Способ дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения и устройство для его осуществления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объектов относительно горизонтальной плоскости. Для измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения устанавливают на него уровень и заводят поток излучения от излучателя в световоды. Поскольку со световодов удалена оболочка, то происходит контакт поверхности сердцевины с окружающей ее в ампуле средой. Это приводит к рассеянию идущего по световодам потока излучения, причем рассеяние происходит тем интенсивней, чем больше разность в показаниях преломления сердцевины и окружающей среды. Изменение расстояния Н от положения воздушного пузырька вызывает соответствующее изменение потока, которое преобразуется фотоприемником в электрический сигнал, пропорциональный Н. Полученный сигнал усиливают усилителем и подают на преобразователь напряжение-код. С помощью дешифратора декодируют полученную информацию и выдают ее в удобной форме индикатором. При этом перемещение воздушного пузырька в какую-либо сторону от оси симметрии уровня (при его наклоне) будет вызывать уменьшение рассеяния потока излучения одного световода и увеличение - в другом. Технический результат - упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона объектов относительно горизонтальной плоскости.

Прототипом является способ измерения уклонов, включающий установку на контролируемую поверхность жидкостного шкального уровня и отсчет по положению воздушного пузырька величины уклона, при этом в труднодоступных местах воздушный пузырек фиксируют относительно шкалы замораживанием жидкости в ампуле, а отсчет производят после переноса уровня в удобное для отсчета место [А.с. СССР 1138648, МПК G01C 9/24, 1985].

Недостатками прототипа являются:

- неудобство в эксплуатации, вызванное необходимостью помимо уровня иметь еще холодильное оборудование, причем, как правило, в уровне используется жидкость с низкой температурой замерзания, для достижения которой требуется специальное оборудование;

- ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью автоматического считывания показаний уровня, что затрудняет его применение в системах автоматического контроля положения объекта;

- сложность конструкции, реализующей способ, обусловленная наличием специальной холодильной аппаратуры.

Задачей изобретения является устранение этих недостатков, а именно упрощение конструкции, расширение функциональных возможностей и повышение эксплуатационных характеристик.

Задача решается тем, что в способе дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, включающем установку на объекте уровня с ампулой, частично заполненной жидкостью, и отсчет по положению воздушного пузырька величины угла отклонения, в ампулу посредством, по крайней мере, одного световода подают поток излучения, часть которого рассеивают в зоне отсчета и по величине нерассеянной части потока определяют положение пузырька.

Величину угла отклонения определяют и по величине нерассеянной части потока. Поток излучения подают периодически. Рассеивание потока излучения производят путем удаления оболочки световода.

Устройство для осуществления способа дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, содержащее уровень с ампулой, имеющей деления и частично заполненной жидкостью, снабжено излучателем, двумя фотоприемниками, блоком обработки информации и двумя световодами, размещенными в ампуле и выполненными в зоне делений без оболочки, при этом излучатель через световоды оптически связан с фотоприемниками, выходы которых подключены к входу блока обработки информации.

Блок обработки информации выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, преобразователя напряжение-код, дешифратора и индикатора, при этом вход усилителя является одновременно входом блока обработки информации.

Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.

Подача в ампулу посредством, по крайней мере, одного световода потока излучения, часть которого рассеивают в зоне отсчета и по величине нерассеянной части потока определяют положение пузырька, позволяет определять положение пузырька дистанционно, причем даже на больших расстояниях. Это расширяет функциональные возможности, улучшает эксплуатационные характеристики и упрощает конструкцию.

Определение величины угла отклонения и по величине нерассеянной части потока позволяет получать результат измерения в единицах угла, что расширяет функциональные возможности и улучшает эксплуатационные характеристики.

Периодическая подача потока излучения снижает энергопотребление, что улучшает эксплуатационные характеристики.

Проведение рассеивания потока излучения путем удаления оболочки световода упрощает конструкцию.

Снабжение устройства для осуществления способа дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения излучателем, двумя фотоприемниками, блоком обработки информации и двумя световодами, размещенными в ампуле и выполненными в зоне делений без оболочки, а также выполнение оптической связи излучателя через световоды с фотоприемниками, выходы которых подключены к входу блока обработки информации, упрощает конструкцию, расширяет ее функциональные возможности и улучшает эксплуатационные характеристики.

Выполнение блока обработки информации в виде последовательно соединенных усилителя, преобразователя напряжение-код, дешифратора и индикатора упрощает конструкцию устройства.

Изобретение поясняется чертежом.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения.

Устройство содержит уровень 1 с ампулой 2, с жидкостью 3 и пузырьком 4 воздуха, в которой размещены световоды 5, 6 с сердцевиной 7, очищенной на участке L от оболочки 8, через которые излучатель 9 соответственно оптически соединен с фотоприемниками 10, 11, каждый из которых через усилитель 12, преобразователь 13 напряжение-код и дешифратор 14 подключен к индикатору 15.

Способ реализуют следующим образом.

Для измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения устанавливают на него уровень 1 и заводят поток излучения от излучателя 9, например светодиода, в световоды 5, 6. Поскольку на участке L со световодов удалена оболочка 8, то происходит контакт поверхности сердцевины 7 с окружающей ее в ампуле 2 средой. Это приводит к рассеянию идущего по световодам потока излучения, причем рассеяние происходит тем интенсивней, чем больше разность в показаниях преломления сердцевины 7 и окружающей среды (см., например, Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические световоды. - М.: Мир, 1980). Основное затухание происходит на участке L, при закрывании (заливании, погружении в жидкость) которого в жидкость 3 на величину Н при перемещении воздушного пузырька, соответствующую положению края последнего, поток на выходе световода может найден по формуле

Ф=Ф₀ехр(-α_вL)exp[H(α_в-α_ж)],

где Ф, Ф₀ - соответственно поток на выходе и входе световода; α_ж, α_в - соответственно коэффициент затухания в жидкости и в пузырьке воздуха.

Изменение расстояния Н от положения воздушного пузырька вызывает соответствующее изменение потока, которое преобразуется фотоприемником 10 (11), например фотодиодом, в электрический сигнал, пропорциональный Н. Полученный сигнал усиливают усилителем 12 и подают на преобразователь 13 напряжение-код, т.е. трансформируют тем самым сигнал на выходе фотоприемника в цифровой код. С помощью дешифратора 14 декодируют полученную информацию и выдают ее в удобной форме индикатором 15. При этом перемещение воздушного пузырька в какую-либо сторону от оси симметрии уровня 1 (при его наклоне) будет вызывать уменьшение рассеяния потока излучения одного световода и увеличение - в другом. Поэтому граница положения воздушного пузырька определяется как половина разности показаний индикаторов 15. При нулевом отклонении пузырька от оси симметрии, т.е. в случае нахождения уровня на горизонтальной поверхности, показания индикаторов равны. Это позволяет компенсировать температурную погрешность, связанную с изменением объема жидкости в ампуле от температуры. Для определения направления уклона можно воспользоваться алгебраической разностью показаний индикаторов или заранее установить - как будет изменяться рассеяние в том или ином световоде при наклоне уровня в ту или иную сторону. Для исключения погрешности, связанной с изменением параметров фотоприемника и усилителя от величины питающего напряжения, температуры и т.п., можно применить для обработки информации только один канал, поочередно направляя излучение от световодов на фотоприемник, например поворотным зеркалом (не показано) или перемещением. Заметим, что таким образом можно не только определять положение воздушного пузырька и по нему производить отсчет угла отклонения объекта, но и измерять величину этого угла.

Внедрение изобретения позволит создать простой и удобный в эксплуатации уровень, позволяющий дистанционно измерять угол отклонения объекта от горизонта.

1. Способ дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, включающий установку на объекте уровня с ампулой, частично заполненной жидкостью, и отсчет по положению воздушного пузырька величины угла отклонения, отличающийся тем, что в ампулу посредством, по крайней мере, одного световода подают поток излучения, часть которого рассеивают в зоне отсчета и по величине нерассеянной части потока определяют положение пузырька.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поток излучения подают периодически.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что рассеивание потока излучения производят путем удаления оболочки световода.

4. Устройство для осуществления способа дистанционного измерения угла отклонения объекта от горизонтального положения, содержащее уровень с ампулой, имеющей деления и частично заполненной жидкостью, отличающееся тем, что оно снабжено излучателем, двумя фотоприемниками, блоком обработки информации и двумя световодами, размещенными в ампуле и выполненными в зоне делений без оболочки, при этом излучатель через световоды оптически связан с фотоприемниками, выходы которых подключены к входу блока обработки информации.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что блок обработки информации выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, преобразователя напряжение-код, дешифратора и индикатора, при этом вход усилителя является одновременно входом блока обработки информации.