RU51U1 - Устройство для измерения угловых наклонов - Google Patents

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.

Description

УСТГОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРШИЯ ОТОШХ НАКЛОНОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геодезических устройствах для измерения угловых наклонов.

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.

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 измерений

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения угловых наклонов за счет удвоения углового рассогласования.

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,

ЯМ Si

G 01 С 9/00-9/30 Ь

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.

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.

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.

Устройство работает следующим образом.

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.

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.

- 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

У- - Р

X - , f

где j расстояние объектива 4,р ««206Е66.

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..

Авторы:&$4s Арефьев

сУи ллДнал. патентного

Длаксанкина Р.А. шнашкш P.O. мороаоз Б.И. отдела/Сс ируяко „.

Claims (1)

1. 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.