ВИДЕОНАКЛОНОМЕР Российский патент 2005 года по МПК G01C9/00 

Изобретение относится к области технической физики и может использоваться для измерения наклонов фундаментов, стен, опорных колонн зданий и сооружений, наклонов скважин, тоннелей, а также в геодезических приборах для их установки в горизонтальной плоскости.

Известны наклономеры, снабженные пузырьковым уровнем, закрепленным на брусе, наклоны которого приводят к изменению положения газового пузырька в ампуле с жидкостью относительно шкалы или иного регистрирующего устройства /1/.

Известны наклономеры, снабженные маятником, установленным в корпусе, наклоны которого приводят к изменению положения маятника относительно шкалы или иного регистрирующего устройства /2/.

Эти наклономеры обладают рядом недостатков, связанных с ограничением диапазона, точности и надежности измерений.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является наклономер, содержащий сосуд с жидкостью, на котором установлены оптически связанные друг с другом посредством поверхности жидкости источник и приемник света /3/.

Прототип обладает недостатком, связанным с тем, что, помимо ограниченных диапазона и точности измерений, последняя зависит также от высоты уровня жидкости, которая меняется, например, ввиду испарения жидкости при нагревании.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении этих недостатков путем расширения диапазона и увеличения точности измерений, а также исключения влияния испарения жидкости на точность измерений.

Для решения этой задачи в предлагаемом видеонаклономере, содержащем сосуд с жидкостью, над которой установлены оптически связанные друг с другом источник света, объектив и позиционно-чувствительный фотоприемник, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа в видеонаклономер введен светоделительный элемент, установленный на оптической оси объектива и делящий ее на две части, в одной из которых в фокальной плоскости объектива установлен источник света, а в другой также в фокальной плоскости объектива установлен позиционно-чувствительный фотоприемник.

В результате в предлагаемом видеонаклономере от объектива в сторону поверхности жидкости направляется параллельный пучок света, который отражается от поверхности жидкости, попадает в объектив и фокусируется на позиционно-чувствительном фотоприемнике в виде изображения источника света. При наклонах сосуда с жидкостью это изображение перемещается, что и служит основанием для выполнения измерений. При этом результаты измерений не зависят от высоты уровня жидкости (от испарения жидкости в сосуде), что повышает точность измерений.

Изобретение поясняется чертежом-схемой, на которой изображены: сосуд 1 с жидкостью 2, над которым установлены объектив 3, светоделительный элемент 4 (например, куб-призма), источник света 5, позиционно-чувствительный фотоприемник 6 (например, ПЗС-матрица) и видеокадр 7 с изображением источника света 8.

Светоделительный элемент 4 делит оптическую ось объектива 3 на две части, в одной из которых в фокальной плоскости объектива 3 установлен источник света 5, а в другой также в фокальной плоскости объектива 3 установлен позиционно-чувствительный фотоприемник 6.

Видеонаклономер работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда сосуд 1 установлен на горизонтальной плоскости, изображение источника света 5, отраженное от поверхности жидкости 2, фокусируется в центре позиционно-чувствительного фотоприемника 6. Последний формирует видеосигнал, содержащий изображение источника света 8 в центре видеокадра 7.

При наклонах сосуда 1 изображение источника света 5 перемещается на поверхности позиционно-чувствительного фотоприемника 6, в результате чего перемещается и изображение 8 в видеокадре 7 на строго определенную величину, зависящую от угла наклона сосуда к поверхности жидкости (к горизонтальной плоскости), что и служит основанием для выполнения измерений.

Измерения выполняются на основе видеоизмерений /4/ - компьютерной обработки изображения источника света 8 в видеокадре 7.

Цена углового дискрета (минимальный измеряемый угол) в направлениях соответствующих координатных осей, выраженная в угловых секундах, вычисляется по формулам:

где ρ"≈206265 угл.с/рад. - коэффициент перевода радиан в угловые секунды; X,Y - координаты центра изображения источника света 8 в видеокадре 7, выраженные в условных единицах - дискретах; f - фокусное расстояние объектива, выраженное в линейной мере; М_х,М_y - размеры активной чести фоточувствительной области позиционно-чувствительного фотоприемника 6 в направлениях его координатных осей, выраженные в линейной мере; D - диаметр источника света 5, выраженный в линейной мере; N_x,N_y - число дискретов, регистрируемых в компьютере в направлениях соответствующих координатных осей.

Диапазон измерений в направлениях соответствующих координатных осей, выраженный в угловых градусах, вычисляется по формулам:

Приняв (в качестве примера): f=16 мм, М_х=М_у=3 мм, D=1 мм и N_x=N_y=512 дискретов, в соответствии с (1) определим цену одного углового дискрета:

В соответствии с (2) определим диапазон измерений:

Эти параметры не перекрываются ни одним из рассмотренных наклономеров. Кроме того, предлагаемый видеонаклономер более компактен в сравнении с ними.

Источники информации

1. Литвинов Б.А., Лобачев В.М., Воронков Н.Н. Геодезическое инструментоведение. М.: Недра, 1971, с.33.

2. Елисеев С.В. Геодезические инструменты и прибора. - М.: Недра, 1973, с.109.

3. Высокоточные угловые измерения, под ред. Ю.Г.Якушенкова. - М.: Машиностроение, 1987, с.328.

Изобретение относится к области технической физики и может использоваться для измерения наклонов сооружений, а также в геодезических приборах. Видеонаклономер содержит сосуд с жидкостью. Над жидкостью установлен объектив, светоделительный элемент, источник света и позиционно-чувствительный фотоприемник, видеокадр с видеоизображением источника света. Светоделительный элемент установлен на оптической оси объектива и делит ее на две оси. Регистрируется угол наклона сосуда в направлениях соответствующих координатных осей. Технический результат - расширение диапазона и увеличение точности измерений, исключение влияния испарения жидкости на точность измерений. 1 ил.

Видеонаклономер, содержащий сосуд с жидкостью, над которой установлены оптически связанные друг с другом источник света, объектив и позиционно-чувствительный фотоприемник, отличающийся тем, что в видеонаклономер введен светоделительный элемент, установленный на оптической оси объектива и делящий ее на две оси, на одной из которых в фокальной плоскости объектива установлен источник света, а на другой - позиционно-чувствительный фотоприемник для формирования видеокадра с видеоизображением источника света, причем минимальный регистрируемый угол наклона сосуда в направлениях соответствующих координатных осей рассчитывается по формулам

где ^''206265^{угл.сек./рад. - коэффициент перевода радиан в угл.сек.;}

X,Y - координаты центра видеоизображения источника света в видеокадре, выраженные в условных единицах-дискретах;

f - фокусное расстояние объектива;

М_x, M_y - размеры активной части фоточувствительной области позиционно-чувствительного фотоприемника, выраженные в линейной мере;

D - диаметр источника света, выраженный в линейной мере;

N_x, N_y - число дискретов, выделяемых в компьютере в направлениях соответствующих координатных осей видеокадра.