Устройство для измерения углов скручивания Советский патент 1977 года по МПК G01C1/00 G01B11/26 

1

Изобретение относится к геодезическому риборостроению, в частности к геодезическим приборам для измерения углов скручивания.

Известны поляризационные устройства для g

измерения углов скручивания, состоящие из передатчика и приемника, установленных на базовом основании и измеряемом объекте 1. Необходимость подвода электроэнергии как к приемнику, так и к передйтчику огра- ,Q ничивает дальность измерения, а на трудно доступных и малоразмерйых объектах вообще не позволяет применять данные устройства.

Указанные ;недостатки устранены в иэвестных устройствах для измерения углов скручивания автоколлимАдионного типа, где на объект измерения устанавливают малога баритный пассивный углоизмерительный чйк 2. Поляризаононное устройство для измерения углов скручивания содержит приег мопередатчик, состоящий из модулятора в передающем канале, оптического делителя для пространственного разделения передаюА

щего и приемного канапов, анализатора, уотановленного в приемном канале, углоиамерительного датчика, расположенного соосно с приемопередатчиком i и укрепленного на объекте, состоящего из фазовой пластинки и отражательного телескопа, и электронного блока, включающего балансный мостик, информационный и опорный усилители и фазовый детектор.

Однако необходимость применения в моду, ляторе вращающегося поляризатора и кристалла кальцита для преобразования врашак щейся плоскости поляризации в два совмещен ных линейно поляризованных пучка, плоскости поляризации которых ортогональны, а интенсивность каждого пучка изменяется по сину соидальному закону в противофазе, применение двух фотоприемников, а также опорного канала, состоящего из зеркала, поляризатора и фотоприемника, усложняет схему приемо-передатчика, приводит к нестабильности устройства, к амплитудно-фазовым погрешностям, а следовательно, снижает точность измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение конструкции приемопередатчика. Для этого в предлагаемом устройстве автоколлимационная оптическая система вы- полнена телескопической и снабжена устано ленным между окуляром и конденсором анализатороь/-модулятаром, который через оптический делитель и объектив оптически соединен с углоизмерительным датчиком и подключен к выходу генератора электронног блока, соединенного с одним из входов фазового детектора, второй вход которого через узкополосный усилитель соединен с фотоприемником приемопередатчика. На фиг, 1 изоьражена Слема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - угловые зависимости поворота вектора преимущественной поляризации от поворота главной плоскости фазовой четвертьволновой пластинки углои: мерительного датчика. Устройство содержит .фиемопередатчик 1 и углоизмерительный датчик 2, укрепленный на измеряемом объекте 3. Приемопередатчик содержит осветитель 4 (например, газовый ОКГ), телескопическую автоколли)мационную систему, состоящую из расположенного за осветителем окуляра 5, оптичес кого делителя 6, разделяющего поток излучения на передающий и приемный каналы, и объектива 7. Приемный канал образован окуляром 8 , расположенным перед анализатором-модулятором 9, анализирующим плоскость поляризации приходящего излучения, линзой 10, собирающей излучение на фотоприемник 11. Фотоприемник подключен через узкополосный усилитель 12 к сигналь ному входу фазового детектора 13, Опорны вход фазового детектора связан с одним из выходов генератора 14, подключенного другим выходом к анализатору-модулйггору. На выходе фазового детектора включен индикэч тор 15. Углоизмерительный датчик, принимающий и передающий излучение приемопередатчика, содержит фазовую четвертьволновую пластинку 16, главная ось которой расположена под углом /) 45° к оси Х, объектив 17 и отражательное зеркало 18, жестко закрепленные в общем корпусе. Устройство работает следующим образом Осветитель 4 посылает пучок линейно лгчО поляризованного света с азимутом 0 0 {т. е. вектор преимущественных колебаний Е направлен вдоль оси X ). Пучок света кол лимируется телескопической системой и, пройдя расстояние L , падает на фазовую четвертьволновук пластинку 16. Пройдя объектив 17 и отразивщись от зеркала 18, пучок вторично в обратном направлении проходит объектив и фазовую четвертьволновую пластинку. Выходящий из датчика пучок будет линейно поляризован с азимутом б 90 , так как сумма двух четвертьволновых пластинок с одинаковым направлением главных осей работает как полуволновая фазовая пластинка Пройдя расстояние L в обратном направлении пучок света преобразуется телескопической системой, отразившись при этом от делителя 6, и поступает на анализатормодулятор 9, плоскость наибольшего пропускания которого параллельна плоскости3(OY (азимут 9 О ), т. е. перпендикулярна к плоскости колебаний приходящего линейно поляризованного Пучка. Следовательно, ин:тенсивность поступающего на фотоприемник 11 света равна нулю. Если измеряемый объект 3 вместе с углоизмерительиым датчиком 2 повернется на угол i/3 (см. фиг. 2), то изменяется азимут приходящего на анализатор-модулятор линейно поляризованного пучка, а следовательно, и интенсивность поступающего на приемник света. Исходя из условия, что для фазовой полуволновой нларткнки углы между главной осью нласт1шки и входящим и выходящим векто{шми равны, угол поворота азимут и уЗ определится следующим образом: Р- /З+/Эо-и 1/3 Н5°-90°±/3+ 5° . Плоскость наибольшего пропускания анализатор-модулятор 9 колеблется при подаче fta него синусоидального напряжения с генератора 14 относительно положения с азимутом 0 0° на угол to(2. Таким образом, анализато1 -модулятор модулирует по интенсивности линейно поляризованный световой поток, приходящий от углоизмерительного датчика, и с большой точностью анализирует его азимут относительно заданного нулевого положения (т. е. определяет следовательно, и угол уЗ ). угол ft При этом. 1И угол поворота углоизмери- тельного датчика /3 - 0°, то с фотоприемника 11 снимается синусоидальный сигнал с частотой 2 со . Если /6 т 0°, то снимается сигнал с частотой со , фаза которого зависит от нагфавления поворота углоизмерительного датчика, а амплитуда сигнала от величины угла уЗ Сигнал с фотоприемника подается на узкополосный усилитель 12, усиливающий и пропускающий колебания с частотой 60 на фазовый детектор 13. Опорный сигнал-на фазовый детектор поступает с генератора14. Таким образом, если /3 -.оJ. О , то на фазовый детектор не поступает синусоидальный сигнал, опорный сигнал будет сбалансирован, и ток через индикатор 15 будет равен нулю. Если углоизмерител ный датчик поворачивается на угол ± /3 , то на фазовом детекторе появляется синусо дальный сигнал, а на индикаторе - значение TOKat знак которого будет зависеть от направления поворота углоизмерительнод о дат чика. Предварительно измеренная величина тока индикатора будет показывать величину поворота углоизмерительного датчика, а следовательно, угла поворота объекта. Предлагаемое устройство просто по конструктивному исполнению и позволяет измерять углы скручивания со средней ква ратической ошибкой ± З за счет двойного поворота и непрерывного анализа анализатором-модулятором приходящей на приемник плоскости линейно поляризованного пучка света. изобретения мула Устройство для измерения углов скручивания, содержащее приемспе| едатчик.. вклю чающий в себя автоколлимационную оптическую систему, осветитель, оптический делитель и фотоприемник, расположенный на выходе оптической системы, углоизмерительный датчик, установленный на объекте соооно с приемопередатчиком, и подключенный к приемопередатчику электронный блок, со-, держащий усилитель, фазовый детектор и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения и упрощения конструкции, в нем автоколл мационная оптическая система выполнена телескопической и снабжена установленным между окул5фом и конренсором аналиаа гором-модулятором, который через оптичес- кий делитель и объектив оптически соединен с углоизмерительным датчиком и подключен к выходу генератора электронного блока, соединенного с одним из входов фазового детектора, второй вход которого . через узкополосный усилитель соединен с фотоприемником приемопередатчика. Источники информации, принятые во вни-. мание при экспертизе: 1,Авторское свидетельство СССР № 535421, кл. G 01 С 11/26, 1973. 2.Патент США № 2.998.746, кл. 356152,1961.

/I

rt

.Z