Устройство для измерения угла наклона горизонтальной оси объекта

 

Союз Советских

Социапистическик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 06.01.78 (21) 2566311/18-10 с присоединением заявки ¹вЂ” (23) Приоритет— (51) М.К .

G 01 С 9/22

Государственный камитет

СССР

Опубликовано 30.06.80. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 05.07.80 (53) УДК 528.541 (088.8) по делан изобретений н OTKpblTllN (72) Авторы изобретения

И. К. Павлов, В. Н. Павлов, В. В. Демидов и Ю. Б. Шварцман (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСИ ОБЪЕКТА

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно, к астрономическому приборостроению, например, устройствам для измерения наклона оси меридианного круга или пассажного инструмента.

Известны устройства, используемые с этой целью, содержащие камерные пузырьковые уровни с ценой деления 1". Уровни устанавливаются на специальную раму, которая подвешивается или устанавливается на цапфы оси. Отсчет положения пузырька производят через минуту после установки по обоим концам пузырька с точностью до

0,2 деления или уровни фотографируют и по снимку производят определение положений пузырька (1).

Таким образом, измерение наклона требует много времени, а точность измерения не превышает 0,2", так как на точность влияют температура и градиенты температуры окружающей среды, а также залипание пузырька.

Известны также устройства для определения наклона горизонтальной оси вращения, содержащие сообщающиеся сосуды и винтовые микрометры для фиксации положения уровня жидкости в них. В верхней части винтов микрометров жестко закреплены марки, совмещаемые с помощью горизонтально установленной зрительной трубы с марками, задающими высоты контролируемых точек (2).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения угла наклона горизонтальной оси объекта, содержащее сообщающиеся посредством канала сосуды, заполненные жидкостью,с по10 мещенными в них поплавками и измеритель уровня жидкости (3).

При наклоне датчика жидкость сохраняет горизонтальную поверхность, а относительно сосуда один из поплавков поднимается, в то время как второй опускается.

По разности подъема и опускания поплавков измерительная система устройства определяет его наклон. При использовании этого устройства для измерения наклонности оси меридианного круга в процессе наблюдения его необходимо установить на ось меридианного круга, которая вращается. В этом случае при изменении наклонности оси жидкость в сосудах, перетекая из одной части сосуда в другую, будет колебаться, 744228 что снижает быстродействие устройства, точность его также снижается из-за трения стержней о внутреннюю поверхность индуктивных датчиков.

Цель изобретения — — создание устройства, обладающего способностью измерения наклонности в любой момент времени наблюдения, повышения точности и быстродействия измерения наклонности.

Указанная цель достигается тем, что измеритель уровня жидкости выполнен в виде оптических решеток, снабженных взаимодействующими упорами, один из которых выполнен со щупами, прижатыми упругими элементами к цапфам горизонтальной оси инструмента, а другие установлены на поплавках, помещенных в сосудах. установленных на неподвижных фундаментах, причем указанные решетки оптически связаны с фотоэлектрической системой, расположенной на отдельном фундаменте и подключенной к приводу и к блоку отсчета, а к каналу, соединяющему сосуды, подсоединена упругая емкость, соединенная через контактирующие с ней рычаги с приводом; причем параллелыго приводу установлен температурный компенсатор, соединенный с рычагами привода, а сосуды соединены с каналом через герметизированные шлюзы, сохраняющие жидкость в сосудах и кана "C в рассоединенном состоянии.

На риг. 1 — -3 схематически изображены устройство и меридианный круг; на фиг. 4— чзел 1 на фиг. 1, разрез в II;locKocT(I, перпендикулярной оси меридианного круга; на фиг. 5 — разрез А — Л на фиг. 4; на фиг. 6-разрез Б Б на фиг. 4; на фиг. 7 -- уз(л

11 на фиг. 1; на фиг. 8 - - ((VIII IIHOllcI;Ibпая схема измерений.

Устройство состоит из сосудов 1, чстановленных на фундаментах 2 меридианного круга, соединенных через герметизируюц(ие шлюзы 3 и упругие элементы (сильфоны) 4 с каналом 5, средняя часть которого соединена с упругой емкостью 6, контактирующей с рычагами 7 электроприво <а 8. L1Iyïû 9 оптических решеток находятся в контакте с цапфами 10 горизонтальной оси меридианного круга. Осветители 11, чувствительные элементы 12 фотоэлектрической системы и блок 13 счета и измерений установлены I!а отдельных фундаментах, не связанных с фундаментами меридианного круга и сосудов.

Длина канала определена размерами трубы 14 меридианного круга. Сосуды 1 одинаковы и взаимозаменяемы по шлюзам 3.

Внутреннее устройство сосуда 1 показано на фиг. 4 — 6. Корпус 1; сосуда с защитными стеклами 16 и 17 и щупом 9 герметичен для жидкости и ее паров. LLlyH 9 решетки 18 имеет только одну степень свободы, определяемую мембранами 19 и 20, и пружиной 21 прижат к цапфе !О в точке 22. Решетка 18 имеет упор 23, в который при подъеме поверхности жидкости в сосуде упирается во взаимодействующий с ним встречный упор 24 решетки 25, установленной на поплавке 26, имеющим также как и шуп !8 только одну степень свободы, определяемую четырьмя упругими шарнирами

27. соединяю(цими поплавок с корпусом сосуда.

Механизмы подъема и опускания поверхности (уровня) жидкости л удержания ее на постоянном относительно сосуда уровне, показанные на фиг. 7, включают в себя упруг((е емкости 6 с кронштейнами 28, рычаги 7 с роликами 29, привод 8 и воздействующий на рычаги параллельно с приводом температурный компенсатор, состоящий например, из стержня 30 и стаканов 31 и 32, выполненных из материалов с различным коэффициентом температурного рас 5 ширения. Температурный компенсатор растягивает упругую емкость при повышении температуры, воздействуя роликами 29 на кронштейны 28. При понижении температуры компенсатор, yveH! II!asI свою длину, позво2о ляет пружинам 33 сжимать упругие емкости, и жидкость в сосудах и канале поднимается.

Функциональная схс ма измерений включает в себя фотоэлектрическую систему 34. состояп(ую из осветителей 11, приемников 12

25 излучения чувствительньпх элементов, блока 13 (чета и измерений и оптических решсток .8 и 25.

Блок 3 (. чета измерений сосТоНТ H3 ptверсивных счетчиков 35 и 36, сумматора 37, щ блока 38 анализа перемещений, элех ента 39.

Устройство имеез выход 40.

Устройство рабогает слелушим образом.

Режимы измерения накл(гнности оси lpH начале астрономических наолюдении и в процессе наблюдений различны.

Режим измерения наклонности оси при начале измерения осуществляется после включения прибора. Блок 38 включает электро((ривод 8, который разводит рычаги 7 в стороны, сила пружинь(7 такова, что препятствует растягиванию в стороны темпеpanp*Ioro компенсатора, состоящего из деталеи 30, 3! и 32, а обеспечивает при этом сжатие упругих емкостей 6 Сжатие упругих емкостей вызывает выталкивание части жидкости B канал и сосуды. Уровень жидкости в канале и сосудах начинает подниматься, тем самым поднимаются поплавки, несущие оптические решетки 25.

Поскольку щупы 9 с оптическими решетками 18 посредством мембран 19 и 20 находятся постоянно в контакте с цапфами оси, оптические решетки 18 в этот момент рассматриваются как неподвижные относительно оптических решеток 25, поднимающихся вместе с жидкостью.

На выходе чувствительных элементов 12 и образуется последовательность H I:(ульсов, Полярность импульсов соответствует направлени(о перемещения. Счет импульсов реверсивными счетчиками 35 и 36 прекращается тогда, когда поверхность жидкости лости744228 гает такого уровня, при котором происходит упирание упоров 23 и 24 оптических решеток, т. е. прекращается вынужденное движение решеток 25.

Прекращение изменений показаний счетчиков 35 и 36 выявляет блок 38 и выдает команду на электропривод 8 на прекращение подъема уровня жидкости и переход на снижение уровня. Одновременно с этой командой счетчики 35 и 36 обнуляются. Возможное продолжение подъема уровня жидкости (по инерции) после упирания упоров

23 и 24 не изменяет точности измерения.

При снижении уровня жидкости, с момента выхода упоров 23 и 24 из состояния контакта, показания каждого из счетчиков соответствуют линейному перемещению поплавков 26. Блок 38 выявляет момент, когда один из поплавков снижается на заданную величину, определяемую при регулировке блока 38, и выдает команду на прекращение работы электропривода 8. Разность показаний счетчиков 35 и 36 соответствует разности расстояний цапфы от уровня жидкости и пропорциональна наклонности оси.

Цифровой код, пропорциональный наклонности оси. формируется на выходе сумматора 37, проходит через элемент 39 на выход 40 устройства.

В процессе астрономических наблюдений измерение наклонности оси производится по команде наблюдателя и может быть произведено в любой момент наблюдения. В процессе наблюдений оптические решетки 25, установленные на поплавках 26, неподвижны относительно неподвижной жидкости, а оптические решетки 18 со щупами 9, находясь в постоянном контакте с цапфами 10, как бы следят за цапфами, и в случае изменения наклонности оси происходит перемещение оптических решеток 18 относительно решеток 25, которое приводит к изменению показаний счетчиков 35 и 36 и к изменению результируюгцего кода на выходе 40 устройства. Изменение только уровня жидкости в сосудах приводит к одинаковому прекращению показаний датчиков и не влияет на результирующий код.

Устройство содержит температурный компенсатор, который поддерживает постоянный уровень жидкости относительно сосудов при изменении температуры. Это уменьшает движение жидкости по стенкам сосудов и уменьшает возможность залипания жидкости.

При изменении температуры, напрймер, при повышении, жидкость, увеличивая свой объем, стремится повысить уровень, но в это время температурный компенсатор, увеличивая свою длину (детали 30. 31 и 32 изготовлены из материалов с различными коэффициентами линейных расширений), преодолевая сопротивление пружин 33, раздвигает рачаги 7, которые через ролик 29 и кронштейн 28 растягивают упругие емкости 6, увеличивая объем последних. ь

Длина температурного компенсатора, ма териал деталей, составлякнцих компенсатор, и соотношение плеч рычагов 7 подобраны с таким расчетом, что при изменении температуры окружающей среды уровень жидкости относительно сосудов 1 остается постоянным.

Для периодического контроля сохранения работоспособного состояния сосудов 1 последние отсоединяются от канала 5 по герметизированным шлюзам 3 и переставляются местами. В местах соединения канала 5 со шлюзами 3 канал содержит упругие элементы 4.

Устройство по расчетным данным способно фиксировать наклонность оси с точИ ностью не грубее 0,05 — при расстоянии между цапфами оси не менее 1,5 м.

Измерение наклонности оси производится при любом положении трубы меридианного круга в те же моменты, в которые регистрируются время и зенитное расстояние звезды, это значительно повышает точность результата наблюдений, так как наклонность оси становится известной для каждого момента прохождения звезды.

Устройство обладает быстродействием, которое обусловлено тем, что горизонт жидн кости установлен на неподвижном фундаменте, а не на оси, наклон которой измеряется, и поэтому быстродействие ограничено только электронной аппаратурой и составляет миллисекунды.

Использование устройства освобождает наблюдателя от дополнительной обработки измерений наклона оси по интерполированию измерений на наблюдения эвезд.

Устройство позволяет автоматизировать процесс измерения наклона оси с применением ЭВМ, с записью данных на перфокартах, перфоленте и на магнитной ленте.

Формула изобретения

l. Устройство для измерения утла накло4О на горизонтальной оси объекта, содержащее сообщающиеся посредством канала сосуды, заполненные жидкостью с помещенными в них поплавками, измеритель уровня жидкости и блок отсчета, отличающееся тем, что, с целью обеспечения непрерывности определения наклонности оси астрономического инструмента, повышения точности, быстродействия и автоматизации измерений, измеритель уровня жидкости выполнен в виде оптических решеток, снабженных взаимодей,ствующими упорами, один иэ которых выполнен со щупами, прижатыми упругими элементами к цапфам горизонтальной оси инструмента, а другие установлены на поплавках, помещенных в сосудах, установленных иа неподвижных фундаментах, причем указанные решетки, оптически связаны с фотоэлектрической системой, расположенной на отдельноM фундаменте и подключенной к приводу и блоку отсчета, а к каналу, соединяющему сосуды, подсоединена упругая емкость, 744228

7 соединенная через контактирующие с ней рычаги с приводом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что параллельно приводу установлен температурный компенсатор, соединенный с рычагами привода.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сосуды соединены с каналом через герметизированные шлюзы, сохраняющие

8 жидкость в сосудах и канале в рассоединенном положении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Меридианные круги абсерватории

ГАИШ AH СССР (АПМ-4).

2. Авторское свидетельство СССР № 352128, кл. G 01 С 9/22, 1971.

3. Патент CLUA № 3911592, кл. 33—

378, 33- — 366, опублик. 1975 (прототип).

744228

Редактор Л. Веселовская

Заказ 3781/8

Составитель,1. Колк>банина

Техред К. Шуфрии Корректор В. Синицкая

Тираж 801 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР яо делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Филиал ППП <Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 1