RU51U1

RU51U1 - Device for measuring angular inclination

Info

Publication number: RU51U1
Application number: RU93003592/10U
Authority: RU
Inventors: А.А. Арефьев; Р.А. Алексанкина; P.O. Канашкин; Б.И. Морозов
Original assignee: Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии
Priority date: 1993-01-21
Filing date: 1993-01-21
Publication date: 1994-08-25

Abstract

Устройство для измерения угловых наклонов, содержащее корпус, в котором последовательно установлены оптически связанные источник света, объектив, чувствительный элемент, приемник излучения, установленный в фокальной плоскости объектива, электронный блок обработки сигнала, индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений путем удвоения углового рассогласования, чувствительный элемент выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения в механическом подвесе с демпфирующим устройством и установлен после объектива так, что при горизонтальном положении корпуса устройства гипотенузная грань призмы полного внутреннего отражения параллельна световому пучку, формируемому объективом, и делит световой пучок на две равные части, а также дополнительно введены светоделитель, установленный под углом 45° к оптической оси объектива, зеркальный диэдр, установленный за чувствительным элементом так, что его грань параллельна гипотенузной грани призмы полного внутреннего отражения, а приемник излучения выполнен в виде координатно-чувствительного фотоприемника.A device for measuring angular inclination, comprising a housing in which optically coupled light source, a lens, a sensing element, a radiation detector mounted in the focal plane of the lens, an electronic signal processing unit, an indicator, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy by doubling the angular mismatch, the sensing element is made in the form of a prism of total internal reflection in a mechanical suspension with a damping device and is installed after the object willow so that when the device case is horizontal, the hypotenous face of the total internal reflection prism is parallel to the light beam formed by the lens and divides the light beam into two equal parts, and a beam splitter installed at an angle of 45 ° to the optical axis of the lens, a mirror dihedron, mounted behind the sensitive element so that its face is parallel to the hypotenuse face of the prism of total internal reflection, and the radiation receiver is made in the form of a coordinate-sensitive photodetector Nika.

Description

УСТГОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРШИЯ ОТОШХ НАКЛОНОВDEVICE FOR MEASURING SLOPES

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геодезических устройствах для измерения угловых наклонов.The invention relates to measuring equipment and can be used in geodetic devices for measuring angular slopes.

Известно использование в оптико-механических компенсаторах призм полного внутреннего отражения /Ф.Г.Кочетов. Нивелиры с ком пенсаторами,- М: Недра, 1965 - 145с;ил. Д Недостатками таких устройств является отсутствие автоматизации измерений при низком быстродействии.Known use in optical-mechanical compensators of prisms of total internal reflection / F.G. Kochetov. Levels with co-pensioners, - M: Nedra, 1965 - 145s; ill. The disadvantages of such devices is the lack of automation of measurements at low speed.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для измерения угла наклона, содержащее кювету, частично заполненную прозрачной жидкостью, два источника света, оптически связанных с двумя фотоприемниками выхода которых связаны со входами дифференциальной схемы. -/ А. с. СССР $1194125, Устройство для измерения угла наклона объекта, А.В.Хлобыстов, МКИ4 С 01 С 9/20, опубл. &7.09.86, Б.и.№33 /. Недостатком данного устройства является зависимость обрабатываемого сигнала от различных чувствитедьностей фотоприемников к изменению светового потока, неиндентичности энергетических характеристик источников излучения, термического изменения показателя преломления жидкости / порядка 1% на I С /, что приводит к снижению точности измеренийClosest to the technical nature of the present invention is a device for measuring the angle of inclination, containing a cuvette partially filled with a transparent liquid, two light sources optically coupled to two photodetectors whose outputs are connected to the inputs of the differential circuit. - / A. p. USSR $ 1194125, Device for measuring the angle of inclination of an object, A.V. Khlobystov, MKI4 S 01 S 9/20, publ. & 7.09.86, B.I. No. 33 /. The disadvantage of this device is the dependence of the processed signal on the different sensitivities of the photodetectors to a change in the light flux, non-identity of the energy characteristics of the radiation sources, thermal changes in the refractive index of the liquid / about 1% by I C /, which leads to a decrease in measurement accuracy

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения угловых наклонов за счет удвоения углового рассогласования.The technical result of the invention is to increase the accuracy of measuring angular slopes by doubling the angular mismatch.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство содержащее корпус, в котором последовательно установлены оптически связанные источник света, объектив, чувствительный элемент, приемник излучения, установленный в фокальной плоскости объектива,The technical result is achieved due to the fact that in a device containing a housing in which optically coupled light source, a lens, a sensing element, a radiation detector mounted in the focal plane of the lens are sequentially installed,

ЯМ SiNM Si

G 01 С 9/00-9/30 Ь G 01 C 9 / 00-9 / 30 b

электронный блок обработки сигнала и индикатор, чувствительный элемент выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения в механическом подвесе с демпфирующим устройством и установлен после объектива так, хаю при горизонтальном положении корпуса устройства гипотэнузная грань призмы полного внутреннего отражения параллельна . световому пучку формируемому объективом и делит световой пучок на две равные части, а также дополнительно введены светоделитель, установленный под углом 45 к оптической оси объектива, зеркальный диэдр, установленный за чувсвительным элементом так, ото его грань параллельна гипотенуэной грани призмы полного внутреннего отражения, а приемник излучения выполнен в виде координатно-чувствительного фотоприемнике.the electronic signal processing unit and indicator, the sensitive element is made in the form of a prism of total internal reflection in a mechanical suspension with a damping device and is installed after the lens so that when the device case is horizontal, the hypotenous face of the total internal reflection prism is parallel. the light beam formed by the lens and divides the light beam into two equal parts, and also a beam splitter installed at an angle of 45 to the optical axis of the lens, a mirror dihedron mounted behind the sensing element so that its face is parallel to the hypotenic face of the total internal reflection prism, and the receiver radiation is made in the form of a coordinate-sensitive photodetector.

На фиг Л приведена принципиальная схема устройства, на фиг Л 1Л.а показано световое пятно формируемое в плоскости анализа при горизонтальном положении устройства, на . 1.6 световые пятна, формируемые в плоскости анализа при наклоне устройства.On Fig L is a schematic diagram of the device, on Fig L 1L.a shows a light spot formed in the plane of analysis with the horizontal position of the device, on. 1.6 light spots formed in the plane of analysis when the device is tilted.

Устройство для измерения углошх наклонов содержит корпус I, в котором установлены источник света 2, светоделитель 3, объектив 4, чувствительный элемент 5 в виде призмы полного внутреннего отражения с устройствами механического подвеса 6 и демпфирования 7, зеркальный диэдр 8, координатно-пувствительннй фотоприемник 9, электронное уст роиство обработки сигнала 10 и индикатор II.The device for measuring the angle of inclination includes a housing I, in which a light source 2, a beam splitter 3, a lens 4, a sensing element 5 in the form of a prism of total internal reflection with mechanical suspension devices 6 and damping 7, a mirror dihedron 8, a coordinate-sensitive photodetector 9, are installed, electronic signal processing device 10 and indicator II.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Световой пучок от источника свэта 2 /например полупроводникового лазера/ отражается светоделителем 3 /например, полупрозрачным зеркалом/ и направляется в объектив 4. Сформированный объективом 4 параллельный световой пучок при прохождении чувствительного элемента 5 в виде призмы полного внутреннего отражения с устройствами подвеса 6 и демпфирования 7 делится на две равные части. Первая / верхняя / половина светового пучка дважды отразившись на зеркальном диэдре 8,симметрично расположенном о ноеи«ельно сформированного объективом 4 параллельного готового пучка,- попадает на катежную грань чу ветви тельного элемента 5. Поело двухкратного преломления и отражения в призме 5 пэраая часть светового аушса направляется в объектив 4, который формирует световое пятно 12 в плоскости анализа ПА, совпадающей е фокальной плоскостью объектива 4. Вторая / нижняя / половина светового пучка проходи-f оптический путь первой половины в обратном направлении и также попадав в объектив 4, который формирует световое пятно 13 в плоское анализ ПА, в которой жество устанавливается квофтинатио-чуве вотвлъинй фотоприемник 9 / например, ПЗС-лмнейк ( Протезирование оптических систем, по д. ре д. Р. Шеннона М:Мир, 1983, 363-4ЈJc. ) /. Процесс сканирования фсигоприемника 9, определение и швод результатов измерений на индикатор II по вырабатываемому фотоприемником 9 сигналу осуществляется электронным блоком обработки сигнала 10.The light beam from the light source 2 / for example, a semiconductor laser / is reflected by a beam splitter 3 / for example, a translucent mirror / and is sent to the lens 4. The parallel light beam formed by the lens 4 when passing through the sensor 5 in the form of a prism of total internal reflection with suspension devices 6 and damping 7 divided into two equal parts. The first / top / half of the light beam is reflected twice in the mirror dihedron 8, symmetrically located on the parallel beam, which is formed by the lens 4 and is precisely formed by the lens 4, and falls on the cathodic face of the branch of the body element 5. Ate double refraction and reflection in the prism 5 of the first part of the light aux sent to the lens 4, which forms a light spot 12 in the plane of analysis of PA, which coincides with the focal plane of the lens 4. The second / lower / half of the light beam pass-f optical path of the first half in in the opposite direction and also falling into the lens 4, which forms the light spot 13 in the flat analysis of the PA, in which the sensor is installed with a photo detector 9 / for example, a CCD-optics (Prosthetics of optical systems, according to Dr. R. Shannon M. : World, 1983, 363-4ЈJc.) /. The process of scanning the phytosensor 9, determining and compiling the measurement results on indicator II by the signal generated by the photodetector 9 is carried out by the electronic signal processing unit 10.

При горизонтальном положении устройства световые пятна 12 и 13 /фигЛЛ.а/ образуют единое световое , энергетический центр масс которого принимается аа нуль-индекс устройства. Пропорционально наклонам yetpoftef ва меняется положение рипоуенуэной грани призмы полного внутреннего отражения 5 относительно параллельного светового пучка. При этом угол падения одной половины последнего на кадетную грань призмы 5 будет увеличиваться, а угол падения другой уменьшаться, т.е. возникает удвоение углового рассогласования, 6 результате в плоскости анализа ПА световые пятна 12 будут смещаться в противоположных направлениях относительно нуль-индекса устройства /фиг.1.1, б.А При нееимметршшой форме пятен 12 и 13 направление углового наклона может быть определено по изменению расположения краев световых пятен 12 и 13 относительно друг друга.In the horizontal position of the device, the light spots 12 and 13 (FigL.a/) form a single light, the energy center of mass of which is taken as the aa zero index of the device. Proportional to the slopes of yetpoftef wa, the position of the ripen-woven face of the prism of total internal reflection 5 relative to the parallel light beam changes. In this case, the angle of incidence of one half of the latter on the cadet face of prism 5 will increase, and the angle of incidence of the other will decrease, i.e. there is a doubling of the angular mismatch, 6 as a result, in the analysis plane of the PA, the light spots 12 will be displaced in opposite directions relative to the zero-index of the device / Fig.1.1, b.A With it, the spotted shape of spots 12 and 13 can be determined by the direction of the angular inclination spots 12 and 13 relative to each other.

- 3 ™ 4 При этом за счет анализа смещений световых пятен 12 и 13 по крайним границам в зоне максимально интенсивности световой энергии повышается отношение сигнад/щум а следовательно чувствительность измерений. При относительном смешений световых пятен 12 и 13 равном : угловой наклон устройства составляет- 3 ™ 4 At the same time, by analyzing the displacements of light spots 12 and 13 along the extreme boundaries in the zone of maximum light energy intensity, the signal-to-noise ratio increases and, therefore, the measurement sensitivity. With a relative mixture of light spots 12 and 13 equal: the angular inclination of the device is

У- - РU- - P

X - , fX -, f

где j расстояние объектива 4,р ««206Е66.where j is the distance of the lens 4, p "" 206E66.

Таким образом, благодаря удвоению углового наклона, точность предлагаемого устройства mm точности прототипа минимум в Ј раза. яа разность может бааь увеличена соотвотстаующим выбором коэффициента механической компдооацни устройства подвеса 6. iCpoMO этого предлагаемое устройство обладает лучший энергетической , вибрационнй и температуркой стабяльностямир т.к. вместо пар источника света и фотоприемншса используется одна пара, дополнительно вводится устройство демпфирования и в качестве чувствительного элементе вместо жидкости исаользуетея стеклянная призма..Thus, due to the doubling of the angular inclination, the accuracy of the proposed device mm accuracy of the prototype at least Ј times. the difference can be increased by the appropriate choice of the coefficient of mechanical compois- tance of the suspension device 6. iCpoMO of this device has the best energy, vibration and temperature stability, since instead of pairs of light source and photodetector, one pair is used, an additional damping device is introduced and a glass prism is used as a sensing element instead of liquid ..

Авторы:&$4s Арефьев Authors: & $ 4s Arefiev

сУи ллДнал. патентного SUI LLDnal. patent

Длаксанкина Р.А. шнашкш P.O. мороаоз Б.И. отдела/Сс ируяко „. Dlaksankina R.A. schnick P.O. moroaosis B.I. department / SS iruyako „.

Claims

A device for measuring angular inclination, comprising a housing in which optically coupled light source, a lens, a sensing element, a radiation detector mounted in the focal plane of the lens, an electronic signal processing unit, an indicator, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy by doubling the angular mismatch, the sensing element is made in the form of a prism of total internal reflection in a mechanical suspension with a damping device and is installed after the object willow so that when the device case is horizontal, the hypotenous face of the total internal reflection prism is parallel to the light beam formed by the lens and divides the light beam into two equal parts, and a beam splitter installed at an angle of 45 ° to the optical axis of the lens, a mirror dihedron, mounted behind the sensitive element so that its face is parallel to the hypotenuse face of the prism of total internal reflection, and the radiation receiver is made in the form of a coordinate-sensitive photodetector Nika.