Фотоэлектрический уровень Советский патент 1987 года по МПК G01C9/06 

1

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уст- .ройствам для измерения углов наклона объектов, и предназначено для использования в судостроении, машиностроении, геодезии.

Целью изобретения является повышение точности измерения углов наклона.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - сечение Л-А на фиг.1; на фиг.3 - узел 1 на фиг.1; на фиг.4 - блок-схема фотоэлектрического уровня; на фиг.5 - электрическая принципиальная схема устройства.

Фотоэлектрический уровень содержи ампулу 1, заполненную непрозрачной жидкостью со светоотражающей поверхностью и пузырек 2 воздуха.

Симметрично относительно середины ампулы установлены входные коллекторы 3 и 4 светодиодов, охватывающие всю часть ампулы 1 над пузырьком 2 за исключением среднего участка для ввода светового потока, и представляют собой стеклянные пластины, посеребренные с б оков.

f Световоды 5 и 6 соединены с опти- ческими модуляторами 7 и 8, с помощь которых регулируют .пропускание светового потока по световодам.

Модулятор 7 выполнен в виде плоского световода 29 из оптического стекла. Слой электрооптического материала 10, например жидкого кристалла расположен между прозрачным электродом , нанесенным на светрдиод 9, и электродом 12 подложки 13.

Модулятор 8 выполнен аналогично. Подавая напряжение на электроды 11 и 12, можно менять показатель преломления слоя электрооптического материала 10, следовательно, отводить энергию света через этот слой и получать интенсивность выходного сигнала, равной нулю.

Аналогично работает модулятор 8.

Модуляторы 7 и 8 работают при пода-.50 8 световодов соответственно 5 и 6. че на них напряжений противоположной Если на выходе генератора 21 пилообполярности, благодаря последовательному вк}1ючению в их цепи управления диодов 14 и 15, в противоположных направлениях.

Выходные концы световодов 5 и 6 соединсн1 : с приемным коллектором 16, КОТОРЫ11 передает световой поток на фотодиод 17.

, 321452

Над входными коллекторами 3 и 4 установлен осветитель 18 с отражателем 19. Осветитель 18 может быть выполнен, например5 в виде светодио- да. Освещение может быть и естественным. Для исключения прохождения постороннего света на входные коллекторы 3 и 4, наружная поверхность ам- 10 пулы 1 вне коллекторов покрыта непрозрачным лаком.

На корпусе ампулы 1 установлен измерительный узел 10, состоящий из генератора 21 прямоугольных им- 15 пульсов с частотой генерирования порядка 10 кГц, коммутатора 22 тока, пикового детектора 23, дифференциатора 24, элемента 25 задержки и последовательно соединеннъ1х схемы 26 20 вычитания, аналого-цифрового преобразователя 27 и индикатора 28.

Первый выход коммутатора 22 тока соединен через пиковый детектор 23 с первым входом схемы 26 вычитания, 25 второй выход коммутатора тока соединен с вторым входом схемы вычитания, выход генератора 21 прямоугольных импульсов соединен с управляющим входом коммутатора 22 тока, с 30 входом дифференциатора 24 и с выходом измерительного узла 20. Выход дифференциатора 24 через элемент 25 задержки соединен с управляющим входом схемы 26 вычитания. Вход коммутатора 35 22 тока является входом всего измерительного узла 20.

Измерительный, узел может быть выполнен в виде одной микросхемы, что значительно уменьщает габариты уров- 40 ня и повысит удобство пользования.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне ампулы I пузырек 2 смещается от среднего положения. При 45 этом световой поток, поступающий на один входной коллектор, увеличивается, а на другой уменьшается.

Генератор 21 прямоугольных импульсов управляет работой модуляторов 7

55

разного напряжения выработан импульс положительной полярйости, то модулятор 7 пропускает световой поток, собранный входным коллектором 3 и проходящий по световоду 5 к приемному коллектору 16, а модулятор 8 не пропускает световой поток, собранный входным, коллектором 4.

При появлении на выходе генератора пилообразного напряжения импульса отрицательной полярности модулятор 7. перестает пропускать световой поток, а модулятор 8 наоборот начинает пропускать световой поток к фотодио- ДУ 17.

Таким образом, на фотодиод 17 через приемный коллектор 16 попеременно попадают потоки света, собираемые коллекторами 3 и 4,

Модулятор 7 имеет плоский светово 9, выполненный из оптического стекла с коэффициентом преломления n , Имеется слой электрооптического материала 10, например жидкий кристалл, расположенный между прозрачным электродом 11, нанесенным на световод 9, и электродом 12 подложки 13. Подавая напряжение на электроды 1 и 2, можно менять показатель преломления п электрического материала 10. Распространение света по световоду 9 происходит по закону полного внутреннего отражения, если .соблюдается условие . При изменении показателя преломления nj условие полного внутреннего отражения нарушается и часть энергии отводится через электрооптический материал 10. В этом случае интенсивность отраженного подтока фо связана с интенсивностью падающего потока фр зависимостью ф| n r(nj), где FCn) - коэффициент отражения луча. Такое распределение энергии имеет место при калодом отражении от модулируемой границы сред. Поэтому при К отражениях Фп Р(п,) . При нескольких десятках отражений интенсивность выходного луча становится практически равной нулю, если изменить показатель преломления п,2 на десятые доли процента.

При попадании светового потока, собранного входным коллектором 3, на фотодиод 17 последний работает как генератор тока, выдавая сигнал на коммутатор 22 тока. На первом выходе коммутатора 22 тока вырабатывается сигнал, напряжение которого пропорционально световому потоку, собранному входным коллектором 3. Этот сигнал

поступает на пиковый детектор 23, со- 55 охватывающие всю ее поверхность, храняя при этом свое значение и при контактирующую с пузырьком воздуха, последующем импульсе генератора пило- за исключением среднего участка, и образного напряжения отрицательной измерительный узел, отличаю- полярности.Щ и и с я тем, что, с целью повышеПри попадании светового потока, собранного входным коллектором 4 на фотодиод 27, сигнал с него поступает . на коммутатор 22 тока. На втором выходе коммутатора 22 тока вырабатывается сигнал, напряжение которого пропорционально световому потоку, собранному входным коллектором Д.

10 Сигналы с выхода пикового детектора 23 и второго выхода коммутатора 22 тока поступают на первый и второй входы схемы 26 вычитания.

Схема 26 вычитания запускается

15 в тот момент, когда на выходе генера-. 2 1 прямоугольных импульсов выработан импульс отрицательной полярности и переходной процесс нарастания тока фотодиода 17, который длит0 ся единицы микросекунд, закончен. Для этого сигнал с выхода генератора пилообразного напряжения дифференцируется дифференциатором 24, задерживается элементом 25 задержки и

5 поступает на управляющий вход схемы 26 вычитания.

I

На выходе схемы 26 вычитания вырабатывается сигнал, пропорциональный

0. углу наклона уровня, поступает на аналого-цифровой преобразователь 27, в котором преобразуется в цифровой код. Измеренное значение угла наклона отображается на индикаторе 28.

5 Выполнение фотоприемного узла с одним фотодиодом исключает погреш- - ность измерения, вносимую разбросом параметров фотопотенциометров, включенных в измерительный мост. Измери0 тельный узел в микроисполнении располагается на корпусе уровня, обеспечивая малые габариты его, а цифровой индикатор обеспечивает точность и удобство считывания показаний.

5

Формула изобретения

1.Фотоэлектрический уровень, содержащий цилиндрическую ампулу, за- 0 полненную непрозрачной жидкостью со светоотражающей поверхностью и пузырьком воздуха, осветитель, два фотоприемных элемента, установленные симметрично относительно середины ампуо,

ния точности измерения, каждый фотоприемный элемент выполнен в виде коллектора, через введенные светодиод, модулятор и диод соединенного с выходом измерительного узла, модуляторы расположены в средней части соответствующих световодов, выходы которых через введенные коллектор фотодиода и фотодиод связан с входом измерительного узла, а диоды подсое- динены к его выходу встречно-параллельно .

2.Фотоэлектрический уровень по п,1, отличающийся тем, что измерительный узел выполнен в виде генератора прямоугольных импуль со8, коммутатора тока, пикового де32145

тектора, дифференциатора, элемента задержки и последовательно соединенных схемы вычитания, аналого-цифрового преобразователя и индикатора, первый выход коммутатора тока соединен через пиковый детектор с первым выходом схемы вычитания, второй выход коммутатора тока соединен с Q вторым входом схемы вычитания, выход генератора прямоугольных импульсов соединен с управляющим входом коммутатора тока, с входом дифференциатора и с выходом измерительного узла, 5 выход дифференциатора через элемент задержки соединен с управляющим входом схемы вычитания, а вход коммутатора тока связан с фотодиодом.

Изобретение относится к устройствам для измерения углов наклона объектов и предназначено.для использования в судостроении, мащинострое- нии и геодезии. Цель изобретения - повышение точности измерения углов наклона. При попадании светового потока на фотодиод 17 он работает как генератор тока, выдавая сигнал на коммутатор 22 тока. На первом выходе последнего вырабатывается сигнал, напряжение которого пропорционально световому потоку, собранному одним коллектором. Этот сигнал поступает на детектор 23, сохраняя свое значение. На втором выходе коммутатора 22 тока вырабатывается сигнал, напряжение которого пропорционально световому потоку, собранному другим входным коллектором. Сигнал с выхода генератора 21 прямоугольных импульсов дифференцируется блоком 24, задерживается элементом 25 задержки и поступает на вход схемы 26 вычитания. На выходе последней вырабатывается сигнал, пропорциональный углу наклона уровня, который поступает на аналого-цифровой преобразователь 27, в котором преобразуется в цифровой код. Измеренное значение угла наклона отображается на индикаторе 28. 1 з.п. ф-лы, 5 ил. г (Л с

20

А-А

9и,г.2

7

Фиг,3

CpUl.S

ВНЙИПИ Заказ 3822/36 Тираж 676 Подписное Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4