Устройство для измерения угла наклона

Авторы патента:

G01C1/10 - Измерение расстояний, горизонтов или азимутов; топография, навигация; гироскопические приборы; фотограмметрия (измерение размеров или углов предметов G01B; измерение уровня жидкости G01F; измерение напряженности или направления магнитных полей вообще, кроме магнитного поля Земли, G01R; радионавигация, определение расстояния или скорости, основанное на эффекте распространения радиоволн, например эффекта Доплера, на измерении времени распространения радиоволн; аналогичные системы с использованием другого излучения G01S; оптические системы для этих целей G02B; карты, глобусы G09B)

Владельцы патента RU 2510488:

Объединенный Институт Ядерных Исследований (RU)

Изобретение относится к области технической физики и может применяться для стабилизации положения на земной поверхности крупногабаритных установок для научных исследований или промышленного оборудования. Устройство для измерения угла наклона относительно земной поверхности включает в себя источник света, кювету с жидкостью, поверхность которой установлена на пути движения света, регистрирующее устройство отраженного от поверхности жидкости луча света. При этом имеется общее для всех элементов основание, источник света выполнен в виде одномодового стабилизированного лазерного источника, кювета содержит вязкую диэлектрическую жидкость, например масло, с отношением толщины слоя жидкости в кювете к диаметру кюветы в пределах от 0.04 до 0.06, регистрирующее устройство выполнено в виде позиционно чувствительного фотоприемного устройства с блоком регистрации, а угол наклона основания определятся как изменение положения пятна отраженного от поверхности жидкости лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике.

Результатом применения предлагаемого изобретения является улучшение стабилизации положения крупномасштабных промышленных или научно-исследовательских комплексов, таких как Международный линейный коллайдер (ILC), современные телескопические системы и др. в условиях сейсмических шумов земного и индустриального происхождения, а также регистрация поверхностных сейсмических волн. 1 ил.

Устройство относится к области технической физики и может быть использовано для стабилизации положения научно-исследовательских установок, например метрологических установках с длинными лазерными реперными линиями, линейных коллайдеров (ILC, CLIC), больших телескопов и др., а также может являться детектирующим устройством наклона земной поверхности сейсмического и индустриального происхождения.

Известно устройство (аналог) по заявке №74770, опубликованное 01.01.1949 для измерения наклона. Устройство содержит кювету с диэлектрической жидкостью, которая помещена между обкладками двух конденсаторов. Недостаток устройства - низкая чувствительность и высокий уровень шумов.

Известно устройство (аналог) по заявке №2089852, опубликованное 10.09.1997, для измерения наклона относительно горизонта. Устройство содержит источник света, плавающее тело с прикрепленной к нему стеклянной пластиной в виде тонкого стеклянного диска с нанесенной на ней угломерной шкалой и зрительную трубу с окуляром.

Недостаток устройства - низкая чувствительность к измеряемым угловым наклонам, остаточная негоризонтальность плавающего тела, ограничивающая область применения устройства.

Известно устройство (прототип), содержащее источник света, зрительную трубу с окуляром и кювету в виде прозрачного герметичного цилиндра, частично заполненную жидкостью (патент США N 2782675 О се Feb 26 1957).

Недостатки данного устройства заключаются в недостаточной чувствительности, большом уровне шумов, необходимости в визуальном наблюдении отраженного луча света, что ограничивает область его применения.

Задача настоящего изобретения состоит в радикальном поднятии чувствительности и одновременном снижении шумов устройства. Это необходимо как для проведения операций по стабилизации положения лазерного луча в пространстве на большие (более 100 м) расстояния, так и для прецизионной стабилизации положения крупных научно-исследовательских установок (линейные ускорители, телескопические системы большого диаметра и др.) от сейсмических шумов земного и индустриального происхождения.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для измерения угла наклона, включающем в себя источник света, кювету с жидкостью, поверхность которой установлена на пути движения света, регистрирующее устройство отраженного от поверхности жидкости луча света, введено общее для всех элементов основание, источник света выполнен в виде одномодового стабилизированного лазерного источника, кювета заполнена вязкой диэлектрической жидкостью, например масло, с отношением толщины слоя жидкости в кювете к диаметру кюветы в пределах от 0.04 до 0.06, регистрирующее устройство выполнено в виде позиционно чувствительного фотоприемного устройства с блоком регистрации, измеряющее угол наклона основания как изменение положения пятна отраженного от поверхности жидкости лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике.

Общее основание повышает стабильность взаимного расположения элементов устройства. Стабилизированный одномодовый лазерный источник увеличивает чувствительность и точность измерения угла наклона основания в силу симметричного распределения плотности мощности в сечении его пучка, отсутствия шума межмодовых биений, стабилизации мощности излучения, которая увеличивает точность измерения положения на позиционно-чувствительном фотоприемнике. Кювета с вязкой полярной жидкостью (масло) с отношением толщины слоя жидкости к диаметру кюветы от 0,04 до 0,06 обеспечивает стабильное геометрическое положение поверхностного слоя жидкости с отсутствием поверхностных шумовых звуковых волн и отсутствием испарения. Позиционно чувствительное фотоприемное устройство (ПФУ) с регистрирующим электронным устройством (АЦП) и компьютером для записи полученной информации обеспечивает непрерывный мониторинг углового положения поверхности Земли в двух угловых координатах.

На Рис.1 показана схема устройства, где 1 - лазер, 2 - основание, 3 - кювета с жидкостью, 4 - позиционно-чувствительное фотоприемное устройство, 5 - выходящий лазерный луч, 6 - отраженный от поверхности лазерный луч, 7 - смещенный относительно первоначального положения вследствие наклона основания лазерный луч, 8 - положение поверхности жидкости до углового наклона основания, 9 - положение поверхности жидкости после наклона основания. Наклон поверхности жидкости и отраженного лазерного луча показаны относительно основания.

Устройство работает следующим образом. Одномодовый стабилизированный лазерный источник (1) посылает свой луч на поверхность жидкости в кювете (3). Луч, отраженный от поверхности жидкости, регистрируется позиционно-чувствительным устройством (4). Все элементы (1, 3, 4) закреплены на общем основании (2), расположенном на поверхности Земли. Сигнал о положении луча на ПФУ регистрируется аналого-цифровым преобразователем и записывается на компьютер.

При наклоне земной поверхности происходит наклон основания (2). В силу неизменности горизонтального положения жидкости происходит изменение углового положения отраженного лазерного луча (7) на удвоенный угол наклона основания φ=2θ (8, 9) относительно предыдущего положения луча (6), что вызывает смещение пятна лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике, приводящее к линейному относительно угла наклона основания изменению величины регистрируемого сигнала.

В процессе измерения устройство калибруется путем измеряемого наклона основания, что дает возможность представить зарегистрированный сигнал в единицах угла наклона основания.

Полученный сигнал в дальнейшем используется для стабилизации положения как лазерной реперной линии, так и положения прецизионных научно-исследовательских установок.

Также полученный сигнал является дополнительным каналом информации по тектонике Земли. Регистрация сигнала решает задачу прецизионного определения амплитуды и направления поверхностных сейсмических волн в виде периодического наклона земной поверхности. По сути, рассматриваемое устройство является новым типом сейсмографа поверхностных сейсмических волн.

Устройство для измерения угла наклона, включающее в себя источник света, кювету с жидкостью, поверхность которой установлена на пути движения света, регистрирующее устройство отраженного от поверхности жидкости луча света, отличающееся тем, что имеется общее для всех элементов основание, источник света выполнен в виде одномодового стабилизированного лазерного источника, кювета с вязкой диэлектрической жидкостью, например масло, с отношением толщины слоя жидкости в кювете к диаметру кюветы в пределах от 0.04 до 0.06, регистрирующее устройство выполнено в виде позиционно чувствительного фотоприемного устройства с блоком регистрации, измеряющее угол наклона основания как изменение положения пятна отраженного от поверхности жидкости лазерного луча на позиционно-чувствительном фотоприемнике.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения азимута направления из заданной точки, называемой исходной точкой, на Мекку, называемую точкой цели, географические координаты которой известны.

Способ определения астрономического азимута и широты по неизвестным звездам // 2497076

Изобретение относится к области астрономо-геодезических измерений и может быть использовано для определения по звездам астрономических азимутов направлений на земные ориентиры для решения разнообразных задач инженерной геодезии.

Устройство тестирования и аттестации спутниковых gps-приемников (утасп) // 2497075

Изобретение относится к областям измерительной техники и геодезического приборостроения и может быть использовано в геодезии при полевых геодезических работах, а также в метрологии для калибровки спутниковых GPS-приемников.

Устройство для обнаружения и измерения азимутального угла светоизлучающих импульсных объектов // 2494343

Изобретение относится к области угловых измерений, в частности к системам обнаружения и измерения азимутальных координат импульсных источников излучения, таких как вспышки при запуске ракет, ПТУРС.

Автоколлимационное углоизмерительное устройство // 2491586

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для контроля и юстировки различных оптических деталей, сборок и приборов. .

Способ определения ресурсных параметров земельного участка при осуществлении поточного землепользования // 2487349

Изобретение относится к области сельского хозяйства. .

Углоизмерительный прибор // 2470258

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах ориентации космических аппаратов. .

Углоизмерительный прибор // 2469266

Изобретение относится к оптико-электронным системам и может быть использовано в углоизмерительных приборах, предпочтительно в звездных приборах ориентации космических аппаратов.

Устройство для определения погрешности измерений горизонтальных и вертикальных углов геодезических угломерных приборов // 2463561

Электронный теодолит с блоком дистанционной оперативной обработки измерительной информации // 2437059

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в геодезическом приборостроении и предназначено для использования при измерении угловых координат летательных аппаратов.

Секстан // 2523100

Изобретение относится к области морского судовождения и может быть использовано в навигационных секстанах. Технический результат изобретения заключается в возможности одновременного и непосредственного измерения разности высот и разности азимутов двух светил без измерения их высот и азимутов. Секстан содержит секторную раму с лимбом, малое наполовину прозрачное зеркало, расположенное на раме, алидаду с осью вращения, перпендикулярной плоскости лимба, большое зеркало, расположенное на алидаде, угломерное отсчетно-стопорное устройство алидады, оптическую трубу и вспомогательные детали. Большое зеркало снабжено осью вращения, лежащей в плоскости этого зеркала параллельно плоскости лимба, и снабжено угломерным отсчетно-стопорным устройством. Оптическая труба снабжена жидкостным уровнем. 3 ил.

Способ геодезических измерений инженерных объектов и устройство для его осуществления // 2523751

Изобретение относится к области геодезии, в частности к высокоточным измерениям для определения критических деформаций. Предложен способ высокоточных измерений инженерных объектов сканирующими лазерными системами (ЛИС) с применением программного обеспечения управления и обработки результатов по двум координатам в реальном масштабе времени и устройство для его осуществления. Сканирующий лазерный пучок задает опорное направление в реальном масштабе времени, используя математический аппарат, наиболее адаптированный к геодезическим измерениям и позволяющий производить одновременные равноточные измерения в нескольких точках исследуемого объекта, расположенных в створе. Технический результат - сокращение временных интервалов измерений, производимых в процессе длительного и непрерывного геодезического мониторинга, обеспечивая точность измерений на протяженных трассах и их отрезках. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Устройство селекции подвижных целей // 2526890

Изобретение относится к технике измерений, может использоваться в геодезическом приборостроении и предназначено для использования в составе устройств измерения угловых координат летательных аппаратов. Известный прототип изобретения не позволяет в ходе селекции идентифицировать подвижные цели при наличии нескольких объектов, поскольку на кадре результирующего изображения присутствуют два изображения каждой движущейся цели - прямое и инверсное, которое запаздывает относительно первого (основного) изображения на время, равное периоду следования кадров. Для устранения инверсных изображений, создающих эффект "ложных целей", в устройство селекции вводится блок вычисления компиляционного кадра. Технический результат предлагаемого устройства селекции подвижных целей - повышение точности селекции подвижных целей за счет подавления их инверсных (ложных) изображений. 1 илл.

Магнитный курсоуказатель для скоростных судов // 2531059

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано в магнитных курсоуказателях для скоростных судов как для визуального съема показаний, так и для дистанционной передачи курса в судовые системы автоматики. Магнитный курсоуказатель для скоростных судов содержит прозрачный корпус котелка, выполненный в виде сферы, заполненной компасной жидкостью, магниточувствительный элемент, расположенный внутри корпуса и состоящий из поплавка, шкалы, магнитов и опорного узла, в который вставляется игла компаса. Магнитный курсоуказатель дополнительно содержит датчик электронной передачи сигнала курса, расположенный на дне корпуса компаса таким образом, что одна его принимающая горизонтальной составляющей магнитного поля земли Нх лежит по диаметральной линии корпуса котелка, а вторая принимающая Ну перпендикулярна ей. Магниточувствительный элемент имеет положительную плавучесть в компасной жидкости, опорный узел магниточувствительного элемента выполнен в виде конуса, магниты магниточувствительного элемента расположены ниже центра точки опоры, на боковой поверхности поплавка по периметру расположена шкала для визуального отсчета курса. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции, повышение точности съема отсчетов. 1 ил.

Способ измерения систематических погрешностей угловых энкодеров // 2558000

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в точном приборостроении и метрологии. Способ заключается в кодировании измерительного диапазона прибора с помощью светоконтрастных щелей сигнальной маски, устанавливаемой на объекте, формировании изображения этой щели в плоскости приемной ПЗС(КМОП)-матрицы, передаче этого изображения в вычислительный блок. При этом в схему прибора вводится внутренний эталон угла, реализованный изменением топологии сигнальной маски за счет одной дополнительной светоконтрастной щели с центральным углом между ней и штатной щелью, измеряются вариации Δε(φ) угла ε на различных углах φ разворота ротора в диапазоне 0<φ<360° и по этим вариациям вычисляются систематические погрешности Δφс(φ) измерительной шкалы энкодера. Технический результат - упрощение измерения погрешностей. 1 ил.

Электронно-цифровое устройство измерения угловых координат с дифференциальной и интегральной селекцией подвижных объектов наблюдения // 2561310

Электронно-цифровое устройство относится к технике измерений, может использоваться в геодезическом приборостроении для измерения угловых координат летательных аппаратов. Данное устройство содержит: объектив канала наблюдения, опорно-поворотное устройство, фотоприемное устройство канала наблюдения, матрицу фотодетекторов, устройство считывания информации и аналого-цифровой преобразователь, механизмы вертикального и горизонтального наведения, вертикальный и горизонтальный диски с кодовыми дорожками, блок считывания с вертикального диска и блок считывания с горизонтального диска, первый преобразователь угол-код и второй преобразователь угол-код, видеоконтрольный адаптер, видеоконтрольное устройство, блок формирования отсчетов, блок управления и преобразования информации, блок синхронизации, преобразователь кодов и преобразователь время-код, устройство регистрации, пульт дистанционного управления, а также устройство селекции подвижных целей, содержащее блок оперативной памяти текущего кадра видеоизображения, блок оперативной памяти предыдущего кадра видеоизображения, блок вычисления разностей кадров видеоизображений, блок оперативной памяти текущего кадра видеоизображения, блок суммирования разностей кадров видеоизображений, устройство регистрации, блок оперативной памяти текущих значений кодов, блок оперативной памяти предыдущих значений кодов, блок вычисления относительного сдвига кадров видеоизображений, устройство управления памятью, связанные соответствующим образом. Технический результат - возможность селектировать подвижные объекты на общем наблюдаемом фоне. 1 ил.

Горизонтальный маятниковый измеритель угла // 2563546

Изобретение относится, в частности, к области транспортного строительства и может быть использовано при автоматизации, например, землеройно-транспортных машин, предназначенных для сооружения земляного полотна, а также устройства оснований и покрытий автомобильных дорог. Горизонтальный помехозащищенный маятниковый измеритель угла с высокой чувствительностью по отношению к полезному сигналу и демпфируемый силами, пропорциональными его «абсолютной скорости», отличающийся тем, что горизонтальный маятник состоит из выполненного в виде ламинированного набора круговых тонких пластин, одним концом закрепленных на оси, а другим на дебалансной планке, помещенный в закрытый цилиндрический герметичный корпус, выполненный в виде цилиндра, ось которого совпадает с осью маятника, полностью заполненный демпфирующей жидкостью, смонтирован на плите так, чтобы одна сторона корпуса была установлена на плите шарнирно, а другая сторона закреплена к плите регулировочным болтом, с помощью которого задается величина постоянного угла α, закрытый герметичной крышкой, в которой предусмотрены отверстия с защитными пробками, и преобразователь полезного угла β в электрический сигнал. Целью изобретения является объединение положительных качеств горизонтального маятника с вертикальным, обеспечив демпфирование маятника силами, пропорциональными «абсолютной» скорости. В результате предлагаемое устройство обладает высокой чувствительностью по отношению к полезному сигналу и увеличенный период колебаний, а также при действии помехи в виде импульсного горизонтального ускорения, действующего в плоскости качания маятника, последний получает незначительное ложное отклонение β, которое вследствие демпфирования маятника относительно «жидкого тяжелого сбалансированного тела» быстро затухает. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ дистанционного определения абсолютного азимута целевой точки // 2571300

Изобретение относится к области геолокации. В заявленном способе и устройстве, реализующем заявленный способ, осуществляют удаленное определение абсолютного азимута целевой точки наземными средствами путем создания банка изображений, географически привязанного по абсолютному азимуту только из первой точки (P1), и использования этого банка изображений в качестве азимутальной привязки из второй точки, имеющей видимое окружение, по меньшей мере, частично совпадающее с видимым окружением первой точки. Технический результат - точное дистанционное определение абсолютного азимута целевой точки с использованием наземных средств. 5 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Меточный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости // 2580208

Изобретение относится к устройствам для измерения величины (модуля) и угла направления (аэродинамического угла) вектора истинной воздушной скорости, а также других высотно-скоростных параметров летательного аппарата, определяющих движение относительно окружающей воздушной среды. Устройство содержит генератор ионных меток, канал регистрации ионных меток в виде системы приемных электродов, расположенных по окружности с центром в точке генерации ионных меток, и блока предварительных усилителей, измерительной схемы в виде канала определения рабочего сектора, являющегося каналом грубого отсчета, канала точного измерения угла в рабочем секторе и канала истинной воздушной скорости, подключенных ко входу вычислительного устройства, выходы которого являются цифровыми выходами по аэродинамическому углу и истинной воздушной скорости. На металлической пластине-маске системы приемных электродов установлено отверстие-приемник для забора статического давления набегающего воздушного потока, которое пневмоканалом связано со входом датчика абсолютного давления, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства. Вычислительное устройство выполнено в виде вычислителя, реализующего как алгоритмы определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, так и алгоритмы определения других высотно-скоростных параметров движения относительно окружающей воздушной среды согласно уравнениям: где i - номер рабочего сектора грубого канала, в котором находится ионная метка; αo - угол, охватывающий рабочий сектор грубого канала отсчета аэродинамического угла (при αo = 90°); Asinαi и Acosαi - значения синусоидального и косинусоидального информативных сигналов, регистрируемых каналом точного отсчета угла в i-м рабочем секторе; R - расстояния от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами; τν - интервал времени пролета ионной метки расстояния от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами; α и VB, Н, ρH, Vпр, М - определяемые высотно-скоростные параметры; Р0 = 101325 Па = 760 мм рт.ст. и Т0 = 288,15 К - среднее абсолютное давление и средняя абсолютная температура стандартной атмосферы при Н = 0; τ = 0,0065 К/м - температурный градиент, определяющий изменение абсолютной температуры воздуха TH при изменении высоты H; R = 29,27125 м/К - газовая постоянная; k = 1,4 - показатель адиабаты воздуха; ρ0 = 0,125 кгс2/м4 - массовая плотность воздуха на высоте Н = 0. 4 ил.

Видеоавтоколлимационный угломер // 2583126

Изобретение относится к устройствам для измерения углового положения. Заявленный видеоавтоколлимационный угломер для измерения взаимного углового положения автоколлимационных зеркал содержит видеодатчик, расположенный перед объективом и выполненный по схеме видеоавтоколлиматора. При этом перед объективом видеодатчика установлена призма с зеркальными боковыми гранями, обращенными к объективу и к автоколлимационным зеркалам. Причем угол между боковыми гранями призмы составляет α=180-φ/2, где φ - номинальная величина измеряемого угла между автоколлимационными зеркалами. Технический результат - возможность одним приемом измерять взаимное угловое положение двух автоколлимационных зеркал. 2 ил.