Устройство для измерения малых углов наклона

 

О П И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ (111 746184

Союз Соватскик

Социал исти чесник

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву

- -(22) Заявлено 27.12.77 (21) 2561950/18-10 (51)м, Кл.2 с присоединением заявки ¹

G 01 С 9/02

Государственный комитет

С С С.P по.делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 070780. Бюллетень ¹ 25

Дата опубликования описания 070780 (53) УДК 528 °

541 (088.8) (72) Автор изобретения

И.П. Коршунов

Ордена Трудового Красного Знам ни институт радиотехники и электроники AH СССР - - - "(71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ

УГЛОВ НАКЛОНА дезйй"и строительном деле. звестны устройства для йзмеренйМ " малых углов наклона, основанные на свойствах уравновешенных маятников (1) .

Известны также устройства для определения малых углов наклона, состоящие из двух плоских зеркал, между которыми попеременно отражается световой пучок, и экрана с дискретно расположенными фотоприемниками. Устройство позволяет индицировать взаимный разворот зеркал (2).

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве особо точных — измерений в геофизике, астрономическйх йсследованиях", инженерной геоОднако оно имеет недостаточную чувствительность, так как в нем используется один световой пучок и регистрируется пространственное смещение выходного пучка.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, к предложенному является устройство для измерения малых углов наклона, действие которого основано на многократном переотражении лазерного пучка в квазиоптическом резонаторе, .,образованном гравитационно-чувствительным зеркалом и зеркалом, связанным

1c подвижным объективом. Устройство со,держит источник излучения,резонатор, образованный гравитационно-чувствительным зеркалом и зеркалом, связанным с подвижным объектом, а также регистрирующий прибор.Гравитационно-чувствительное зеркало в устройстве расположено в специальной оправе, погруженной в жидкость.

Такое зеркало сохраняет свою ориентацию в пространстве, в то время, как второе зеркало и усилительная трубка связаны с объектом, ориентация которого подлежит подстройке (3).

Однако это устройство имеет недостаточную чувствительность (1-2

20 угловые секун ).

Целью изобретения является увеличение чувствительности измерения.

Цель достигается тем, что устройство,содержащее источник излучения,резонатор,образованный гравитационно-чувствительным зеркалом и sepкалом,-связанным с подвижным объектоМ, и регистрирующий прибор, снабжено узЗ0 лом ввода и вывода световых пучков, 746184 фотоприемником, коммутатором, точным) и грубым исполнйтельными блоками и программным устройством, а гравитационно:- чувствительнбе зеркало и зеркало, связанное с подвижным объ ектом, выполнены сферическими и ðàñположены на расстоянии сильной неконфокальности, причем узел ввода и вывода световых пучков, располо женный по продольной оси источника излучения, введен в полость резонатора перпендикулярно его оси и оптически соединен с фотоприемником, регистрирующим смещение интерференционных полос, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, один иэ выходов коммутатора через точный исполнительный блок пОд- ключен к узлу ввода,и вывода, а второй выход — через грубый исполнительный блок, соединенный с гравитационно-чувствительным зер- 20 калом, подключен к одному из входов программного устройства, второй вход которого подключен к выходу точного исполнительного блока, выход программного устройства подключен к командному входу коммутатора, с грубым и точным исполнительными блоками соединены регистрирующие приборы. Плоскости зеркал узла ввода и вывода установлены по отношению к продольной оси резонатора под углом — где А — радиус зеркал реэоA н ат ор à, R — радиус криви э ны зеркал резонатора, Р - расстояние между зер- калами . Узел ввода и вывода выполнен в виде светоделительной пластины и зеркала, установленных в юсти руемых оправах.

Блок-схема устройства показана на чертеже.

Устройство содержит зеркало 1, 40 связанное с подвижным объектом, гравитационно-чувствительное зеркало

2, размещенное в оправе :.3 погруженной в жидкость, зеркала 4 и

5, обеспечивающие введение (и выведение) пучков в резонатор, фотоприемник 6, регистрирующий смещение йнтерферейционных полос, программное устроуство 7, коммутатор 8, обеспечивающий подключение выхода фотоприем- gg ника к точному 9 или грубому 10 исполнительным блокам, регистрирующие приборы 11 и 12, исходный лазорный пучек 13.:

УСтройство работает следующим образом.

Устанавливают зеркало 1, связанное с подвижным объектом, параллельно гравитационно-чувствительному зеркалу 2 на расстоянии, при котором они образуют сильно неконфокальный 60 квазиоптический резонатор, при этом гравитацибнно-чувствительное зеркало 2 в оправе 3 плавает в жидкости, сохраняя свою ориентацию в пространстве. Подают исходный лазерный пучек Я

13. Делят исходный лазерный пучек

13 с помощью полупрозрачного зеркала

5 на два пучка и вводят их в полость резонатора, перемещая зеркала 4 и 5 вдоль оси йсходного лазерного йучка

13. Ориентируют два лазерных пучка с помощью полупрозрачного зеркала 5 и зеркала 4 таким образом, чтобы было выполнено условие р= ® где

A — радиус зеркал резонатора, Rрадиус кривизны зеркал резонатора, — расстояние между зеркалами резонатора. Регистрируют смещение полос интерференционной картины двух пучков.

При возникновении взаимного пероса зеркал 1 и 2 полосы картины интерференции двух пучков сдвигаются, вызывая появление сигнала ошибки на выходе фотоприемника 6. Этот сигнал через коммутатор 8 поступает на точный исполнительный блок 9, который путем поворота зеркала 4 стремится удержать полосы на Месте. На индикаторе 11 при этом зарегистрирован сигнал, пропорциональный углу поворота зеркала 4. При дальнейшем увеличении угла взаимного разворота зеркал 1 и 2 точный исполнительный бЛок 9 дохОдит до своего максимального порога, программное устройство

7 через коммутатор 8 передает стабилизацию положения полос грубому исполнительному блоку 10, который разворачивает зеркало 2 так, чтобы оно стало параллельно зеркалу 1.

При этом исполнительный блок 9 выступает в роли ведомого и возвращает зеркало 4 в исходное положение, а сигнал, пропорциональный углу разворота зеркал 1 и 2, регистрируется на индикаторе 11. При уменьшении величины сигнала рассогласования, поступающего на исполнительный блок 9, до нуля (что соответствует ситуации, когда угол разворота зеркал 1 и 2 скомпенсирован исполнительным блоком

12) программное устройство 7 через коммутатор 8 снова передает управление исполнительному блоку 9.Описанный цикл работы может повторяться многократно и полный угол разворота зеркал будет пропорционален алгебраической сумме показаний индикаторов ll,и 12

Следует отметить,что предлагаемое устройство регистрирует лишь составляющую угла разворота зеркал 1 и 2, ориентированную по оси входного пучка. Для регистрации воздействия с произвольной ориентацией необходимо испольэовать два описанных устройства со скрещенными под углом 90о осями.

Использование предлагаемого устройства для измерения малых углов наклона обеспечивает по сравнению с известными устройствами возможность увеличения чувствительности до величин порядка 10 э угловой секунды.

746184

ЦНИИПИ Заказ 4093/13 Тираж 801 Подписное

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Формула изобретения

1. Устройство для измерения малых углов наклона, содержащее источник излучения, резонатор, образованный гравитационно-чувствительным зеркалом и зеркалом, связанным с под- 5 вижным объектом, а также регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности измерения, оно снабжено узлом ввода и вывода световых пучков, g фотоприемником, коммутатором, точным и грубым исполнительными блоками и программным устройством, а гравитационно-чувствительное зеркало и зеркало, связанное с подвижным объектом, 15 выполнены сферическими и расположены на расстояниии сильной неконфокальности, причем узел ввода и вывода световых пучков, расположенный по продольной оси источника излучения, введен в полость резонатора перпендикулярно его продольной оси и оптически соединен с фотоприемником, регистрирующим смещение интерференционных полос, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, один иэ выходов коммутатора через точный исполнительный блок подключен к узлу ввода и вывода, а второй выход через грубый исполнительный блок, соединенный с гравитационно-чувстви- 30 тельным зеркалом, подключен к одному иэ входов программного устройства, второй вход которого подключен к вы ходу точного исполнительного блока, выход программного устройства под-. ключен к командному входу коммута тора, с грубым и точным исполнительными блоками соединены регистрирующие приборы.

2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что плоскости зеркал узла ввода и вывода установлены по отношению к продольной оси реэод н атора под углом р= -„— „—, где A — радиус зеркал резонатора, R — радиус кривизны зеркал резонатора, Д - расстояние между зеркалами.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что узел ввода и вывода выполнен в виде светоделительной пластины и зеркала, установленных в юстируемых оправах.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3617131, кл.356152, опублик. 1971.

2. Патент СНА Р 3708231, кл; 356152,опублик. 1973.

3. Вагнер Е.Т. и др. Лазерные и оптические методы контроля в самоле- тостроении ° М. Машиностроение, 1977, с. 97 (прототип).