Устройство для измерения углов наклона объекта Советский патент 1983 года по МПК G01C9/06 G01C9/20 

Изобретение относится к геодезическому приборостроениюJ в частности к аысокоточньв-л устройствам для измерекия углов наклона объекта;

.Известны разнообразные фотоэлектрические устройства ,аля определения углов наклона объекта, основаь;мые, на при;-;енб; ки рззличккх типов чувствительных элементов-, зацаюидия: положение вертикали или ropK oHTajiK и средств слежения за положокие -такого элемента „ Выбор того или типа чувствктм/ ьяого элемента, а значит и устройства опрелаляетс ус.гювиямн йЕ;мерений; раз/шчными требованиями к точности измерений iVx

1аибояеа точкьсуж являются устройства, S которой в качестве ЧУЕСТЕИ-телького элемечога исггользуется зеркало;, з креплеиное на .1аятнике или размегдеккое на поплавке, плаваюигем в жи,цкостио Примеj oM такого устройства слулсит изнестное устройство, сод;,ернащеё закрепленное на маятни-ке Б кардановом подвеое вогнутое эеркало:,. ;-5аправл.сйощее па,цаю1ций на него коллимированкый световой пучок на хоордикатко-чувотвительный фото п р к е-, м н и к Г 2 с

Однако чувствителычость подобного устройства оказывается кедостгточной.; Увеличение чувотвительности возможно при построении схемы с оптическим умножениеМс

Иззеотко устройство для измере™ няя углов каклокг объекта, содержащеа осветитель на основе коллимированнсто источника света,. Твв, источника саетс; с колл.;л«;атором„ Форм:л рующим параллельный пучок света направляё & й на систему из двух ПЛОСКК.К зеркал,. о.6ра ценных одно к другому отражающими поверхностями Одно КЗ зерка.л гравитационно ста-билизиро.вано с пом. маятника или на поверхность жидкости, а другое именяет с.вое положение при наклонах объекта .вместе с осветителем и фотодетектором выполненным,, HanpHtiep в форме матрицы из фотоэлементов, Свет попадает на фотодетектор после многократных отражений от зеркал, образующигс оптический умножитель 13

Высокая чувстЗительность такого устройства KS может быть полностью испо.пьсюзаняр поскольку ка точкссть измерений оказывают влияние ззаимнье смещеккя осветителя и зеркала, напр}-1мер S результате терью.цеформаций, а также разъюсткровки с.амого осветителя: источника света и коллиматора

Цель кэобретени.ч - повьшгенке точности измерений.

Поставленная цель достигается течто в устройстве для 1-:змерени.я угло наклона объекта, содержащем осветитель, два обращенных одно к друго-i/y о.i.ра.1;й,эшими поверхностяг/и зеркала, одно из которых гравитационно стаОи.пизкровано. з другое вместе ;.; осветителем и фотолетектОроМ; зоспринимающим светоЕой поток после мног зкратных отражений от зеркал,, жестко соедикзно. с обьекто : осве::и е.г;ь й;з1по.пнак как тотечкь й :ИСтрчник рг: сходящего с я пучка лучей, а оерк.5..по,. жестко соединенное с объскто р выполнено BornyisjM,. пОУ этом света и центр фотодетектора ргзхещеьы з оптически сопряженных точках, ссответстзующих изобраксекию фокуса вогнутого зеркала ь плоском лравчтздионно стабиллзлровакн-: м зерка.ле,

t. .,.,,,„,,,.,,j,;r .;аэак ваоис.кт постр.эиия устройства.

Устройство подерпит сссюпо расп пожеякы.;; ссветитель;:;уч; к приемопередающую части; зак.гю-1екные в одног корпусе 1. Осветительная часть включает с) сеоя гослэ;юй.ательно расположенные гсточник 2 света;, конденсатор 3 я полегую диафрагму 4„ Такое Быпо.пненйв освэтительной части имитирует точечный ИСТОЧНИК, обеспечивающий расходящийся пучок лучей,.

Пркемно переда}о:дая часть устройства содержит вогнутое зеркатю 5 с отверстием в дентре- предназначенным для пропускания пучча . излучаемого осяетитальной частьго.. Вогнутая /ю верхи ость зескал,- обрацека к отражающей поверхности б, стабильно заниьаюшей горизонтапьное голож&ние такоя поверхностью -.«о.кет с/тужить и.гг sepKajibHa гюаерхностъ жидкocJи или зеркало, закреп.лакнсе з карданном подвесе, Б исходно положении отражающая по.верхность перпендикулярна оси устройствас

Меясду полевой диафрагмой 4 осветнтетьной части и отверстием ногнутого зеркала 5 приемо-лередсиошей части Б хо.це лучея закреплено плоское полупрозрачное зеокало 7 под углок 45 .R ог8Т-;ческоЯ оси устрсйCTBS; которое изменяет )raпpaEлe иe луче, отраженных плоским зеркс лом 6 Hci 90., I

Прсзтив по-пупрозг ач кого зеркгла 7 3 точке} созпа.пакмией с изображением йорсуса вогнутого зеркгзпа, установлен кооолк катко чуб стййтелькый фотоприемник 8 ось которого перпекдикулярнг оси устрсйства.. При этом фотоприемиик 8 л полевая диафрагма 4 .ло;пвкы на равных расстояниях от О пер ;сечекия оптической оси у ::тройстьа с полупрозрачным эеркялом Взаимное положение н.3занкых эпечектов ;.:ой:ет быть опредзлено Форму.пой

где L - расстояние от плоского зеркала 6 до главной плоскости Н, проходящей через верщину зеркала 5; f фокусное расстояние зеркала 5 ;

Р - расстояние от главной плоскости до центра полевой диафрагмы 4,

Выход координатно-чувствительяого фотоприемника .8 соединен с блоком 9 регистрации, а источник 2 света и блок 9 регистрации соединены с блоком 10 питания.

При наклоне устройства вместе d вогнутым зеркалом положение нормали гравитайнонно-чуветвительного плоского зеркала б остается неизменно горизонтальным, . происходит разворот устройства относительно горизонтального плоского ,зеркала., При этом происходит смещение Изображения диафрагмы по поверхности позиционно-чувствительного фотоприемника, фотоприемник вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный величине смещения пятна по поверхности фотоприемника Этот сигнал фиксируют с помощью блока регистрации.

Устройство может быть выполнено и по несколько иной оптической схеме. Так, при смещении источника с оси устройства на величину д его изображение смещается в противополо нуга сторону ка величину Д . В точку изобрах екия источника может быть перенесен фотоприемник. Это позволит исключить из схемы полупрюзрачмое зеркало, однако несколько уменьшит диапазон работы устройства.

Для реализации устройства можно использовать также вогнутое зеркало без отверстия в центре, тогда источник света должен быть расположен сбоку вогнутого зеркала. Его ось должна быт1 наклонена к оси устройства на такой угол, при котором изображение источника в исход0ном положении устройства строится по другую сторону от вогнутого зеркала, и в эту точку должен быть помещен фотоприемник.

В любом варианте предлагаемая

5 оптическая схема обеспечивает повышение точности измерений, поскольку фактически .реализуется автокодлимационная схема при сохранении ВЫСОКОЙ чувствительности за счет использования оптического умножи0теля ,:

Важное достоинство состоит и в том, что вогнутое зеркало умножителя выполняет одновременно и функции коллиматора. Это означает сутцествен ное уменьшение влияния ошибок разъ юстировки. Возможная точность измерения угла наклона может составить i,5 при использовании вогнутого

0 зеркала с фокусным расстоянием 1 100 мм и точности регистрации смещений светового пяТна фотоприемником порядка 10 мкм. Сохраняется и такое важное преимущество прото5типа, как измерение угла по двум взаимно перпендикулярньда координатным направлениям.

УСТЮЙСТБО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА ОБЪЕКТА, содержащее осветитель, два обраиценных одно к другому отражающими поверхностями л 79 7 ДС У /уууУу-{ //////////7/т//// зеркала, одно из которых гравитационно стабилизировано, а другое вместе с осветителем и фотодетектором, воспринимающим световой поток после многократных отражений от обоих зеркал, жестко соединено с объектом, отличающееся тем, что, с целью повышения точ ности измерений, осветитель выполнен как источник расходящегося пучка лучей, а зеркало, жестко соединенное с объектом, выполнено вогнутым, при этом источник света и центр фотодетектора размещены в оптически сопряженных точках, соответствующих изображению фокуса вогнутого зеркала в плоском гравитационно стабилизированном зеркале.