Устройство для измерения угла наклона Советский патент 1987 года по МПК G01C9/06 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения углов наклона объектов.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений.

На фиг.1 изображена схема устройства с двумя прямолинейными световодами; на фиг.2 - схема устройства с четьфьмя световодами; на фиг.З - схем устройства со световодами, изогнутыми по полуокружности.

Устройство содержит источник 1 излучения (возможен вариант, когда каж- 15 няются длины участков одного и того дый световод возбуждается своим источником) , световоды 2-5, которые внутри кюветы 6 выполнены нерегулярными (участки 7-10) . Световоды 2-5 одним торцом подведены к источнику 1, 20 а другим - каждый к своему фотоприемнику 11-14, прлчем фотоприемники включены попарно встречно. Кювета 6 заполнена жидкостью на половину объема (уровень 15- жидкости).25

Встречное включение фотоприемников 11-14 (попарно) и применение двух (четьфех) световодов 2 и 3 (4,5) позволяют реализовать дифференциальную схему устройства, а тем самым из- зо бавиться от постоянной составляющей сигнала на выходе датчика и

снизить

уровень помех из-за нестабильности источника 1 излучения.

Под нерегулярным волоконным световодом с повышенным поверхностным

. рассеянием без покрытий подразумевается освобожденный от полимерных покрытий, например, кварц-полимерный световод (жила из кварца, световодная оболочка из полимера; освобождение от полимера осуществляется механическим срезанием- полимерных обол.очек либо их химическим травлением), диаметр которого вдоль продольной оси изменяется, например, по случайному закону, причем в спектре продольных не- регулярностей должна и обязательно присутствует составляющая, обеспечивающая связь распространяющихся мод световода с модами излучения. Как известно, в процессе вытяжки световоды

,всегда получаются продольно нерегулярными, а в воздухе они очень сильно рассеивают излучение, так как при большой разности показателей преломления сердцевины и оболочки, функцию которой вьшолняет воздух, нерегулярности выражены более явно, чем в слу35

40

45

50

же световода, находящиеся в воздухе и в жидкости. В результате опытной проверки устройства установлено, что в случае использования в качестве световода чувствительного элемента оголенного кварц-полимерного световода КП-200 он при длине оголенного участка 20 см, возбуждении светоди- одом АЛ-107, на нагрузке фотодиода ФД-26К, установленного у выходного торца светов.ода, обеспечивает , сигналы 4 мкЛ на воздухе и 20 мкА в воде, т.е. легко регистрируемое и измеряемое изменение фототока.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии уровень 15 жидкости установлен как показано на фиг.1-3, т.е. .соответствует горизонтальному положению контролируемого объекта. При этом световоды (фиг.1) имеют одинаковьге длины погруженных в жидкость участков 7 и 8 нерегуляр- ных световодов, а значит, одинаковы их светопропускания, и на выходе встречно включенных фотопрИемников 1 н 12 СИГНШ1 равен нулю. В устройстве (фиг.2) участки 7 и 10 световодов на ходятся полностью на воздухе, а учас ки 8 и 9 - полностью в жидкости,при этом, так как световоды работают попарно (участки 7, 8 и 9, 10), на выходе встречно включенных фотоприемников 11-14 сигнал разбаланса имее наибольшую величину. Сигнал разбаланса максимален и в исходном состоянии устройства по фиг.З.

При изменении угла наклона конт- gg ролируемогообъекта происходит отклонение уровня 15 относительно кюветы 6 (пунктир на фиг.1-3), при этом изменяются длины участков 7 и 6 световодов, погруженных в жидкость

чае меньшей разности, например, при погружении оголенного световода в жидкость и тем более при его покрытии полимерной оболочкой, т.е. свето- пропускание такого световода, погруженного в жидкость, больше, чем помещенного в воздухе.

Таким образом, нерегулярный световод с повышенным поверхностным рассеянием имеет более высокое затухание на воздухе, чем в жидкости, например в воде, а при изменении угла наклона контролируемого объекта изме5 няются длины участков одного и того 0 5

о

5

0

5

0

же световода, находящиеся в воздухе и в жидкости. В результате опытной проверки устройства установлено, что в случае использования в качестве световода чувствительного элемента оголенного кварц-полимерного световода КП-200 он при длине оголенного участка 20 см, возбуждении светоди- одом АЛ-107, на нагрузке фотодиода ФД-26К, установленного у выходного торца светов.ода, обеспечивает , сигналы 4 мкЛ на воздухе и 20 мкА в воде, т.е. легко регистрируемое и измеряемое изменение фототока.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии уровень 15 жидкости установлен как показано на фиг.1-3, т.е. .соответствует горизонтальному положению контролируемого объекта. При этом световоды (фиг.1) имеют одинаковьге длины погруженных в жидкость участков 7 и 8 нерегуляр- ных световодов, а значит, одинаковы их светопропускания, и на выходе встречно включенных фотопрИемников 11 н 12 СИГНШ1 равен нулю. В устройстве (фиг.2) участки 7 и 10 световодов находятся полностью на воздухе, а участ ки 8 и 9 - полностью в жидкости,при этом, так как световоды работают попарно (участки 7, 8 и 9, 10), на выходе встречно включенных фотоприемников 11-14 сигнал разбаланса имеет наибольшую величину. Сигнал разбаланса максимален и в исходном состоянии устройства по фиг.З.

При изменении угла наклона конт- ролируемогообъекта происходит отклонение уровня 15 относительно кюветы 6 (пунктир на фиг.1-3), при этом изменяются длины участков 7 и 6 световодов, погруженных в жидкость

(участок 7 погружается, а участок 8 выходит из жидкости). Это приводит к тому, что светопропускание участка 8 световода уменьшается, а участка 7 увеличивается. В результате появляется разбаланс в устройстве (фиг.1) или уменьшается разбаланс в устройствах (фиг.2 и 3). Величины изменения сигналов фотоприемников во всех случаях несут информацию об угле наклона контролируемого объекта. Участки 9 и 10 световодов устройства (фиг.2) начинают работать с углов, при которых участок 10 световода начинает погружаться в жидкость, а участок 9 - в воздух.

Устройство (фиг.1) может работать в диапазоне положительных и отрицательных углов наклона, ограниченных углами, при котор 1х один из световодов (участки 7 и 8) полностью погрузится в жидкость, а другой - в воздух. Далее наступает чувствительность устройства к изменению углов наклона.

Устройство (фиг.2) может работать в неограниченном диапазоне углов, так как при полном погружении в жидкость участка 7 световода и в воздух участка 8 участки 9 и 10 световодов продолжают реагировать на изменение угла наклона,.и сигнал о нем снимается с выхода фотоприемников 13 и 14.

Устройство (фиг.3) также работает в диапазоне сколь угодно больших углов наклона, так как при любом изменении угла наклона происходит изме13

1328671

0

пение длин участков световодов, помещенных в жидкость и в воздух. Формула изобретения

1. Устройство для измерения угла наклона, содержащее кювету, частично заполненную жидкостью, и последовательно расположенные источник света, световоды и приемный блок, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измерений, световоды вьтолнены в.виде системы нерегулярных оголенных волокон равной длины, расположенной в плоскости измерения и полупогруженнрй в жидкость, а приемный блок выполнен в виде фотоприемников, оптически связанных с выходными торцами соответствующих волокон.

2.Устройство по П.1, отличающееся тем, что система волокон выполнена в виде двух волокон, расположенных под равными углами к поверхности жидкости.

3.Устройство по п.. 1, о т л и - чающееся тем, что система волокон выполнена в виде четырех попарно перекрещивающихся волокон, причем при отсутствии наклона одна пара перекрещивающихся волокон полностью покрьп а жидкостью.

4.Устройство по п. 1, о т л и - чающеес я тем, что система волокон выполнена в виде двух изогну5 тых по полуокружности волокон, одно

из которых при отсутствии наклона . полностью покрыто жидкостью.

0

5

0

ts

S/

V

S/

X4NNNNV4 NN:4S V4V XV

Фиг.1

фиг. 2

Редактор О.Юрковецкая

Составитель В.Сараханов

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Шароши

Заказ 3475/44Тираж 676Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобре:тение дтносится к измерительной технике и позволяет расширить диапазон измерений угла наклона. Световоды устройства выполнены в виде системы нерегулярных оголенных волокон 2, 3 равной длины, которые могут быть, например, частично изогнуты по полуокружностям, одна из которых полностью погружена в жидкость. При изменении угла наклона контроли- . руемого объекта и соответственно отклонении уровня 15 жидкости в кювете 6 происходит изменение длин участков световодов 7 и 8, размещенных в жидкости и воздухе. Величины изменения сигналов фотоприемников 11 и 12 дают информацию об угле наклона. 3 з.п. .ф-лы, 3 ил. S (Л У///// фиг.З /у////////////////////.