометрическое устройство, состоит из отклоняющего лазерный луч устройства, оптической клиновидной пластинки фотоприемника и блока регистрации, при этом, оптическая клиновидная пластинка расположена на пути следования лазерного луча и одна из ее плоскостей параллельна поверхности вязкой диэлектрической жидкости,• interferometric device, consists of a laser beam deflecting device, an optical wedge-shaped plate of a photodetector and a recording unit, while the optical wedge-shaped plate is located along the path of the laser beam and one of its planes is parallel to the surface of the viscous dielectric liquid,

• Оптическое, отклоняющее лазерный луча, устройство расположено на пути движения лазерного луча,• An optical device that deflects the laser beam is located in the path of the laser beam,

• угловой позиционер, служащий для настройки интерферометрического устройства, расположен на основании и включает в себя: подвижную платформу, котировочный винт и шаровую опору,• an angular positioner, used to adjust the interferometric device, is located on the base and includes: a movable platform, a quotation screw and a ball joint,

• одномодовый стабилизированный лазерный источник, кювета с вязкой диэлектрической жидкостью и интерферометрическое устройство жестко закреплены на подвижной платформе,• single-mode stabilized laser source, a cell with a viscous dielectric liquid and an interferometric device are rigidly mounted on a moving platform,

• оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча, устройство выполнено в виде оптического делительного куба.• optical, deflecting the path of the laser beam, the device is made in the form of an optical dividing cube.

Совокупность вышеуказанных признаков позволяют достичь цели, а именно, повышение точности измерения углового положения основания путем уменьшения влияния шума углового смещения лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного источника.The combination of the above features makes it possible to achieve the goal, namely, increasing the accuracy of measuring the angular position of the base by reducing the influence of the noise of the angular displacement of the laser beam from a single-mode stabilized laser source.

При шумовом изменении углового направления лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного источника не происходит изменения в интерферирующих лучах, поскольку одновременно на угол изменения направления луча от лазерного источника наклоняются как отраженный от наклонной пластинки лазерный луч так и от поверхности жидкости лазерный луч.When there is a noise change in the angular direction of the laser beam from a single-mode stabilized laser source, there is no change in the interfering beams, since simultaneously both the laser beam reflected from the inclined plate and the laser beam from the surface of the liquid are tilted by the angle of change in the direction of the beam from the laser source.

Перечень иллюстраций.List of illustrations.

На Фиг. 1 Приложение 1 представлены элементы устройства для измерения угла наклона с оптическим отклоняющим устройством выполненным в виде оптического делительного куба.In FIG. 1 Appendix 1 presents the elements of a device for measuring the angle of inclination with an optical deflection device made in the form of an optical dividing cube.

На Фиг. 2 Приложение 1 представлена схема прохождения лазерных лучей в инклинометре во время измерения угла наклона основания.In FIG. 2 Appendix 1 shows a diagram of the passage of laser beams in the inclinometer while measuring the angle of inclination of the base.

На Фиг. 3. Приложение 2. представлена схема прохождения лазерных лучей в инклинометре при изменении наклона основанияIn FIG. 3. Appendix 2. presents a diagram of the passage of laser beams in the inclinometer when changing the inclination of the base

На Фиг. 4. Приложение 2 представлена схема прохождения лазерных лучей в инклинометре при изменении углового направления лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного источника.In FIG. 4. Appendix 2 shows a diagram of the passage of laser beams in the inclinometer when changing the angular direction of the laser beam from a single-mode stabilized laser source.

На Фиг. 1 Приложение 1 содержатся элементы, где:In FIG. 1 Appendix 1 contains elements where:

1. основание,1. base,

2. подвижная платформа,2. movable platform,

3. котировочный винт,3. quotation screw,

4. шаровая опора,4. ball joint,

5. одномодовый стабилизированный лазерный источник,5. single mode stabilized laser source,

6. кювета с вязкой диэлектрической жидкостью,6. cuvette with a viscous dielectric liquid,

7. слой жидкости в кювете с толщиной к ее диаметру в пределах от 0.04 до 0.06,7. a layer of liquid in a cuvette with a thickness to its diameter ranging from 0.04 to 0.06,

8. оптическая клиновидная пластинка,8. optical wedge plate,

9. оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча, устройство, выполненное в виде оптического куба,9. optical, deflecting the path of the laser beam, a device made in the form of an optical cube,

10. фотоприемник,10. photodetector,

11. блок регистрации.11. registration block.

На Фиг. 2 Приложение 1 показаны элементы инклинометра и пути движения лазерных лучейIn FIG. 2 Appendix 1 shows the elements of the inclinometer and the path of laser beams

1. основание,1. base,

2. подвижная платформа,2. movable platform,

3. котировочный винт,3. quotation screw,

4. шаровая опора,4. ball joint,

5. одномодовый стабилизированный лазерный источник,5. single-mode stabilized laser source,

6. кювета с вязкой диэлектрической жидкостью,6. cuvette with a viscous dielectric liquid,

7. слой жидкости в кювете с толщиной к ее диаметру в пределах от 0.04 до 0.06,7. a layer of liquid in a cuvette with a thickness to its diameter ranging from 0.04 to 0.06,

8. оптическая клиновидная пластинка,8. optical wedge plate,

9. оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча, устройство, выполненное в виде оптического куба,9. optical, deflecting the path of the laser beam, a device made in the form of an optical cube,

10. фотоприемник,10. photodetector,

11. блок регистрации,11. registration block,

12. путь движения лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного источника,12. path of movement of the laser beam from a single-mode stabilized laser source,

13. поверхность вязкой диэлектрической жидкости,13. surface of a viscous dielectric liquid,

14. путь движения лазерного луча отраженного от поверхности оптической клиновидной пластинки,14. path of movement of the laser beam reflected from the surface of the optical wedge-shaped plate,

15. путь движения лазерного луча отраженного от поверхности вязкой диэлектрической жидкости,15. path of movement of the laser beam reflected from the surface of a viscous dielectric liquid,

16. путь движения интерферирующих лазерных лучей,16. path of movement of interfering laser beams,

17. направление движения подвижной платформы,17. direction of movement of the moving platform,

На Фиг. 3 Приложение 2 показаны элементы инклинометра и пути движения лазерных лучей. Штриховые линии соответствуют элементам инклинометра и путям движения лазерных лучей при наклоне основания. Сплошные линии - без наклона.In FIG. 3 Appendix 2 shows the elements of the inclinometer and the paths of laser beams. The dashed lines correspond to the inclinometer elements and the paths of laser beams when the base is tilted. Solid lines - no slope.

5. одномодовый стабилизированный лазерный источник,5. single-mode stabilized laser source,

6. кювету с вязкой диэлектрической жидкостью,6. cuvette with a viscous dielectric liquid,

8. оптическая клиновидная пластинка,8. optical wedge plate,

12. путь движения лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного источника,12. path of movement of the laser beam from a single-mode stabilized laser source,

13. поверхность вязкой диэлектрической жидкости,13. surface of a viscous dielectric liquid,

14. путь движения лазерного луча отраженного от поверхности оптической клиновидной пластинки14. path of movement of the laser beam reflected from the surface of the optical wedge-shaped plate

15. путь движения лазерного луча отраженного от поверхности вязкой диэлектрической жидкости15. path of movement of a laser beam reflected from the surface of a viscous dielectric liquid

18. угол между отраженными от оптической клиновидной пластинки и от поверхности жидкости лазерными лучами.18. angle between laser beams reflected from the optical wedge-shaped plate and from the surface of the liquid.

На Фиг. 4 показаны элементы и пути движения лазерных лучей. Штриховые линии путей движения лазерных лучей соответствуют положению при наклоне лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного истопника.In FIG. Figure 4 shows the elements and paths of movement of laser beams. The dashed lines of the paths of laser beams correspond to the position when the laser beam is tilted from a single-mode stabilized laser stoker.

5. одномодовый стабилизированный лазерный источник,5. single-mode stabilized laser source,

6. кювету с вязкой диэлектрической жидкостью,6. cuvette with a viscous dielectric liquid,

8. оптическая клиновидная пластинка,8. optical wedge plate,

12. путь движения лазерного луча от одномодового стабилизированного лазерного источника,12. path of movement of the laser beam from a single-mode stabilized laser source,

13. поверхность вязкой диэлектрической жидкости,13. surface of a viscous dielectric liquid,

14. путь движения лазерного луча отраженного от поверхности оптической клиновидной пластинки,14. path of movement of the laser beam reflected from the surface of the optical wedge-shaped plate,

15. путь движения лазерного луча отраженного от поверхности вязкой диэлектрической жидкости.15. path of movement of a laser beam reflected from the surface of a viscous dielectric liquid.

Устройство представленное на Фиг. 2 Приложение 1 содержит основание (1) на котором жестко закреплеены: угловой позиционер, состоящий из подвижной платформы (2), юстировочного винта (3) и шаровой опоры (4). На подвижной платформе (2) закреплены одномодовый одномодовый стабилизированный лазерный источник (5) кювета с вязкой диэлектрической жидкостью (6), слой жидкости в кювете с толщиной к ее диаметру в пределах от 0.04 до 0.06 (7), оптическая клиновидная пластинка (8), оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча, устройство выполненное в виде оптического куба (9), фотоприемник(Ю),блок регистрации(11).The device shown in Fig. 2 Appendix 1 contains a base (1) on which are rigidly fixed: an angular positioner, consisting of a movable platform (2), an adjusting screw (3) and a ball joint (4). A single-mode stabilized laser source (5), a cuvette with a viscous dielectric liquid (6), a layer of liquid in the cuvette with a thickness to its diameter ranging from 0.04 to 0.06 (7), an optical wedge-shaped plate (8), are fixed on the movable platform (2). optical, deflecting the path of the laser beam, a device made in the form of an optical cube (9), photodetector (Y), registration unit (11).

Работа устройства иллюстрируется на Фиг. 2 Приложение 1 Одномодовый стабилизированный лазерный источник (5) устанавливается таким образом, чтобы его луч(12) был перпендикулярно направлен к поверхности вязкой диэлектрической жидкости (13).The operation of the device is illustrated in Fig. 2 Appendix 1 A single-mode stabilized laser source (5) is installed so that its beam (12) is perpendicular to the surface of the viscous dielectric liquid (13).

Лазерный луч (12) проходит через оптический делительный куб (9) и оптическую клиновидную пластинку (8). Затем происходит последовательно: отражение лазерного луча (12) от поверхности оптической клиновидной пластинки (8) и от поверхности вязкой диэлектрической жидкости (13). Отраженный лазерный луч(14) от плоскости оптической клиновидной пластинки(8), которая параллельна поверхности вязкой диэлектрической жидкости (13) и отраженный лазерный луч(15) от поверхности жидкости (13) совпадают и интерферируют между собой. При помощи оптического делительного куба (9) интерферирующие лазерные лучи (16) позиционируется на фотоприемнике (10) с блоком регистрации (11).The laser beam (12) passes through the optical dividing cube (9) and the optical wedge plate (8). Then it occurs sequentially: reflection of the laser beam (12) from the surface of the optical wedge-shaped plate (8) and from the surface of the viscous dielectric liquid (13). The reflected laser beam (14) from the plane of the optical wedge-shaped plate (8), which is parallel to the surface of the viscous dielectric liquid (13), and the reflected laser beam (15) from the surface of the liquid (13) coincide and interfere with each other. Using an optical dividing cube (9), interfering laser beams (16) are positioned on a photodetector (10) with a registration unit (11).

При помощи углового позиционера, включающего в себя подвижную платформу(2), котировочный винт (3) и шаровую опору(4) производится юстировка (17) интерферирующих лазерных лучей (16). При изменении угла наклона подвижной платформы (2) котировочным винтом(З) происходит изменение угла наклона оптической клиновидной пластинки (8) относительно поверхности вязкой диэлектрической жидкости. Подбирая необходимый угол наклона подвижной платформы (2) устанавливается плоскость оптической клиновидной пластинки в параллельное положение с поверхностью вязкой диэлектрической жидкости (13). При наклоне основания (1) происходит изменение интенсивности лазерного излучения в интерферирующих лучах(16) пропорциональное углу наклона основания(1). Изменение интенсивности лазерного излучения, которое пропорционально углу наклона основания, принимается фотоприемником (10) с блоком регистрации(11).Using an angular positioner, which includes a movable platform (2), an adjustment screw (3) and a ball joint (4), the interfering laser beams (16) are adjusted (17). When the angle of inclination of the movable platform (2) is changed by the adjustment screw (3), the angle of inclination of the optical wedge-shaped plate (8) changes relative to the surface of the viscous dielectric liquid. By selecting the required angle of inclination of the movable platform (2), the plane of the optical wedge-shaped plate is set in a parallel position with the surface of the viscous dielectric liquid (13). When the base (1) is tilted, the intensity of laser radiation in the interfering beams (16) changes proportional to the tilt angle of the base (1). The change in laser radiation intensity, which is proportional to the angle of inclination of the base, is received by a photodetector (10) with a registration unit (11).

Направления лазерных лучей в инклинометре при наклоне основания представлены на Фиг. 3 Приложение 2.The directions of laser beams in the inclinometer when the base is tilted are shown in Fig. 3 Appendix 2.

Независимость показаний инклинометра от угла наклона лазерного луча демонстрируется направлением лазерных лучей до и после наклона основания Фиг. 3 Приложение 2.The independence of the inclinometer readings from the angle of inclination of the laser beam is demonstrated by the direction of the laser beams before and after the inclination of the base Fig. 3 Appendix 2.

Сплошными линиями показаны элементы инклинометра и направление лазерных лучей до наклона основания, а штриховые линиями - после наклона основания.Solid lines show the elements of the inclinometer and the direction of the laser beams before the base is tilted, and the dashed lines show after the base is tilted.

После наклона основания(1) (Фиг. 2 Приложение 1) происходит наклон элементов инклинометра, а именно, кюветы с вязкой диэлектрической жидкостью(б), оптическая клиновидная пластинки (8), одномодовый стабилизированный лазерный источник(5) (показаны штриховой линией). В силу горизонтальности поверхности жидкости происходит угловое расхождение (18) между лазерными лучами (14, 12), отраженными от поверхности оптической клиновидной пластинки (8) и от поверхности жидкости (13). Угловое расхождение(18) - угол между отраженными от оптической клиновидной пластинки и от поверхности жидкости лазерными лучами. Возникающий угол (18) между лазерными лучами (14, 12), отраженными от поверхности оптической клиновидной пластинки (8) и от поверхности жидкости (13), изменяет интенсивность интерферирующих лазерных лучей(16) (Фиг. 2 Приложение 1). Изменение интенсивности интерферирующих лазерных лучей (16) (Фиг. 2 Приложение 1) в дальнейшем принимается фотоприемником (8) с блоком регистрации (11).After tilting the base (1) (Fig. 2 Appendix 1), the inclinometer elements are tilted, namely, cuvettes with a viscous dielectric liquid (b), an optical wedge-shaped plate (8), a single-mode stabilized laser source (5) (shown with a dashed line). Due to the horizontal surface of the liquid, an angular divergence (18) occurs between the laser beams (14, 12) reflected from the surface of the optical wedge-shaped plate (8) and from the surface of the liquid (13). Angular divergence (18) - the angle between laser beams reflected from the optical wedge-shaped plate and from the surface of the liquid. The resulting angle (18) between the laser beams (14, 12), reflected from the surface of the optical wedge-shaped plate (8) and from the surface of the liquid (13), changes the intensity of the interfering laser beams (16) (Fig. 2 Appendix 1). The change in the intensity of the interfering laser beams (16) (Fig. 2 Appendix 1) is subsequently received by the photodetector (8) with the registration unit (11).

Ход лазерных лучей после наклона лазерного луча показан на Фиг. 4 Приложение 2.The path of the laser beams after tilting the laser beam is shown in FIG. 4 Appendix 2.

Независимость показаний инклинометра от влияния шума углового смещения луча от одномодового лазерного источника (5) обеспечивается тем, что шумовой наклон лазерного луча происходит одновременно, как в отраженном от поверхности вязкой диэлектрической жидкости(13)лазерном лучом (15),так и в отраженном от поверхности оптической клиновидной пластинки (8)лазерном лучом(14),при этом, параллельность этих лазерных лучей не изменяется. Поэтому, шум углового смещения луча от одномодового лазерного источника не изменяет параллельности интерферирующих лучей (16) (Фиг. 2 Приложение 1) и, следовательно, не изменяет их интенсивности. В конечном итоге показания инклинометра становятся независимы от влияния шума углового смещения луча от одномодового лазерного источника (5).The independence of the inclinometer readings from the influence of the noise of the angular displacement of the beam from a single-mode laser source (5) is ensured by the fact that the noise tilt of the laser beam occurs simultaneously, both in the laser beam (15) reflected from the surface of the viscous dielectric liquid (13), and in the laser beam reflected from the surface optical wedge-shaped plate (8) with a laser beam (14), while the parallelism of these laser beams does not change. Therefore, beam angular displacement noise from a single-mode laser source does not change the parallelism of the interfering beams (16) (Fig. 2 Appendix 1) and, therefore, does not change their intensity. Ultimately, the inclinometer readings become independent of the influence of beam angular displacement noise from a single-mode laser source (5).

Пример конкретного выполнения.An example of a specific implementation.

В качестве:As:

- одномодового лазерного источника может быть использован одномодовый полупроводниковый лазер с выводом лазерного излучения через одномодовое оптическое волокно,- single-mode laser source, a single-mode semiconductor laser can be used with laser radiation output through a single-mode optical fiber,

- вязкой диэлектрической жидкости применимо вакуумное масло,- vacuum oil is applicable for viscous dielectric liquid,

- фотоприемника может быть использован кремниевый фотодиод,- a silicon photodiode can be used for the photodetector,

- блока регистрации - амплитудно-цифровой преобразователь и компьютер.- registration unit - amplitude-to-digital converter and computer.

Клиновидная оптическая пластинка, оптический делительный куб производятся оптическими фирмами и они доступны потребителям.Wedge-shaped optical plate and optical dividing cube are produced by optical companies and are available to consumers.

Кроме того, оптическое отклоняющее устройство может быть выполнено в виде плоскопараллельной делительной пластинки. Этот оптический элемент серийно производится оптическими фирмами. При отсутствии оптического делительного куба оптическое отклоняющее устройство может быть выполнено в виде плоскопараллельной делительной пластинки.In addition, the optical deflection device can be made in the form of a plane-parallel dividing plate. This optical element is mass-produced by optical companies. In the absence of an optical dividing cube, the optical deflection device can be made in the form of a plane-parallel dividing plate.

Кювета, крепление элементов инклинометра, подвижная платформа, юстировочное устройство, шаровая опора произведены, как опытный образец на механическом производстве в Объединенном Институте Ядерных Исследований.The cuvette, fastening of inclinometer elements, movable platform, adjustment device, ball joint were produced as a prototype in mechanical production at the Joint Institute for Nuclear Research.

Использование изобретения позволяет уменьшить влияние шума углового смещения лазерного луча от одномодового лазерного источника более чем в 10 раз, что увеличивает конечную точность измерения угла наклона.The use of the invention makes it possible to reduce the influence of noise in the angular displacement of a laser beam from a single-mode laser source by more than 10 times, which increases the final accuracy of measuring the inclination angle.

Claims (2)

1. Устройство для измерения угла наклона, включающее в себя основание, одномодовый стабилизированный лазерный источник, кювету с вязкой диэлектрической жидкостью с отношением толщины слоя жидкости в кювете к ее диаметру в пределах от 0.04 до 0.06, а поверхность вязкой диэлектрической жидкости расположена на пути движения лазерного луча и регистрирующее устройство, отличающееся тем, что используется путь движения лазерного луча перпендикулярный относительно поверхности вязкой диэлектрической жидкости; в качестве регистрирующего устройства служит интерферометрическое устройство, состоящее из оптической клиновидной пластинки одна из плоскостей которой расположена параллельно поверхности вязкой диэлектрической жидкости; введено оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча, устройство и фотоприемник с блоком регистрации; дополнительно введен угловой позиционер, служащий для настройки интерферометрического устройства, который состоит из подвижной платформы, юстировочного винта и шаровой опоры; при этом, одномодовый стабилизированный лазерный источник, кювета с вязкой диэлектрической жидкостью и интерферометрическое устройство жестко закреплены на подвижной платформе; оптическая клиновидная пластинка и оптическое отклоняющее путь движения лазерного луча устройство расположены на пути движения лазерного луча, также оптическое отклоняющее путь движения лазерного луча устройство служит для вывода интерферирующих лазерных лучей, отраженных от поверхности вязкой диэлектрической жидкости и поверхности оптической клиновидной пластинки параллельной поверхности вязкой диэлектрической жидкости, на фотоприемник.1. A device for measuring the inclination angle, including a base, a single-mode stabilized laser source, a cuvette with a viscous dielectric liquid with a ratio of the thickness of the liquid layer in the cuvette to its diameter in the range from 0.04 to 0.06, and the surface of the viscous dielectric liquid is located in the path of the laser beam and a recording device, characterized in that the path of movement of the laser beam is used perpendicular to the surface of the viscous dielectric liquid; the recording device is an interferometric device consisting of an optical wedge-shaped plate, one of the planes of which is located parallel to the surface of a viscous dielectric liquid; an optical device and a photodetector with a recording unit have been introduced to deflect the path of the laser beam; an angular positioner is additionally introduced, which serves to adjust the interferometric device, which consists of a movable platform, an adjustment screw and a ball joint; in this case, a single-mode stabilized laser source, a cell with a viscous dielectric liquid and an interferometric device are rigidly fixed on a movable platform; an optical wedge-shaped plate and an optical device deflecting the path of movement of the laser beam are located on the path of movement of the laser beam, and an optical deflecting device of the path of movement of the laser beam is used to output interfering laser beams reflected from the surface of the viscous dielectric liquid and the surface of the optical wedge-shaped plate parallel to the surface of the viscous dielectric liquid, to the photodetector. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оптическое, отклоняющее путь движения лазерного луча устройство, выполнено в виде оптического делительного куба.2. The device according to claim 1, characterized in that the optical device that deflects the path of the laser beam is made in the form of an optical dividing cube.
RU2023111315A 2023-05-02 Device for measuring tilt angle RU2810721C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2810721C1 true RU2810721C1 (en) 2023-12-28

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2287778C1 (en) * 2005-03-18 2006-11-20 Закрытое акционерное общество "Институт "ИМИДИС" Liquid optical level
WO2015032884A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Chambre De Commerce Et D'industrie De Region Paris Ile De France (Esiee Paris) Inclinometer of improved precision and manufacturing method thereof
RU193722U1 (en) * 2019-06-19 2019-11-11 Акционерное общество "Металкомп" LASER INCLINOMETER
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2287778C1 (en) * 2005-03-18 2006-11-20 Закрытое акционерное общество "Институт "ИМИДИС" Liquid optical level
WO2015032884A1 (en) * 2013-09-06 2015-03-12 Chambre De Commerce Et D'industrie De Region Paris Ile De France (Esiee Paris) Inclinometer of improved precision and manufacturing method thereof
RU193722U1 (en) * 2019-06-19 2019-11-11 Акционерное общество "Металкомп" LASER INCLINOMETER
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

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021248698A1 (en) Absolute gravity meter based on optical tweezers in vacuum, and measurement method
CN108168465A (en) A kind of light path laser heterodyne interferometry roll angle high precision measuring device and method altogether
US7636170B1 (en) Static/dynamic multi-function measuring device for linear unit
CN109470176B (en) High-precision three-dimensional angle measuring method and device based on double gratings
CN110132160B (en) Bridge deflection measuring method adopting optical fiber light source
US5513004A (en) Device for interferometric measurements with compensation for tilt and position of measured cylindrical objects
RU2810721C1 (en) Device for measuring tilt angle
JPH09280859A (en) Tilt sensor and surveying device using the sensor
RU2470258C1 (en) Angle measurement device
CN109579744A (en) Trailing type three-dimensional photoelectric auto-collimation method and apparatus based on grating
Azaryan et al. The compensation of the noise due to angular oscillations of the laser beam in the Precision Laser Inclinometer
RU2810718C1 (en) Device for measuring the angle of tilt
Larichev et al. An autocollimation null detector: development and use in dynamic goniometry
Budagov et al. The compact nanoradian precision laser inclinometer—an innovative instrument for the angular microseismic isolation of the interferometric gravitational antennas
EP4127733B1 (en) Vibration remote sensor based on speckles tracking, which uses an optical-inertial accelerometer, and method for correcting the vibrational noise of such a sensor
RU2747047C1 (en) Laser inclinometer
US3765772A (en) Interferometric angular sensor and reference
RU2734451C1 (en) Device for measuring angles of inclination of surface
RU2606805C1 (en) Object linear displacement device with nanometer accuracy in wide range of possible displacements
RU2498356C1 (en) Method of inserting laser beam vertical line in ballistic gravimeter and apparatus for realising said method
US3580687A (en) Survey level
JP2001027527A (en) Inclination measuring device
CN109443248A (en) Total optical path trailing type high-precision three-dimensional angle measurement method and device based on grating
RU2196300C1 (en) Photoelectric method measuring displacement
CN220153522U (en) Bridge deflection measurement sensor and system based on symmetrical optical imaging and directional light source