Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1979 года по МПК G01C9/00 

изменения напряжения питания и величины светового потока, а также низкая чувствительность, вследствие наличия «фоновой засветки светоприемников, которая обусловлена многократным отражением световых лучей от стенок сосуда, призмы и зеркала. Кроме того, известное устройство чувствительно к ускорениям и вибрациям, что значительно ограничивает его применение.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений.

Для этого в устройстве для измерения углов наклона, содержащем чувствительный элемент, установленный в герметичной камере, заполненной оптически прозрачной демпфирующей жидкостью и прикрепленной через торсион к днищу камеры, источник света и вычислительное устройство, оптическая система выполнена в виде набора линз, формирующих три плоских веерообразных световых пучка, расходящихся под заданными углами, и чувствительный элемент выполнен в виде двух сканисторов, укрепленных параллельно один другому и симметрично относительно точки крепления торсиона на общем основании, на входных зрачках сканисторов установлены световолоконные планшайбы, а выходы сканисторов через параллельно включенные блоки для выделения сигнала и последовательно подключенные к ним блок для измерения временных интервалов и кодирующее устройство подключены к вычислительной машине.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема устройства; на фиг. 2 и 3 - диаграммы световых потоков; на фиг. 4 - эпюры электрических сигналов.

Устройство для измерения углов наклона содержит герметичную светонепроницаемую камеру 1, которая заполнена прозрачной для световых лучей демпфирующей жидкостью 2, чувствительный элемент 3, подвижно соединенный с днищем камеры 1 посредством торсиона 4, источник света 5 и оптическую систему 6, которая формирует три плоских веерообразных световых луча 7, образующих между собой известные углы а, а также блоки 8 и 9, предназначенные для выделения сигналов, блок 10, предназначенный для измерения временных интервалов, кодирующее устройство 11 и вычислительную машину 12. Чувствительный элемент 3 образован двумя позиционночувствительными фотоприборами (сканисторами) 13 и 14, которые размещены на общем основании 15, имеющем кольцевой баланс 16 и поплавок 17. Кольцевой баланс 16 соединен с поплавком 17 подвижно (например посредством резьбы) и предназначен для регулирования периода собственных колебаний чувствительного элемента 3 и уменьщения чувствительности устройства к линейным ускорениям. Сканисторы 13 и 14 через блоки 8 и 9 соединены с

последовательно включенными блоком 10, кодирующим устройством И и вычислительной машиной 12. Поверх сканисторов 13 и 14 установлены световолоконные планшайбы 18 и 19, предназначенные для устранения паразитной «фоновой засветки сканисторов и повышения разрешающей способности устройства.

Устройство для определения углов наклона объекта работает следующим образом. Световые лучи 7 попадают на поверхность чувствительного элемента 3, образуя три узкие световые полосы - следы 20 (см. фиг. 2). При углах наклона объекта, равных нулю, световые следы 20 представляют собой равноотстоящие прямые, лежащие в плоскостях xyz и параллельные оси 02 (см. фиг. 2). При наличии углов наклона о и -у объекта относительно осей ох и 02 параллельность следов 20 световых лучей нарушается, изменяются и расстояния 1x1 и 1x2 между ними (см., например, фиг. 3).

Под действием света на сканисторах 13 и 14 создается рельеф возбужденных светом и разделенных р+-л-переходами неосновных носителей заряда. При сканировании, которое происходит путем изменения пилообразного напряжения, приложенного к сканистору, сканирующая граница благодаря нелинейным свойствам переходов имеет Н-апертуру. Видеосигнал, отражающий распределение освещенности на сканисторах 13 и 14, снимается с соответствующих блоков 8 и 9 и подается в блок 10.

На фиг. 4а и б приведены осциллограммы сигналов, поступающих со сканисторов 13 и 14 при отсутствии углов наклона объекта; на фиг. 48 и г - при появлении углов наклона.

Как видно из фиг. 4, информацию об измеряемых углах V и Y содержат интервалы времени т между видеоимпульсами. Поворот чувствительного элемента 3 вокруг оси 02 приводит к изменению соотнощения интервалов времени ти, Т2л и тш. Т2п между видеоимпульсами с каждого из сканисторов 13 и 14 соответственно, а поворот вокруг оси ох приводит к неравенству соответствующих временных интервалов между видеоимпульсами со сканисторов 13 и 14, т. е.

и 2п мСигнал с блока 10 поступает в кодирующее устройство 11, а полученный кодированный сигнал - в вычислительную машину 12, где по формулам определяют измеряемые углы V и Y.

I -1 / I г V

±у -т+к (TJ

tg

COSf

tga tgv

где

С«(1-Л).

.

г,

In 2П1л 2.1

- - ;

Чп + + Т2Л

С 1,1(.,+ т,,,)-К„ + т,„),

где УЖ - скорость сканирования; причем угол V имеет тот же знак, что и величина А, а угол 7 имеет тот же знак, что и величина С.

Устройство позволяет измерять угловое положение объекта с высокой точностью в большом динамическом диапазоне, пе чувствительно к действию линейных ускорений, приводящих к параллельному перемещению чувствительного элемента 3 вдоль осей координат ох, oz или оу; измерительную информацию получают в виде временных интервалов между видеоимпульсами, которые легко преобразуются в цифровой код для ввода в ЭВМ.

Кроме того, временные интервалы между импульсами мало зависят от параметров самих импульсов (амплитуды, длительности и крутизны фронтов), что обеспечивает высокую точность измерений.

Формула изобретения

Устройство для измерения углов наклона, содержащее чувствительный элемент,

установленный в герметичной камере, заполненной оптически прозрачной демпфирующей жидкостью и прикрепленной через торсион к днищу камеры, источник света и

вычислительное устройство, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, оптическая система выполнена в виде набора линз, формирующих три плоских веерообразных световых пучка, расходящихся под заданными углами, и чувствительный элемент выполнен в виде двух сканисторов, укрепленных параллельно один другому и симметрично относительно точки крепления

торсиона на общем основании, на входных зрачках сканисторов установлены световолоконные планшайбы, а выходы сканисторов через параллельно включенные блоки для выделения сигнала и последовательно

подключенные к ним блок для измерения временных интервалов и кодирующее устройство подключены к вычислительной машине.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 194335, кл. G 01С, 9/06, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР № 154030, кл. G OIC, 9/32, 1963.

3. Авторское свидетельство СССР № 450079, кл. G 01С, 9/36, 1975.

Фиг.г

л

/|

А;

Ь

л

Шtfff

Oq

А Ai

I fCT

Уп

г-w

г/

йп

.

Г;; I {