Устройство для измерения углов наклона плоскости Советский патент 1986 года по МПК G01C9/06 

1

rj

L :----LJ

J

.f

I

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к устройствам для высокоточного определения углов наклона плоскостей.

Цель изобретения - повьшение точности измерений путем уменьшения влияния ошибок нанесения штрихов решеткн.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства; на фиг. 2 - конструкция растрового элемента.

Устройство состоит из маятника 1, источника 2 света, формирователя 3 пучка, растрового элемента 4, измерительной плоскости 5, фотоэлектрического анализатора 6, функционального аналого-цифрового преобразователя 7 и источника 8 напряжения. Растровый элемент 4, механически связанный с измерительной плоскостью 5, выполнен в виде кюветы с жидким кристаллом, состоящей из плоских параллельньпс стекол 9 и 10, прозрачных электродов 11 и 12, прокладок 13 и 14, и жидкого кристалла 15.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что существует являение брегговской дифракции для рентгеновского излучения. Аналогичное явление погасания нечетных порядков дифракционной картины в зависимости от угла падения луча на фазовую решетку наблюдают и в оптическом диапазоне частот. Величина изменения интенсивности света в нечетных поряд ках для одного и того же угла падения тем больше, чем меньше шаг фазовой решетки. При этом наблюдается явление равной интенсивности света для +1 и -1 порядков дифракции в случае, когда луч перпендикулярен ре шетке. Знак измеренного угла определяют по тому, в каком из порядков уменьшилась интенсивность. Наиболее предпочтительно использовать решетку с шагом 2-50 мкм и длиной штрихов 20-50 мкм.

Такую структуру фазового .рельефа можно получить на жидкокристаллической пленке под действием приложен него напряжения в планарно ориентированной Ячейке, выполненной из стеклянных пластин с прозрачным токопроводящим покрытием. Формирование орто гонального растра на ней осуществляется предварительной электризацией

63999 .

стеклянных пластин в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Зазор между стеклами задает точность определения угла и его значение ле5 жит в пределах от нескольких единиц до нескольких десятков микрон. Величина зазора определяется толщиной прокладок 13 и 14. Вещество жидкого кристалла 15 обеспечивает формирова10 ние доменов Бильямса. Например,

кристалл может состоять из Р -азок- . сианизола и Р -азоксифентола. Поляризованный луч света, падающий на кювету с жидки кристаллом, дифраги5 рует, образовывая четные и нечетные дифракционные порядки. Угловое перемещение кюветы относительно падающего луча вызывает интерференционный эффект гашения в нечетных порядках 20 дифракционной картины. При этом погасание соответствующего порядка однозначно свидетельствует о единственном варианте углового положения кюветы. Это явление происходит за счет

фазовой анизотропии решетки для случая Рамон-Натовской дифракции.

Источником 2 света и формирователем 3 пучка, закрепленными в нижней части маятника 1, формируется дифрак30 ционная картина в плоскости фотоэлектрического анализатора 6, механически связанного с маятником 1.

При любых угловых положениях измерительной плоскости 5, а следова35 тельно и растрового элемента 4, за счет механической связи фотоэлектрического анализатора 6 и маятника 1 дифракционные порядки +1 и -1 вдоль оси X и соответствующие порядки +1

40 и 1 вдоль оси Y совпадают с фотодетекторами, установленными в плечах двух мостовых схем фотоэлектрического анализатора. Этого добиваются расположением четырех фотодетекторов в

45 плоскости анализатора центральносимметрично относительно оптической оси, причем остояние Z от оси для каждого из ншс определяется известным соотношением

LTi

Z

;

где L - расстояние от дифракционJ5 ной решетки до плоскости анализатора;

- длина волны света;

d - шаг дифракционной решетки. Разбаланс измерительных мостов при появлении углов наклона позволя ет регистрировать значения этих углов . В качестве измерительного элемен та может быть применен включенный в диагональ моста гальванометр 7 со шкалой, отградуированной в угловых единицах, или функциональный аналого-цифровой преобразователь, которы преобразовывает разности потенциало в диагонали моста в цифровые величи ны в заданном коде. Устройство позволяет измерять углы наклона в диапазоне до 60 С с точностью 0,3. Формула изобретен и 1. Устройство для измерения угло наклона плоскости, содержащее маятник, подвешенный на гибком элементе источник света и формирователь свет вого пучка, расположенные последовательно на оптической оси и закреп ленные на маятнике, измерительную плоскость и растровый элемент, совмещенный с ней, фотоэлектрический анализатор с расположенными в его плоскости фотодетекторами и источник напряжения, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений за .счет уменьшения влияния ошибок нанесения штрихов растрового элемента, растровый элемент выполнен в виде фазовой дифракционной решетки на жидкокристаллической пленке, заключенной между плоскими параллельными пластинами стекла с нанесенными на их внутренние поверхности прозрачными электродами с ортогонально ориентированными покрытиями, электроды подключены к источнику напряжения, а в плоскости анализатора расположены центрально-симметрично относительно оптической оси четыре фотодетектора , причем расстояние Z от каждого из них до оптической оси определено выL-xгде L - расражением Z id -л стояние от дифракционной решетки до плоскости фотоэлектрического анализатора; Л - длина волны света; d - шаг дифракционной решетки. 2. Устройство по п. I, о т л ичающееся тем, что фазовая дифракционная решетка выполнена на стекле в виде полосок штрихов с взаимно перпендикулярным направлением штрихов в соседних полосках, а штрихи выполнены длиной 20-50 мкм и расположены на расстоянии 2-50 мкм друг от друга.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позво,j- ляет повысить точность измерений путем уменьшения влияния ошибок нанесения штрихов решетки. Источником света 2 и формирователем пучка 3, закрепленньми на маятнике 1, формируется дифракционная картина в плоскости фотоэлектрического анализатора 6. При любых угловых положениях измерительной плоскости 5 и растрового элемента 4 дифракционные порядки вдоль оси X и соответствующие порядки вдоль оси Y совпадают с фотодетекторами, установленными в плечах мостовых схем фотоэлектрического анализатора 6. Разбаланс измерительных мостов при появлении угла наклонов (Л позволяет регистрировать значения этих углов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. Л