Датчик угла наклона объекта

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для определения пространственного положения объектов, и может быть использовано в геодезии, строительстве, горном деле, в навигационных системах управления подвижными объектами. Датчик угла наклона объекта содержит чувствительный элемент, источник и приемник оптического излучения, анализатор, фокусирующую, направляющие и приемные линзы, связывающий источник и приемник оптического излучения оптоволоконный кабель. Чувствительный элемент выполнен в виде дисковой оптической пластины с природной поляризацией, заключенной в обойму, снабженную снизу грузом. Центр тяжести груза расположен на продолжении оптической оси дисковой оптической пластины. Дисковая оптическая пластина установлена с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, пересекающей оптическую ось дисковой оптической пластины. Направляющие и приемные линзы расположены на полуокружностях с обеих сторон от дисковой оптической пластины на радиусах, меньших радиуса дисковой оптической пластины с суммарным зазором, не превышающим ее толщину. Технический результат состоит в устранении чувствительности датчика к перепадам температуры, повышении точности измерений. 2 ил.

Устройство относится к контрольно-измерительной технике, а именно к устройствам для определения пространственного положения объектов, и может быть использовано в геодезии, строительстве, горном деле, в навигационных системах управления подвижными объектами, в том числе имеющими многооборотное осевое вращение, для определения положения местной вертикали относительно направления вектора гравитационного поля.

Известен датчик угла наклона, содержащий оптически прозрачную кольцевую ампулу, закрепленную на объекте, с жидкостью, частично поглощающей оптическое излучение, и с пузырьком газа, не поглощающего оптическое излучение, источник оптического излучения, кольцевую щелевую диафрагму и приемники оптического излучения, снабжен четырьмя приемниками оптического излучения, размещенными по кольцевому периметру с одинаковым угловым шагом вдоль внешней части кольцевой щелевой диафрагмы, установленной между приемниками оптического излучения и внешней поверхностью кольцевой прозрачной ампулы, наполовину заполненной жидкостью, а источник оптического излучения расположен в центре ампулы.

Недостатком данного устройства является чувствительность к перепадам температуры и низкая точность измерений. (A.C. 1139966, G 01 С 9/06, 15.02.1985, бюлл. №6).

Известен датчик угла наклона объекта, принятый за прототип. Устройство содержит оптически прозрачную кольцевую трубку, закрепленную на объекте, заполненную жидкостью, поглощающей оптическое излучение, пузырек непоглощающего оптическое излучение газа и источник оптического излучения, снабженный дисковым световодом, с расположенным в его центре источником оптического излучения, примыкающим своей внешней кольцевой поверхностью к внутренней части кольцевой прозрачной трубки, а приемники оптического излучения расположены по периметру вдоль внешней части кольцевой щелевой диафрагмы, введенной в датчик, ограничивающей угол обзора приемников и помещенной между приемниками и внешней поверхностью кольцевой прозрачной трубки, причем угловой размер пузырька газа не меньше углового размера одного и не более углового размера двух смежных приемников оптического излучения.

Недостатком данного устройства является чувствительность к перепадам температуры и низкая точность измерений (А.С. 1000754, G 01 С 9/18, G 01 С 9/02, 28.02.1983, бюл. №8).

Техническим результатом изобретения является устранение чувствительности к перепадам температуры и повышение точности измерений.

Технический результат достигается тем, что датчик угла наклона объекта, содержащий чувствительный элемент, источник и приемник оптического излучения, согласно изобретению датчик снабжен анализатором, фокусирующей, направляющей и приемными линзами, связывающим источник и приемник оптического излучения оптоволоконным кабелем, причем чувствительный элемент выполнен в виде дисковой оптической пластины с природной поляризацией, заключенной в обойму, снабженную снизу грузом, центр тяжести которого расположен на продолжении оптической оси дисковой оптической пластины, установленную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, пересекающей оптическую ось дисковой оптической пластины, а направляющие и приемные линзы расположены на полуокружностях с обеих сторон от дисковой оптической пластины на радиусах, меньших радиуса дисковой оптической пластины с суммарным зазором, не превышающим ее толщину.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет устранить чувствительность к перепадам температуры и повысить точность измерений.

Датчик угла наклона поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез устройства, разрез Б-Б; на фиг.2 изображено устройство, разрез А-А.

На чертежах представлены:

1 - корпус;

2 - дисковая оптическая пластина с природной поляризацией (например, из слюды);

3 - обойма;

4 - горизонтальная ось, пересекающая оптическую ось дисковой оптической пластины с природной поляризацией;

5 - фиксирующая муфта;

6 - груз;

7 - оптическая ось пластины;

8 - подшипники с заглушками;

9 - оптоволоконный кабель;

10 - источник поляризованного светового излучения (например, лазер);

11 - фокусирующая линза;

12 - направляющие линзы;

13 - приемные линзы;

14 - анализатор;

15 - фотоприемник;

16 - регистрирующая аппаратура;

17 - крепления.

Датчик угла наклона содержит корпус 1, в который вставляют дисковую оптическую пластину 2 с природной поляризацией. Дисковую оптическую пластину 2 с природной поляризацией (например, из слюды) закрепляют на горизонтальной оси 4 с помощью фиксирующей муфты 5, причем ось располагают так, чтобы она пересекала рабочую оптическую ось 7 дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией. Горизонтальная ось 4 свободно вращается в подшипниках 8 с заглушками за счет сил гравитации, создаваемых массой обоймы 3 и грузом 6, причем центр тяжести груза расположен на продолжении оптической оси 7 пластины. Подшипники 8 с заглушками исключают перемещения вала вдоль оси, их устанавливают в корпус 1. На корпусе 1 неподвижно закрепляют с помощью креплений 17 направляющие линзы 12 источника оптического излучения и приемные линзы 13 оптического излучения. Направляющие линзы 12 источника оптического излучения и приемные линзы 13 оптического излучения располагают по обе стороны дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией на полуокружностях с радиусом, меньшим радиуса дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией и углом охвата не менее 180°. Суммарный зазор между направляющими линзами 12 источника оптического излучения, приемными линзами 13 оптического излучения и поверхностью дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией с обеих сторон не превышает толщины дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией (для снижения потерь светового излучения).

Датчик угла наклона работает следующим образом, например, при оснащении им трубопровода.

Устройство неподвижно закрепляют на поверхности трубопровода и фиксируют его начальное положение.

При нахождении трубопровода в горизонтальном положении оптическая ось 7 дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией располагается вертикально (фиг.1). При наклоне трубопровода (условно не показано) оптическая ось 7 дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией не меняет своего положения из-за поля сил гравитации, создаваемых весом обоймы 3 и груза 6. Направляющие линзы 12 источников оптического излучения и приемных линз 13 оптического сигнала отклоняются на некоторую величину, так как они неподвижно закреплены на корпусе 1 с помощью креплений 17. Подают световое излучения от источника 10 поляризованного светового излучения (например, лазера) на фокусирующую линзу 11, от которой оптическое излучение по оптоволоконному кабелю 9 попадает на направляющие линзы 12 источника оптического излучения. Переход от одной позиции дискретизации осуществляется после уравновешивания величин оптических сигналов от двух смежных приемных линз 13 оптического излучения, когда оптическим излучением, прошедшим по дисковой оптической пластине 2 с природной поляризацией и оптической оси 7, одновременно и в равной пропорции были облучены с помощью направляющих линз 12 источника оптического излучения приемные линзы 13 оптического излучения. Угловое положение объекта, измеряемое датчиком дискретное, с шагом квантования, определяемым угловыми размерами приемников оптического сигнала 13. Текущий отсчет производится с приоритетом по величине меньшего оптического излучения. Оптические позиционные сигналы, вырабатываемые приемными линзами 13 оптического излучения, передаются по оптоволоконному кабелю 9 на анализатор 14, с которого сигнал поступает на фотоприемник 15, далее информация передается на регистрирующую аппаратуру 16.

По координатам отклонения направляющих линз 12 источника оптического излучения и приемных линз 13 оптического сигнала от оптической оси 7 дисковой оптической пластины 2 с природной поляризацией определяют величину угла наклона объекта.

Применение датчика угла наклона объекта обеспечивает следующие преимущества:

- устранение чувствительности к перепадам температуры;

- повышение точности, оперативности и достоверности измерений;

- возможность применения заявляемого устройства при эксплуатации строительных сооружений и трубопроводов различного назначения;

- возможность контроля за углом наклона взрывоопасных объектов;

- возможность осуществления автоматизированного непрерывного контроля.

Формула изобретения

Датчик угла наклона объекта, содержащий чувствительный элемент, источник и приемник оптического излучения, отличающийся тем, что датчик снабжен анализатором, фокусирующей, направляющими и приемными линзами, связывающим источник и приемник оптического излучения оптоволоконным кабелем, причем чувствительный элемент выполнен в виде дисковой оптической пластины с природной поляризацией, заключенной в обойму, снабженную снизу грузом, центр тяжести которого расположен на продолжении оптической оси дисковой оптической пластины, установленную с возможностью вращения вокруг горизонтальной оси, пересекающей оптическую ось дисковой оптической пластины, а направляющие и приемные линзы расположены на полуокружностях с обеих сторон от дисковой оптической пластины на радиусах, меньших радиуса дисковой оптической пластины с суммарным зазором, не превышающим ее толщину.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2