Устройство для определения угла наклона

 

О П И С А Н И Е (ii!64995I

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 14.06.76 (21) 2371449/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 28.02.79. Бюллетень № 8 (45) Дата опубликования описания 28.02.79 (51) М. Кл а

G 01С 9!32

Государственный комитет (53) УДК 528.541 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

А. И. Ванюрихин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

Изобретение относится к измерительной технике.

Известны устройства для определения угла наклона (устройства горизонтирования), например уровень, содержащий резервуар, частично заполненный ртутью, с жестко связанной с ним оптической системой, включающей в себя источник света, фокусирующую линзу и мишень. Световой луч направляется под углом к поверхности ртути и отражается от нее на фокусирующее зеркало, изображение на котором рассматривается.

О горизонтальности судят по углу наклона изобра>кения мишени (1).

Известно устройство для определения углов наклона, содержащее резервуар в форме цилиндра с плоским дном и крышкой, заполненный электролитом. Имеются также две пары электродов, которые включены в мостовые измерительные схемы (2).

Известно углоизмерительное устройство, содержащее источник света, линейный поляризатор, анализатор и приемное устройство (3). Бесконтактное устройство для измерения угловых перемещений и углов наклона содержит источник света, линейный поляризатор, два анализатора поляризованного света, два фотоприемника с идентичными характеристиками, импульсный генератор и электронный блок обработки измерительных сигналов (4).

Такие устройства имеют сложную конструкцию, а при их работе в широком интервале температур для достижения высокой точности измерения предъявляются жесткие требования к отдельным элементам и устройству в целом. Наиболее близкое к изобретению по технической сущности — устройство для измерения малых смещений и углов наклона (5J, принцип действия которого основан на использовании свойств поляризационной оптики. Устройство содержит источник света, коллимирующий узел, поляризатор, два клина, изготовленных из кристаллического кварца и ориентированные так, чтобы оптические оси клиньев были параллельны падающему лучу. Один клин является правовращающим, а второй — левовращающим. По углу поворота плоскости поляризации вышедшего из клиньев линейно-поляризованного луча судят об измеряемой величине. При этом наклон определяется угловым положением зеркала, вводимого в систему.

Цель изобретения — упрощение конструкции устройства для определения угла наклона.

Поставленная цель достигается тем, что

649951 в устройстве для определения угла наклона, содержащем источник света, поляризатор, систему поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного луча, анализатор и фотоприемный блок, система поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного луча выполнена в видс оптически прозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающей способностью естсственпого вращения плоскости поляризации линейно-поляризованного луча, например скипидаром.

Известно, что некоторые жидкости обладают естественным вращением плоскости поляризации света и в то же время имеют изотропные свойства. Например, слой скип»дара в 10 см поворачивает плоскость поляризации желтого света па угол 29,6 . Зто означает, что слой скипидара в 1 мкм поворачивает плоскость поляризации света на угол около 1". Если, например, выбрать диаметр резервуара 10 см, то при наклоне его от горизонта на угол 1" разность высот жидкости (скипидара) у противоположных стенок резервуара составляет 0,5 мкм, что соответствует повороту плоскости поляризации проходящего через этой слой света на угол 0,5".

Чувствительность фотоэлектрических устройств с поляризованным светом составляет доли угловой секунды, следовательно, предлагаемое устройство может быть выполнено с чувствительностью (точностью) не хуже 0,1", если в качестве прозрачной жидкости резервуара использовать скипидар или любую другую жидкость, обладающую таким же или ббльшим естественным вращением плоскости поляризации света.

На чертеже показана принципиальная схема устройства для определения угла наклона. Устройство содержит источник 1 света, конденсаторы 2 — 5 и отражатели 6 — 9, которые формируют четыре параллельных луча 10 — 13. Лучи 10, 12 и 11, 13 лежат (проходят) во взаимно перпендикулярных плоскостях. Резервуар состоит из боковой цилиндрической стенки 14 и верхней и нижней крышек 15, 16 соответственно, которые выполнены из плоскопараллельных между собой пластин. Резервуар частично заполнен жидкостью 17, обладающей естественным вращением поляризации света, например скипидаром. На верхней крышке 15 укреплен линейный поляризатор 18, а на нижней крышке 16 — анализатор 19. В качестве поляризатора и анализатора могут быть использованы поляроиды. Лучи 10 — 13 входят в поляризаторы и крышки перпендикулярно к их поверхностям. За анализаторами на пути лучей 10 — 13 установлены фотоприемники 20 — 23, перекрестные выходы которых подключены к входам дифференциальных измерительных систем, вырабатывающих сигналы рассогласования при наклоне устройства.

1J

Л Э

ЗО

33

55 ии

Работа предложенного устройства, установленного на объекте, заключается в след) ющем.

Свет от источника 1, сформированный эл;ментами 2 — 9, в виде лучей 10 — 13 проходит линейный поляризатор 18 и становится линейно-поляризованным. Затем линейно-поляризованные лучи последовательно

i,ðîõîäÿò верхнюю крышку 15, жидкость 17, нижнюю крышку 16 и анализатор 19. В исходном состоянии, когда устройство находится в горизон — àëüíîé плоскости, т. е, слой жидкости в резервуаре имеет равную толщину по ее поверхности, световые лучи, выходящие из анализатора 19, равны по интенсивности, токи на выходе фотоприемников 20 — 23 равны, и на выходе схем 24, 25 сигналов рассогласования нет. Для получения максимальной чувствительности устройства плоскости поляризации света, вышедшего из жидкости 17, и ось главного пропускания анализатора 16 должны быть выставлены под углом 45 .

Предположим, что устройство наклонено в плоскости, образованной лучами 10 и 12.

Тогда равенство интенсивностей лучей, выходящих из анализатора 19 и попадающих на фотоприемники 20 и 22, нарушается, так как слои жидкости, проходимой указанными лучами, становятся различными по высоте: угол поворота плоскости поляризации одного луча Ilo отношению к оси главного пропускапия анализатора 19 увеличивается, ауго,л поворота плоскости поляризации второго луча уменьшается. Следовательно, на выходе дифференциальной измерительной схемы 25 появлястся сигнал рассогласования, пропорциональный разности токов фотоприемников 20, 22. Аналогично работает и второй измерительный канал, содержащий <ротоприемники 21, 23 и схему 24, если .тол наклона устройства лежит в плоскости, образованной лучами 11 и 13.

Предлагаемое устройство имеет сравнительно простую конструкцию, кроме того, оно может быть выполнено с чувствительностью не хуже 0,1" при работе в широком температурном интервале, так как линейные приращения чувствительного элемента (жидкости с естественным вращением плоскости поляризации) не вносят погрешности в измерения.

На базе схемы этого устройства могут быть выполнены и другие варианты конструкции, например, можно в каждом измерительном канале за анализатором установить общий модулятор световых лучей, а промодулированные в противофазе лучи направить на общий фотоприемник.

Формула изобретения

Устройство для определения угла наклона, содержащее источник света, поляризатор, систему поворота плоскости поляризации линейно поляризованного луча, анализатор

649951 г.

Составитель Л. Колюбакина

Текред Н. Строганова

Редактор Т. Рыбалова

Корректор А. Степанова

Заказ 2717/3 Изд. № 161 Тираж 865 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 и фотоприемный блок, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции, система поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного луча выполнена в виде оптически прозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающий способностью естественного вращения плоскости поляризации линейно-поляризованного луча, например скипидаром.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии № 49-909, кл. 107 Е5, 1974.

2. Патент США № 3442028, кл. 33-206, 1969.

5 3. Патент СССР № 27659, кл. G 01С 15/12, 1930.

4. Патент CILIA ¹ 3932039, кл. 356-138, 1974.

5. Патент Великобритании ¹ 1140678, кл.

1O G 1А, 1966.