Устройство для определения угла наклона

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ н ьвто скому свидетельств

Союз Советских

Социалистических

Республик (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 260279 (21) 2729291/18-10 с присоединением заявки йо— (23) Приоритет—

Опубликовано 15.1280. Бюллетень М 46

Дата опубликования описания 201280 (5f)PA, )(л.

G 01 С 9/20

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 528. 541 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Буэанов, А. И. Ванюрихин и С. A. Щербаков (71) Заявитель ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к устройствам для измерения углов наклона.

Известны устройства для определения наклона, содержащие резервуар, частично заполненный ртутью, и жестко связанную с ним оптическую систему, включающую в себя источник света, фокусирующую линзу и мишень. Световой луч направляется под углом к поверхности ртути и отражается от нее на фокусирующее зеркало, на котором расс матривается изображение. О горизонтальности судят по углу наклона изображения мишени 1 .

Известен наклономер с резервуаром, который имеет Форму цилиндра с плоским дном и крышей и заполнен электролитом. Имеются также две пары элек-2О тродов, которые включены в мостовые измерительные схемы 21 . Известно бесконтактное устройство для измерения угловых перемещений, содержащее источник света, линейный поляризатор,2g два анализатора поляризованного света, два фотоприемника с идентичными характеристиками, импульсный генератор и электронный блок обработки из- мерительных сигналов Э .

Известные датчики углов наклона объекта имеют целый ряд недостатков, основным иэ которых является сложность конструкции. При работе таких устройств в широком интервале температур для достижения высокой точности измерения необходимо предъявлять весьма жесткие требования к отдельным элементам и устройству в целом.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения угла наклона, принцип действия которого основан на использовании свойств. поляризацнонной оптики, содержащее источник света, поляризатор, модулятор, анализатор, фотоприемный блок и систему поворота плоскости поляризации линейно поляризованного луча, выполненную в виде оптически прозрачного резервуара, частично заполненного жидкостью, обладающей естественным вращейием плоскости поляризации линейно поляризованного луча, например скипидаром.

При наклоне устройства относительно вертикали слой выше упомянутой жидкости в резервуаре имеет различную толщину и, следовательно, плоскость

787895 поляризации лучей, просвечивающих резервуар н различных местах, повернута на разную величину. По этой разнице в повороте плоскости поляризации лучей и судят об угле наклона (4) .

Однако лучи, просвечивающие оптически прозрачный резервуар с вышеупомянутой жидкостью, имеют вполне определенную конечную толщину, поэтому при наклоне устройства клиновидный слой жидкости создает в различных точках сечения луча разный поворот плоскости поляризации, что, естественно, ухудшает точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения угла наклона.

Эта цель достигается тем, что н устройство для определения угла наклона, содержащее источник света, по-. ляризатор, модулятор, анализатор, фотоприемный блок, регистратор и систему поворота плоскости поляризации ли- 20 нейно поляризованного луча, расположенную между поляризатором и модулятором и выполненную в виде оптически прозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающей естественным вращением плоскости поляризации линейно поляризованного луча, введены оптические элементы, обеспечивающие вращение луча, выходящего из системы поворота плоскости поляризации, на угол 180 вокруг оптической оси, и его вторичное прохождение через систему поворота плоскости поляризации в обратном направлении, выполненные в виде установленных под резервуаром приамы Доне и двух зеркал, преломляющих поляризованный луч.

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из источника 1 света, коллиматора 2, поляризатора 3, 40 резервуара 4 с прозрачными верхней крышкой 5 и нижней б, который частично заполнен жидкостью 7, обладающей естественным вращением плоскости поляризации, зеркал 8 и 9, призмы Доне

19, поляризационного модулятора 11, выполненного, например, на основе ячейки Фарадея, анализатора 12, линзы 13, фотоприемника 14, электронного регистратора 15 и электронного О блока 16 управления. устройство работает следующим образом.

;Свет от источника 1 формируется параллельно в пучок коллиматора 2 и, пройдя поляризатор 3, становится линейно поляризованным, проходит последовательно через проэрачну верхнюю крышку 5 резервуара 4, слой жидкости 7, прозрачную нижнюю крышку 6 и, отразившись от зеркала 8, попадает 6О на призму Доне 10. Пройдя призму 10 и отразившись от зеркала 9 свет снова проходит жидкость 7, затем через поляризационный модулятор 11 (управляемый электронным блоком 16), ана- у лизатор 12 и линзу 13, попадает на фотоприемник 14, выход которого связан с электронным регистратором 15.

В том случае, когда нижняя крышка

6 резервуара 4 находится в горизонтальной плоскости, слой жидкости имеет равную толщину по всей площади.

Система элементов 11-16, предназначенная для измерения поворота плоскости поляризации линейно поляризованного излучения, показывает нулевое отклонение. При наклоне устройства в плоскости его оптической оси (нижняя крышка 6 не лежит н горизонтальной плоскости), слой жидкости тановится разнотолщинным, и поляриметрическая схема, состоящая из элементов 11-16, зарегистрирует сигнал, отличный от нуля и пропорциональный углу наклона.

Вследствие того, что луч света имеет конечную толщину, а слой жидкости при наклоне устройства имеет клиновидную форму сечения, плоскость поляризации света, распространяющего" ся ближе к центру резервуара, повернется на меньший угол чем плоскость поляризации света, расположенного ближе к стенке резервуара. Для того, чтобы это явление не ухудшило точность, введен элемент 10 (в данном случае призма Доне), вращающийся луч вокруг оптической оси на угол 180О, благодаря чему свет, прошеда.ий резервуар с жидкостью в первый раз ближе к стенке, при втором (обратном) прохождении пройдет жидкость ближе к центру.И наоборот свет прошедший ближе к центру(в прямом направлении) при втором пересечении (в .обратном направ« ленин) пройдет дальше от центра. Таким образом, неравномерность во вращении плоскости поляризации по сечению пучка, возникающая при первом прохождении, компенсируется при его втором (обратном) прсхождении резервуара с жидкостью.

Устройство отличается сравнительно простой конструкцией и выполнено с чувствительностью не хуже 0,1 угл с при работе в широком температурном диапазоне, так как линейные приращения чувстнительного элемента (жидкость с естественным вращением плоскости поляризации) не ведут к погрешности в измерениях. На базе представленной схемы возможны и другие конструктивные решения. Например, если направить излучение от.источника света на поверхность жидкости под углом, отличным от нормального, то вместо зеркал

8 и 9 и призмы Доне можно испольэовать одно зеркало, расположенное под нижней крышкой резервуара и параллельно ей.

Техническое преимущество предлагаемого устройства по сравнению с известными заключается в повышении чувствительности за счет устранения поляризованного дефекта устройства..787895

Формула изобретения

Составитель Л. Колюбакина

Редактор М. Келемеш Техред И.Асталощ Корректор М. Вигула

Заказ 8335/46 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Устройство для определения угла наклона, содержащее источник света, поляризатор, модулятор, анализатор, фотоприемный блок, регистратор и систему поворота плоскости поляризации ли- нейно поляризованного луча, расположенную между поляризатором и модулятором, и выполненную в виде оптически прозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающей естественным вращением плоскости поляризации линейно поляризованного луча, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности из мерения, в него введены оптические 15 элементы, обеспечивающие вращение луча, выходящего из системы поворота плоскости поляризации, на угол 180 вокруг оптической оси, и его вторичное прохождение через систему поворота плоскости поляризации в обратном направлении, выполненные в виде установленных под резервуаром призмы

Даве и двух зеркал, преломпяющих поляризованный луч.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японки Р 49-909, кл. 107 Е 5, опублик. 10.01.74.

2. Патент CDlA 9 3442028, кл. 33-206, опублик. 06.05.69.

3. Патент США Р 3932039, кл. 356-138, опублик. 08.08.74.

4. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2371449/18 — 10, кл. G 01 С 9/20, 14.06.76 (прототип).