Устройство для определения угла наклона объекта

 

О 11 И С А Н И Е (и)924505

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ .(61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено 16.06.80 (2! ) 2940094/18 — 10 (51)М. Кл. с присоединениеет заявки М

G 01 С 9/12

Гоауаарстееиаай коиктет

СССР

{23)Приоритет па делан изобретений и аткрытий

Опубликовано 10.04.82 Бюллетень М 16

Дата опубликования описания 30.04.82 (53) УДК 528.541 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. И. Шиллингер,Я. М. Иванднков, Б. ф. Новик н А. А. Майоров

Московский ордена Ленина инспттут инженеров геодезии, =" аэрофотосъемки и картографии (7!) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

ОБЪЕКТА

IS

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в машиностроении и приборостроении при автоматизации процесса измерения углов наклона объектов.

Известны устройства для определения углов наклона объектов, содержащие свободно подвешенное в кардановом подвесе зеркало, укрепленное на маятнике, источник света и фотоприемники !1).

Однако устройства имеют невысокую точность вследствие влияния момента трения в кардановом подвесе маятника и не позволяют получить. результат измерения в цифровом виде.

Известны устройства для определения углов наклона, которые позволяют получить результат измерения в цифровом виде, включающие в себя оптико-механическую систему для развертки измеряемых углов и в качестве чувствительного элемента — ампулу с ртутью !2).

Эти устройства отличаются сложностью в изготовлении. Кроме того, они .требуют применения электронной цифровой вычислительной машины (ЭЦВМ), что ограничивает нх использование.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения угла наклона объекта, содержащее в качестве чувствительного элемента верпткальный маяттщк, жестко связанный с рамкой магнитоэлектрического прибора и с зеркалом, а так же приемо-передающую систему, включающую источник света и фотоприемники 13).

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не позволяет получить высокой точности измерений.

Пель изобретения — повышение точности измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения угла наклона объектов, содержащем чувствительный элемент в виде расположенной в поле постоянного магнита рамки магнитоелектрического прибора, . обладающей маятниковостью, на оси которой установлено зеркало, а на объекте укреплена приемо-передающая система, состоящая из ис3 924505 точника света, находящегося в фокусе объектива, разделительной призмы, координатного фотоприемника, последовательно соединенного с триггером, электронного коммутатора и вычислительного устройства, в приемо-передающей системе разделительная призма выполнена в виде призмы с полным внутренним отражением, а выходы триггера подключены параллельно к вычислительному устройству и электронному коммутатору- через введенный to в устройство стабилизатор амплитуды импульсов.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма на выходе триггера при горизонтальном положении объекта; на фиг. 3 — действие призмы полного внутреннего отражения.

Устройство содержит чувствительный зле- мент 1 в виде рамки магнитоэлектрического щ прибора, обладающей маятниковостью. На оси рамки укреплейо плоское зеркало 2. Рамка

1 находится в поле постоянного магнита 3.

Приемо-передающая система, укрепленная на объекте, состоит из источника 4 света, объектива S, разделительной призмы 6 и координатного фотоприемника 7 (разрезного двухплощадочного фотодиода). Маятник выполнен с возможностью совершать колебания в вертикальной плоскости, Площадки фотоприемника подключены через формирователи 8 ко входам триггера 9, на выходе которого стоит стабилизатор 10 амплитуды импульсов. Затем сигнал поступает на вход цифрового вычислительного устройства 11 и на вход электронного коммутатора 12, соединенных параллельно.

Выход электронного коммутатора 12 соединен с рамкой 1 магнитоэлектрического прибора.

Устройство работает следующим образом.

При горизонтальном положении объекта (фиг. 2) рамка 1 соверщает колебания относительно вертикали.

Если луч света от источника 4 нопадает на одну из площадок фотоприемника, то сигнал с этой площадки после усиления и формирования поступает на вход триггера 9, выходной стабилизированный сигнал с которого воздействует на электронный коммутатор 12, кото- . рый управляет током в рамке 1.

При колебании рамки происходит освещение одной или другой площадки фотонриемника и ток в рамке 1 изменяет направление, что изменяет направление поворота рамки и связанного с ней зеркала 2.

При этом временные интервалы отдельных состояний триггера tt и t2 равны t1 = tz, причем величина среднего момента, приложенного к рамке, равна нулю.

При наклоне объекта на угол с1 происходит .смещение приемо-передающей системы относительно рамки, На рамку будет действовать момент от силы тяжести

Р=Р ° 2 ° sinu, где P — вес рамки, обладающей маятниковостью, 3 — расстояние от точки крепления до центра тяжести рамки.

При этом временные интервалы

На оси маятника возникает механический момент, который поворачивает ось рамки на угол а.

Величина угла наклона а может быть вычислена по формуле

t -tll

u = arcsin—

Т где Т вЂ” период колебаний маятника, Эту зависимость решает цифровое вычислительное устройство время-импульсного типа.

Для повышения чувствительности устройства между зеркалом 2 и фотоприемником 7 введена разделительная призма б (призма полного внутреннего отражения).

Приник действия этой призмы сводится к следующему.

Параллельный пучок лучей света надает на основание стеклянной призмы б. Углы при основании призмы равны критическому углу материала, и, которого изготовлена призма.

Вследствие этого все лучи, пацающие перпендикулярно основанию претерпеваюг полное внутреннее отражение. Некоторое количество света проходит через боковые грани призмы и попадает на площадки фотоприемника 3 (вслествие диффракции и хроматизма). Сигналы с обоих площадок одинаковы по величине и противоположны по знаку, поэтому выходной сигнал равен нулю.

Если луч света, падающий на основание призмы, отклоняется от нормали, то вследствие того, что угол падения на одной из граней становится меньше критического, энергия одного из преломленных пучков резко возрастает.

При этом на выходе появляется сигнал.

Высокая чувствительность устройства является следствием резкой зависимости отношения энергии преломленного пучка к энергии падающего пучка от величины угла. падения. . Техническая эффективность предлагаемого устройства состоит в возможности уменьшения в три раза относительной погрешности измерения углов наклона объектов.

Предлагаемое устройство позволяет автоматически измерять углы наклона с ошибкой

t5" в диапазоне 12 при выдаче результатов в цифровом виде.

Формула изобретения

924505

Устройство для определения угна наклона объекта, содержащее чувствительный элемент в виде расположенной в поле постоянного магнита рамки магнитоэлектрического прибора, обладающей маятниковостью, на оси которой установлено зеркало, а на объекте укреплена приемо-передающая система, состоящая иэ источника света, находящегося в фокусе объек- to хива, разделительной призмы, координатного фотоприемника, последовательно соединенного с триггером, электронного коммутатора и вычислительного устройства, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности 1$

6 измерения, в приемо-передающей системе раз. делительная призма выполнена в виде призмы с полным внутренним отражением, а выходы триггера подключены паришельно к вычислительному устройству и электронному коммуптору через введенный в устройство стабилизатор амплитуды импульсов.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР У 309240, кл. G 01 С 9/36, 10.11.70.

2. Авторское свидетельство СССР 1Р 343145, кл. G 01 С 9/06, 26.10.70.

3. Авторское свидетельство СССР N 10S471, кл. G 01 С 9/12, 07.10.54 (прототип).

Фиг./

Составитель Л, Колюбакина

Редактор М. Лысогорова Техред М.Надь . Корректор М. Демчик

Закаэ 2801/57 Тираж 614 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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