ЛАЗЕРНОЕ ЦЕНТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1995 года по МПК G01C9/20 

Изобретение относится к приборостроению, а именно к приборам для измерения уклонов с индикацией, основанной на наклоне свободной поверхности жидкости относительно содержащего ее резервуара, и может быть использовано в метрологии, геодезии, строительстве, авиационном и космическом машиностроении.

Известно лазерное центрирующее устройство для ориентации луча вертикальной плоскости с использованием жидкого горизонта [1]
Оно содержит источник излучения и устройство, компенсирующее угловые отклонения, состоящее из жидкого компенсатора и отражательной системы, которая необходима для заведения пучка в жидкость и вывода из нее. В такой системе при изменении угла отклонения меняется оптическая разность хода и луч, оставаясь вертикальным, смещается. Это вносит ошибку в измерения при использовании этой системы для получения точной реперной линии.

Наиболее близким по технической сущности является лазерное центрирующее устройство для ориентации луча в вертикальной плоскости с использованием жидкостного горизонта [2]
Оно содержит лазер как источник излучения, одно из зеркал которого имеет автоматическую гравитационную ориентацию, т.е. представляет собой жидкостный горизонт, приспособление для закрепления лазера в вертикальном положении, приспособление для возвращения лазера в исходное положение, элемент, фиксирующий выходную интенсивность, по которой определяют наличие отклонения.

Устройство работает следующим образом.

При вертикальном положении устройства на выходе лазера фиксируется максимальная интенсивность излучения. При отклонении от вертикального положения происходит уменьшение интенсивности излучения лазера. Добиваясь максимальной интенсивности излучения, с помощью приспособления выводят лазер в вертикальное положение.

К недостаткам устройства относятся низкая чувствительность к отклонениям от вертикального положения по изменению интенсивности излучения, которая составляет 5', при отклонении более 20'' лазерное излучение исчезает, что требует дополнительной юстировки устройства.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

Цель достигается за счет того, что в лазерном центрирующем устройстве, содержащем лазер, приспособление для установки его в исходное положение, жидкостный датчик горизонта, последний выполнен в виде насадки, жестко закрепленной входной гранью нормально к лучу лазера, при этом боковые противоположные грани, одна из которых полупрозрачная, а другая матовая, перпендикулярны к входной грани, а показатель преломления граней равен показателю преломления жидкости, которой заполнена насадка. Внутри насадки установлены две кинематически связанные между собой светоделительные пластины, выполненные в виде дисков, размещенных в кольцевых оправах с возможностью вращения, боковая поверхность пластин и внутренняя поверхность кольцевых оправ сферические с равными радиусами кривизны, диаметры отражающих поверхностей светоделительных пластин равны по диаметру сферы, причем одна пластина установлена плавающей на поверхности жидкости, другая в исходном положении расположена под углом 45^о к входной грани и по диагонали насадки, а каждая из кольцевых оправ жестко скреплена с насадкой.

Достигаемый технический результат заключается в увеличении чувствительности устройства в 2m+1 раз за счет выполнения жидкостного горизонта в виде насадки с двумя подвижными светоделительными пластинами с кинематической связью между ними с коэффициентом передачи m.

На чертеже изображено лазерное центрирующее устройство.

Оно состоит из источника когерентного излучения лазера 1 и жидкости датчика горизонта, выполненного в виде насадки 2, жестко закрепленной входной гранью 3 нормально к лучу лазера 1, боковые противоположные грани которой, одна из которых полупрозрачная 4, а другая матовая 5, перпендикулярны входной грани 3. Насадка 2 заполнена жидкостью, показатель преломления которой равен показателю преломления граней 4, 5. Внутри насадки установлены две кинематически связанные светоделительные пластины 6, 7, выполненные в виде дисков, размещенных в кольцевых оправах 8, 9 с возможностью вращения. Боковая поверхность пластин 6, 7 и внутренняя поверхность кольцевых оправ 8, 9 сферические, с равными радиусами кривизны, диаметры отражающих поверхностей 10, 11 светоделительных пластин 6, 7 равны диаметру сферы. Пластина 6 установлена плавающей на поверхности жидкости, пластина 7 под углом 45^о к входной грани 3 и по диагонали насадки, а каждая из кольцевых оправ 8, 9 жестко скреплена с насадкой. Кинематическая связь с коэффициентом передачи m выполнена, например, в виде закрепленных на кольцевой оправе 8 блоков 12-14 симметрично под углом 120^о друг к другу, на равных расстояниях от центра кольцевой оправы.

Устройство работает следующим образом.

В начальном положении луч лазера 1 падает нормально к входной грани 3 и под углом 45^о к светоделительной пластине 7, которая делит его на два ортогональных луча, один из которых падает на боковую полупрозрачную грань 4 насадки 2, частично отражается, а частично выходит из насадки 2, образуя горизонтальную реперную линию. Другой луч, проходя через центры кольцевых оправ 8, 9 и слой жидкости, частично отражается от поверхности 10 плавающей пластины 6, частично выходит, образуя вертикальную реперную линию. Отраженные от поверхности 10 и грани 4 лучи налагаются с помощью светоделительной диагональной пластины 7, образуя интерференционную картину, визуально или с помощью фоторегистрирующего устройства, наблюдаемую на матовой выходной грани 5.

При отклонении устройства на угол α происходит образование жидкостного клина с углом α между отражающей поверхностью 10 плавающей пластины 6 и входной гранью 3 насадки 2; отклонение светоделительной пластины 7 на угол mα обусловленное кинематической связью с передаточным числом m через блоки 12-14 плавающей пластины 6 с пластиной 7.

Отраженные от поверхности 10 и боковой грани 4 насадки 2 лучи с помощью пластины 7 налагаются, образуя между собой угол ϕ=2/2m+1/α При этом возникает интерференционная картина полос равной толщины. Добиваясь исчезновения полос, т. е. равномерного освещения, устройство вручную или с помощью автоматического приспособления возвращается в исходное положение.

Предлагаемое устройство позволяет увеличить чувствительность прибора.

Использование: приборостроение. Сущность изобретения: лазерное центрирующее устройство содержит лазер, приспособление для установки его в исходное положение, жидкостный датчик горизонта, выполненный в виде насадки, жестко закрепленный входной гранью нормально к лучу лазера, при этом боковые противоположные грани, одна из которых полупрозрачная, а другая матовая, перпендикулярны к входной, а показатель преломления граней равен показателю преломления жидкости, которой заполнена насадка. Внутри насадки установлены две кинематически связанные между собой светоделительные пластины, выполненные в виде дисков, размещенных в кольцевых оправах с возможностью вращения, боковая поверхность пластин и внутренняя поверхность оправ сферические с равными радиусами кривизны, диаметры отражающих поверхностей светоделительных пластин равны диаметру сферы, причем одна пластина установлена плавающей на поверхности жидкости, другая в исходном положении расположена под углом 45° к входной грани и по диагонали насадки, а каждая из кольцевых оправ жестко скреплена с насадкой. 1 ил.

ЛАЗЕРНОЕ ЦЕНТРИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее лазер, приспособление для установка его в исходное положение, жидкостный датчик горизонта, отличающееся тем, что жидкостный датчик горизонта выполнен в виде насадки, жестко закрепленной входной гранью нормально к лучу лазера, при этом боковые противоположные грани, одна из которых полупрозрачная, а другая- матовая, перпендикулярны к входной, а показатель преломления граней равен показателю преломления жидкости, которой заполнена насадка, внутри насадки установлены две кинематически связанные между собой светоделительные пластины, выполненные в виде дисков, размещенных в кольцевых оправах с возможностью вращения, боковая поверхность пластин и внутренняя поверхность оправ сферические с равными радиусами кривизны, диаметры отражающих поверхностей светоделительных пластин равны диаметру сферы, причем одна пластина установлена плавающей на поверхности жидкости, другая в исходном положении расположена под углом 45^o к входной грани и по диагонали насадки, а каждая из кольцевых оправ жестко скреплена с насадкой.