УГЛОВОЙ РЕФРАКТОМЕТР Российский патент 2006 года по МПК G01N21/41 G01W1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных угловых измерениях в атмосфере.

Известно устройство для измерения атмосферной рефракции, реализующее дисперсионный принцип измерения, А. с. СССР №1763953, кл. G 01 N 21/41, 1989 г. Формирование сигналов адаптации и информации выполняется последовательно расположенными механическим модулятором с поочередным пропусканием полного светового изображения и части изображения, полупрозрачным зеркалом, двумя светофильтрами с пропусканием в коротковолновом и длинноволновом диапазонах и двумя фотоприемниками в разделенных светопотоках, дифференциальным усилителем электрических сигналов, двумя электрическими измерительными схемами. Основными недостатками указанного устройства являются: информация снимается с дифракционных, разноволновых световых изображений разного размера, информация о дисперсионной разности снимается только с части изображений разного размера, адаптация измерительного канала выполняется только с одного из фотоприемников, отсутствует автоматизация процесса измерений. Эти недостатки ведут к ограничению точности измерений.

Известно устройство для измерения атмосферной рефракции того же принципа, А. с. СССР №1681205, кл. G 01 N 21/41, 1989 г. (прототип). Устройство содержит два источника излучения световых импульсов, сдвинутых на полпериода, с различными длинами волн и расположенные по ходу излучения двухканальную коллимирующую оптическую систему, отражатель, компенсирующую призму с переменным преломляющим углом, приемную оптическую систему с видоискателем, полупрозрачное зеркало, диафрагму, перекрывающую часть изображения, два фотоприемника и две электрические измерительные схемы в разделенных световых потоках каналов адаптации и информации, исполнительную электрическую схему в канале адаптации и регистратор в канале информации.

Основными недостатками этого устройства являются: информация снимается с дифракционных разноволновых световых изображений разного размера, в каналах адаптации и информации используются разные фотоприемники, информация снимается только с части изображений, отсутствует автоматизация процесса измерений. Перечисленные недостатки ведут к ограничению точности измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерения угла рефракции посредством введения в схему устройства элементов, устраняющих недостатки известного устройства: разномерность дифракционных изображений, использование разных фотоприемников в каналах адаптации и информации, снятие информации только с части изображения, отсутствие автоматизации.

Цель изобретения достигается тем, что в устройство для измерения угловой рефракции, содержащее последовательно расположенные два источника излучения световых импульсов различных длин волн со схемами электрического питания, передающую оптическую систему, отражатель, компенсирующую призму с переменным преломляющим углом, приемную оптическую систему с видоискателем, полупрозрачное зеркало, два светофильтра и два фотоприемника, дифференциальный усилитель, две электрические измерительные схемы формирования сигналов адаптации и информации, и регистратор в канале информации, включены кольцевой светофильтр с пропусканием длинноволнового излучения, который установлен перед объективом приемной оптики, сдвоенный электрооптический модулятор, установленный на оптической оси приемной оптической системы перед полупрозрачным зеркалом, электрическая схема импульсного питания частей модулятора со сдвигом импульсов на полпериода и импульсов, управляющих схемами питания источников излучения, с частотой выше частоты модуляции, первый и второй выходы которой соединены со входами электрооптического модулятора, третий выход соединен с входами схем питания излучателей, в канал информации дополнительно включены электрическая схема питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы с фиксацией угла вращения и угла рефракции, первый вход которой соединен с выходом электрической измерительной схемы канала информации, серводвигатель автоматического управления подвижным элементом компенсирующей призмы, вход которого соединен с выходом электрической схемы питания серводвигателя, в канал адаптации дополнительно введена разделительная схема, общий вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя, два других входа соединены с первым и вторым выходами электрической схемы импульсного питания сдвоенного электрооптического модулятора, а выходы соединены со входами электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации, первый выход которой соединен со вторым входом схемы питания одного из источников излучения, а второй выход соединен со вторым входом электрической схемы питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы, кроме этого, введен третий электрический канал автоматического визирования с последовательно соединенными электрической измерительной схемой формирования сигнала, управляющего питанием серводвигателя автоматического визирования, вход которой соединен с выходом одного из фотоприемников, серводвигатель автоматического визирования, второй вход питания которого соединен со вторым выходом электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации.

Введенные новые элементы и связи устраняют ограничения по точности измерения. В кольцевом светофильтре с пропусканием длинноволнового излучения внешний диаметр делают равным диаметру объектива, а внутренний подбирают таким, чтобы дифракционные изображения коротковолнового и длинноволнового излучений были одного размера. При таком приеме дисперсионные разности не искажаются и при уходе разделительной плоскости электрооптического модулятора от центра изображений.

Сдвоенный электрооптический модулятор с управляющими импульсами, сдвинутыми на полпериода, позволяет снимать информацию с обеих частей изображений, что ведет к повышению точности. Импульсное питание светоизлучателей с большей частотой, чем питание модулятора, позволяет выполнить эффективную фильтрацию помех на высокой частоте. После дифференциального усилителя, на каждый вход которого поданы сдвинутые на полпериода две пары пучков высокочастотных импульсов фототоков от двух частей изображений, получают дисперсионные разности в виде переменного тока, что позволяет выполнить оптимальную фильтрацию помех. Чередование положительных и отрицательных импульсов получается от того, что в частях изображений при наличии угловой дисперсии разности площадей разноволновых изображений имеют разный знак.

Серводвигатель автоматического управления подвижным элементом компенсирующей призмы, электрическая схема его питания с фиксацией угла вращения и угла рефракции автоматизируют процесс компенсации дисперсионной разности.

Разделительная схема в канале адаптации, работа которой управляется импульсами питания электрооптических модуляторов, разделяет положительные и отрицательные пучки импульсов после дифференциального усилителя. Разделенные пучки импульсов раздельно фильтруются от помех на высокой частоте излучения, усиливаются, суммируются электрической измерительной схемой канала адаптации. На выходе этой схемы получают разностный сигнал фототоков полных световых изображений разных длин волн излучений, этот сигнал воздействует на питание одного из излучателей. Этим действием вся схема измерений адаптируется к внутренним, приборным и внешним, атмосферным, изменениям.

Третий канал автоматического визирования позволяет автоматически держать изображения на разделительной линии сдвоенного электрооптического модулятора.

На втором выходе электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации появляется управляющий сигнал только при нулевом сигнале сравнения фототоков двух изображений. Этот сигнал включает серводвигатели компенсации дисперсионной разности и визирования и синхронизирует их работу.

Автоматизация процессов адаптации, компенсации и визирования кроме ускорения и упрощения процесса измерений позволяет оптимально организовать измерения, работу всех блоков устройства, что ведет к повышению точности измерения угла рефракции.

На чертеже показаны: 1 и 2 - излучатели света в длинноволновом и коротковолновом диапазонах, 3 - коллимирующая передающая оптика, 4 - отражатель, 5 - компенсирующая призма (угловой компенсатор), 6 - кольцевой светофильтр в длинноволновом диапазоне, 7 - приемная оптика с видоискателем, 8 - сдвоенный электрооптический модулятор, 9 - полупрозрачное зеркало, 10 - светофильтры в коротковолновом и длинноволновом диапазонах, 11 - фотоприемники, 12 - дифференциальный усилитель, 13 - электрическая измерительная схема формирования информационного сигнала, 14 - электрическая схема питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы с фиксацией угла вращения и угла рефракции, 15 - серводвигатель подвижного элемента компенсирующей призмы, 16 - разделительная схема, 17 - электрическая измерительная схема формирования сигнала адаптации, 18 - электрическая схема формирования сигнала, управляющего питанием серводвигателя автоматического визирования, 19 - серводвигатель автоматического визирования, 20 - регистратор угла рефракции, 21 - электрическая схема импульсного питания частей сдвоенного электрооптического модулятора и импульсов, управляющих питаниями источников излучения.

Измерения рефракции угловым рефрактометром выполняют в следующем порядке. Рефрактометр приводят в рабочее положение, с помощью видоискателя визируют на сформированное передающей оптикой 3 и отраженное отражателем 4 излучение источников 1, 2. На разделительную линию сдвоенного электрооптического модулятора 8 поступают изображения равного размера после кольцевого светофильтра 6 и приемной оптики 7. Фотокатоды фотоприемников 11 после полупрозрачного зеркала 9 и светофильтров 10 облучаются пучками световых импульсов, сдвинутых на полпериода. Электрическая схема импульсного питания сдвоенного электрооптического модулятора 21 формирует сдвиг на полпериода, она же формирует импульсы высокой частоты для управления питанием излучателей. Дифференциальный усилитель 12 усиливает разности фотоэлектрических сигналов и формирует их в пучки положительных и отрицательных импульсов, меняющиеся с частотой работы модулятора.

Пучки положительных и отрицательных импульсов поступают на общий вход разделительной схемы 16, работа которой управляется теми же импульсами, что и электрооптический модулятор. Эта схема формирует два канала положительных и отрицательных сигналов. Эти сигналы фильтруются от помех, усиливаются и суммируются схемой 17. На первом выходе этой схемы получают разностный электрический сигнал от полных разноволновых световых изображений. Этот сигнал воздействует на питание одного из излучателей и адаптирует общую схему к внутренним и внешним воздействиям. На втором выходе схемы 17 электрический сигнал появляется только при уравненных сигналах обоих фотоприемников.

Сигнал после фотоприемника 11 поступает в электрическую схему 18, где фильтруется, усиливается, формируется разность сигналов от обеих частей изображения. Эта разность управляет работой серводвигателя автоматического визирования 19. Двигатель 19 включается сигналом со второго выхода схемы 17.

После усилителя 12 электрическая измерительная схема 13 фильтрует, усиливает переменный сигнал. Полученный сигнал управляет работой схемы 14 питания серводвигателя 15. Серводвигатель 15 включается сигналом, поступившим со второго входа схемы 17. Схема 14 отслеживает угол вращения серводвигателя 15 и фиксирует угол рефракции. Обороты серводвигателя перечислены в угол рефракции.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при точных измерениях углов в атмосфере. Устройство состоит из двух источников света с импульсным излучением на разных длинах волн отражателя, углового компенсатора, приемной оптической системы, сдвоенного электрооптического модулятора, с частотой модуляции меньше частоты модуляции света, светоделителя на два световых потока, двух светофильтров, двух фотоприемников в образованных светопотоках, трех электрических каналов. Канал информации включает дифференциальный усилитель, электрическую измерительную схему формирования информационного сигнала, серводвигатель автоматического управления подвижным элементом углового компенсатора, регистратор угла рефракции. Канал адаптации к приборным и атмосферным помехам содержит разделительную электрическую схему, вход которой подключен к выходу дифференциального усилителя, электрическую схему формирования сигналов адаптации и включения серводвигателя. Третий электрический канал автоматического визирования содержит электрическую схему сравнения фототоков от разделенных частей изображения и формирования сигнала управления, вход которой подключен к выходу одного из фотоприемников, и серводвигатель. Техническим результатом является повышение точности измерений за счет введения элементов эффективного ослабления приборных и атмосферных помех. 1 ил.

Угловой рефрактометр, содержащий два источника излучения световых импульсов различных длин волн со схемами электрического питания и последовательно расположенные передающую оптическую систему, отражатель, компенсирующую призму с переменным преломляющим углом, приемную оптическую систему с видеоискателем, полупрозрачное зеркало, два светофильтра и два фотоприемника в разделенных светопотоках, дифференциальный усилитель, две электрические измерительные схемы формирования сигналов адаптации и информации, схему регистрации информации, отличающийся тем, что дополнительно включены установленный перед объективом приемной оптики кольцевой светофильтр с пропусканием длинноволнового излучения, внешний диаметр которого равен диаметру объектива приемной оптической системы, а внутренний выбирают таким, чтобы дифракционные изображения коротковолнового и длинноволнового излучений были одного размера, сдвоенный электрооптический модулятор, установленный на оси приемной оптической системы перед полупрозрачным зеркалом, электрическая схема импульсного питания частей модулятора со сдвигом на полпериода и формирования импульсов с частотой большей частоты модуляции, управляющих схемами питания источников излучения, первый и второй выходы которой соединены с входами электрооптического модулятора, третий выход соединен с входами схем питания излучателей, дополнительно включены последовательно соединенные электрическая схема питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы с фиксацией угла вращения и угла рефракции, первый вход которой соединен с выходом электрической измерительной схемы формирования сигнала информации, и серводвигатель автоматического управления подвижным элементом компенсирующей призмы, дополнительно введена электрическая разделительная схема, общий вход которой соединен с выходом дифференциального усилителя, два других входа соединены с первым и вторым выходами электрической схемы импульсного питания сдвоенного электрооптического модулятора, а выходы соединены со входами электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации, первый выход которой соединен со вторым входом схемы питания одного из источников излучения, а второй выход соединен со вторым входом электрической схемы питания серводвигателя подвижного элемента компенсирующей призмы, кроме этого, введен электрический канал автоматического визирования с последовательно соединенными электрической измерительной схемой формирования сигнала, управляющего питанием серводвигателя автоматического визирования, вход которой соединен с выходом одного из фотоприемников, и серводвигателем автоматического визирования, второй вход схемы питания которого соединен со вторым выходом электрической измерительной схемы формирования сигнала адаптации.