Устройство для измерения угла наклона объекта Советский патент 1986 года по МПК G01C9/20 

Изобретение относится к геодезическим устройствам для измерения угла наклона различного технологического оборудования и может быть использовано в машиностроении.

Целью изобретения является повышение точности измерения путем исключения влияния вибрации и увеличение диапазона измерений.

Устройство для измерения угла наклона объекта представлено на чертеже .

Устройство содержит кювету 1, частично заполненную прозрачной жидкостью 2. В дно кюветы вмонтированы два источника света 3, направленные навстречу друг другу и наклоненные к поверхности жидкости под углом, близким к углу полного внутреннего отражения жидкости. В одной плоскости с источниками расположены фотоприемники 4 с защитными стеклами 5. Так как фотоприемники предназначены для регистрации положения световых потоков, поступающих от источников, то они (фотоприемники) должны быть закреплены по разные стороны от источников на одинаковом от них расстоянии. Фотоприемники подключены к дифференциальной схеме 6.

Для возможности одновременного измерения наклонов об15екта в двух взаимно перпендикулярных плоскостях в дно кюветы можно вмонтировать вторз™ пару источников с фотоприемниками, по конструкции аналогичную первой, расположенную в перпендикулярной ей плоскости.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне устройства изменяется угол падения лучей света от источников света 3 на поверхность жидкости 2, причем для одного источника этот угол увеличивается, что влечет за собой возрастание коэффициента отражения от поверхности жидкости 2 и возрастание светового потока на соответствующем фотоприемнике 4, а для другого источника угол уменьшается, что влечет за собой уменьшение коэффициента отражения от поверхности жидкости 2 и уменьшение светового потока на соответствующем фотоприемнике 4. Дифференциальная схема 6 регистрирует разность напряжений с фотоприемников 4, пропорциональную раз ности световых потоков, величина ко4125 2

торой пропорциональна величине наклона, а знак соответствует направлению наклона. При горизонтальном положении устройства световые потоки равны и

5 разность напряжений равна нулю.

По сравнению с известным устройством предложенная конструкция позволяет повысить точность вследствие, вопервых, эффекта оптического усиления

10 на границе полного внутреннего отражения, что увеличивает крутизну преобразования, и, во-вторых, уменьшения влияния вибраций вследствие интегрирования влияния искажений формы

5 поверхности жидкости 2 на коэффици- ент отражения светового потока от источников 3.

Точность работы устройства зависит от изменения светового потока,

20 падающего на чувствительную поверхность фотоприемника, при наклоне объекта. Чувствительность фотоприемника (фотодиода) к изменениям падающего на него светового потока составляет

25 1% от мощности светового потока.

1%-ное изменение светового потока вблизи угла полного внутреннего отражения жидкости, где существует эффект оптического усиления, соответствует

30 наклону устройства на 4 угловые секунды, причем эта величина не зависит от расстояния между поверхностью жидкости и фотоприемником.

Чувствительность к перемещениям

35 светового пятна квадрантного фотодиода, используемого в качестве фотоприемника, составляет 1-10 мк, что соответствует при расстоянии от поверхности жидкости до фотоприемника,

40 равном 100 мм (приемлемые габариты устройства), угловой чувствительности 3-30 угл.с.

Таким образом, при расстояниях от поверхности жидкости до фотопри45 емника, меньших 100 мм, чувствительность предлагаемого устройства заведомо вьшхе. 1.

Вторым фактором, влияющим на точность прибора, является воздействие механической вибрации на поверхности жидкости, помещенной в кювету, дри которой образуется стоячая вол на. В таких условиях известное устройство вьщает ошибочные данные о наклоне объекта или вообще неработо-, способно из-за размазывания светового пятна вследствие преломления

31

луча света на возмущенной поверхности жидкости.

В предлагаемом устройстве возмущающее действие на отраженный поток искривленной стоячей волной поверхности жидкости интегрируется как по площади сечения светового потока, так и во времени. Локальные наклоны поверхности жидкости на одинаковые углы и в разные стороны (картина стоячей волны .на поверхности жидкости) ведут к равным, но с разными

1941254

знаками изменениям равных частей отраженного от повертшости жидкости светового потока и взаимно компенсируются .

5 При расстоянии от поверхности жидкости до фотоприемника, равном 50 мм, и диапазоне чувствительность равна 4 угл.с, тогда как в устройстве с таким диапазоном и 10 таким расстоянием от жидкости до фотоприемника чувствительность составляет 1 угл.мин.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА 0 ЬЕКТА, содержащее кювету частично заполненную проз рачной жидкостью, источник света, оптически связанный с двумя фотоприемниками, выходы которых связа Z 1/а со входами дифференциальной схемы, отличающееся тем, что, с целью повьщ1ения точности измерений путем уменьшения влияния вибраций и увеличения диапазона измерений , устройство снабжено дополнительным источником света, фотоприемники и источники света установлены в дне кюветы и наклонены к поверхности жидкости под углом, близким к углу полного ее внутреннего отражения , при этом фотоприемники расположены по разные стороны от оси симметрии кюветы, в одной вертикальной плоскости с источниками света, на равном расстоянии от них.