Устройство для измерения угла наклона объекта

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА 0 ЬЕКТА, содержащее кювету частично заполненную проз рачной жидкостью, источник света, оптически связанный с двумя фотоприемниками , выходы которых связа Z 1/а со входами дифференциальной схемы, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерений путем уменьшения влияния вибраций и увеличения диапазона измерений , устройство снабжено дополнительным источником света, фотоприемники и источники света установлены в дне кюветы и наклонены к поверхности жидкости под углом, близким к углу полного ее внутреннего отражения , при этом фотоприемники расположены по разные стороны от оси симметрии кюветы, в одной вертикальной плоскости с источниками света, на равном расстоянии от них.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) 01) (5))4 4 1 С9 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ "1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 37 1 7936/24-10 (22) 02. 04. 84 (46) 07. 09. 86. Бюл. Ф 33 (72) А;В.Хлобыстов (53) 528.541(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР.

9 1012018, кл. С Ol С 9/20, 1981.

Патент США У 4332090, кл. 33-366, 1981. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УГЛА НАКЛОНА OObEKTA, содержащее кювету", частично заполненную прозрачной жидкостью, источник света,. оптически связанный с двумя фотоприемниками, выходы которых связаны со входами дифференциальной схемы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений путем уменьшения влияния вибраций и увеличения диапазона измерений, устройство снабжено дополнительным источником света, фотоприемники и источники света установлены в дне кюветы и наклонены к поверхности жидкости под углом, близким к углу полного ее внутреннего отражения, при этом. фотоприемники расположены по разные стороны от оси симметрии кюветы, в одной вертикальной плоскости с источниками света, на равном расстоянии от них.

11941

Изобретение относится к геодезическим устройствам для измерения угла наклона различного технологического оборудования и может быть использовано в машиностроении. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения влияния вибрации и увеличение диапазона измерений.

Устройство для измерения угла 10 наклона ббъекта представлено на чертеже.

Устройство содержит кювету 1, частично заполненную прозрачной жидкостью 2. В дно кюветы вмонтированы 15 два источника света 3, направленные навстречу друг другу и наклоненные к поверхности жидкости под углом, близким к углу полного внутреннего отражения жидкости. В одной плоскос- 20 тй с источниками расположены фотоприемники 4 с защитными стеклами 5.

Так как фотоприемники предназначены дпя регистрации положения световых потоков, поступающих от источников, то они (фотоприемники) должны быть закреплены по разные стороны от источников на одинаковом от них расстоянии. Фотоприемники подключены к дифференциальной схеме б. 30

Для возможности одновременного измерения наклонов объекта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в дно кюветы можно вмонтировать вторую пару источников с фотоприемниками, по конструкции аналогичную первой, расположенную в перпендикулярной ей плоскости.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне устройства изменяется угол падения лучей света от источников света 3 на поверхность жидкости

2, причем для одного источника этот угол увеличивается, что влечет за собой возрастание коэффициента отражения от поверхности жидкости 2 и возрастание светового потока на соответствующем фотоприемнике 4, а для другого источника угол уменьшается, что влечет эа собой уменьшение коэффициента отражения от поверхности жидкости 2 и уменьшение светового потока на соответствующем фотоприемнике 4. Дифференциальная схема 6 регистрирует разность напряжений с фо-, топриемников 4, пропорциональную разности световых потоков, величина ко25 торой пропорциональна величине наклона, а знак соответствует направлению наклона. При горизонтальном положении устройства световые потоки равны и разность напряжений равна нулю.

По сравнению с известным устройством предложенная конструкция позволяет повысить точность вследствие, вопервых, эффекта оптического усиления на границе полного внутреннего отражения, что увеличивает крутизну преобразования, и, во-вторых, уменьшения влияния вибраций вследствие интегрирования влияния искажений формы поверхности жидкости 2 на коэффициент отражения светового потока от источников 3.

Точность работы устройства зависит от изменения светового потока, падающего на чувствительную поверхность фотоприемника, при наклоне объекта. Чувствительность фотоприемника (фотодиода) к изменениям падающего на него светового п, тока составляет

1% от мощности светового потока.

1Х-ное изменение светового потока вблизи угла полного внутреннего отражения жидкости, где существует эффект оптического усиления, соответствует наклону устройства на 4 угловые секунды, причем эта величина не зависит от расстояния между поверхностью жидкости и фотоприемником, Чувствительность к перемещениям светового пятна квадрантного фотодиода, используемого в качестве фотоприемника, составляет 1-10 мк, что соответствует при расстоянии от поверхности жидкости до фотоприемника, равном 100 мм (приемлемые габариты устройства), угловой чувствительности 3-30 угл.с.

Таким образом, при расстояниях от поверхности жидкости до фотоприемника, меньших 100 мм, чувствительность предлагаемого устройства заве- домо вышее.

Вторым фактором, влияющим на точность прибора, является воздействие механической вибрации на поверхности жидкости, помещенной в кювету, при которой образуется стоячая вол- на. В таких условиях известное устройство выдает ошибочные данные о наклоне объекта или вообще неработоспособно из-за "размазывания" светового пятна вследствие преломления

Редактор С.Титова Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Демчик

Заказ 4845/1 Тираж 670

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Подписное

4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ! I

3 1194 луча света на возмущенной поверхности жидкости.

В предлагаемом устройстве возмущающее действие на отраженный поток искривленной стоячей волной поверхности жидкости интегрируется как по площади сечения светового потока, так и во времени. Локальные наклоны поверхности жидкости на одинаковые углы и в разные стороны (картина стоячей волны,на поверхности жидкости) ведут к равным, но с разными

125 4 знаками изменениям равных частей отраженного от поверхности жидкости светового потока и взаимно компенсируются.

При расстоянии от поверхности жидкости до фотоприемника, равном

50 мм, и диапазоне 2 40 чувствительность равна 4 угл.с, тогда как в устройстве с таким диапазоном и таким расстоянием от жидкости до фо-: топриемника чувствительность составляет 1 угл.мин.