Фотоэлектрическое устройство для измерения угла наклона объекта Советский патент 1979 года по МПК G01C9/06 G01C7/04 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ОБЪЕКТА

Однако их применение в бортовой и технологической аппаратуре еще более ограничено, так как электронно-лучевая трубка является громоздкой ихруг1кой конструкцией.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрическое отсчетное устройство 16, которое содержит маятнико вый датчик угла наклона со щелью, сканирующее устройство с растровой шкалой, фотоэлектрические датчики, соединенные через ключ со счетчиком

импульсов.Ч

Однако это устройство TaKjke имеW недостатки: подвеска чувствительного маятника выполнена на осях, осветитель и фотоприемник установлены на сканирующем устройстве.

Выполнение подвеса маятника на шарикоподшипниках при габарите, приемлемом для практического использо,вания, вызывает погрешность порядка десятков угловых минут. ., , ,

Реальные малогабаритные маятниковьзе датчики имеют оси Диаметром порядка 0,3 мм, подвешены в камеи,ных опорах, и для снижения трения в рпорах корпус заполняют жидкостью, причем маятник балансируется в жидкости. Для исключения разбаланса маятника в жидкости при изменении температуры окружающей среды имеется система терморегулирования.

Съем значения угла наклона производится в аналоговом виде.

Естественно, что такая конструк .ция имеет большие сложность и стоимость .

Закрепление в прототипе осветителя и фотоприемника на сканирующем устройстве требует введения гибких токоподводов для осуществления питания и съема сигнала.

Для получения достоверных значений угла наклона при использовании в условиях вибрации, например на вибростенде, сканирующее устройство должно перемещаться с частотой порядка единиц герц.

При этом гибкие токоподводы являются ненадежным и не КОНСТРУКТИВНЕЕ элементом.

Целью изобретения является повышение точности и надежности фотоэлетрического устройства для измерения углов наклона.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено автоколлимационной системой, в параллельном пучке которой расположено зеркало, укрепленное горизонтально Hia маятнике, подвешенном на шпиле, а в фокальной плоскости указанной сис темы неподвижно установлен йЭлучатель -и выполненная на сканирующем Устройствв анализирхющая Щель, а

фотоприемник маятниказакреплен неподвижно за анализирующей щелью.

На фиг. 1 показана схема описываемого устройства на фиг. 2 я 3 основные его виды; на фиг. 4 - конструкция зеркального уровня; на фиг 5 и 6 - разрезы устройства.

В маятнике 1 (фиг.1) установлен шпиль 2, упирающийся на подпятник 3 Сверху на маятнике горизонтально закреплено зеркало 4. I В фокальной плоскости объектива находятся излучатель-светодиод б и анализирующая щель 7, за которой неподвижно расположен Фотоприемник 18.

. Анализирующая щель 7 связана со сканируницей рамкой 9. На сканирующе |ра:мке 9 закреплена растровая шкала Ю с зеркальными полосками.

По одну сторону растровой решетк расположен светодиод 11, объектив -12 и фотоприемник 13.

Перемещение сканирующей рамки9 производится при помощи двигателя 14 кулачком 15 через рычаг 16, закрепленный на оси 17. Сигналы с фото приемников 8 и 13 поступают в электронный блок 18 и счетчик импульсов 19.

Механизм установлен в корпусе 20 (фиг.2).В нижней части корпуса 20 установлен корпус 21 маятникового датчика. В верхней части корпуса 20 расположены направляющие 22 сканируЬщей рамки 9.

Сканирующая щель 7 выполнена на Ьтеклянной пластинке 23, установлен |ой в рамке 9, закрепленной на оси fe4.

I В рамке 9 установлен подшипник 25 на оси 26 (фиг.6). Рамка 9 подтягивается пружиной 27 (фиг.2), зацепляющейся за штырь 28, при этом подшипник 25 упирается в планку 29.

Йа рамке 9 при помощи винтов 30 укреплена планка 31, в которой закреплена растровая шкала 10.

В основании 32 закреплен светодиод б с полосковой геометрией и (зотоприемник 8.

Для предотвращения засветки фо::опрйемника 8. при перемйцении рам-ки 9 к ней и стойкам 33 приклеены tiTOpKH 34 (фиг.б) из прорезиненного материала,

I в основании 32 закреплены также светодиод 11 (фиг.5) с полосковой 11еометрией, объектив 12, фотоприамйик 13 и крошатейн 35 (фиг.2) с дви телем 14, на валу которого креййтся кулачок 15с противовесом.

Кулачок 15 входит в паз рычага б, который закреплен на оси 17, И Bfcjpes р зчага 16 входит штифт 36, Запрессованный в ось 24, Механизм Sзакрывается крышкой 37,

В герметичном корпусе 21 датчика установлен объектив 5, который прижимается кольцом 38. Внутри корпуса расположен маятник 1 со шпилем 2.

Подпятник 3 установлен в стойке

39,которая закреплена в полушарии

40.Полушарие 40 при помощи кольца 41 крепится в корпусе 21.

Для нормальной работы датчика после переворачивания предусмотрены диафрагмы 42 и 43.

Полость уровня заполнена силиконовой жидкостью 44. Компенсация изменения объема жидкости при изменении температуры осуществляется сйльфоном 45. Сильфон -крепится кольцом 46. Герметизация обеспечивается резиновым кольцом 47. Заливка жидкост осуществляется в отверстие/ закрыто винтом 48.

Устройство работает следующим об.разом.

Излучение светодиода 6 (фиг.1), имеющего область свечения в виде узкой полочки (штриха), при помощи объектива 5 преобразуется в параллельный пучок, который отражается от зеркала 4 уровня и, проходя объектив 5 вторично, дает изображение светящейся области (штриха) светодиода 6 в плоскости щели 7. При вертикальном положении всего устройства и средне;м положении рамки 9 13ображение штриха совпадает со щелью 7. При отклонении устройства от вертикали на некоторый угол зеркало 4 остается в горизонтальном положении, а изображение штриха совмещается в плоскости щели пропорционально углу поворота корпуса относительно зеркала 4. В процессе работы устройства двигатель 14 вращает кулачок 15, который приводит рычаг 16 в колебательное движение относительно оси 17. Рычаг, в свою очередь, приводит в возвратно-поступательное движение направляющую ось рамки 9 с оптическими деталями 10 JH 23 (фиг, 2). Таким образом, в некотором положении рамки 9 изображение светящейся области светодиода б попадает в щель 7 и на выходе фотоприемника 8 появляется отсчетный.импульс .

Излучение от светодиода 11 (фиг. 5), имеющего святящуюся область в виде узкой полоски, объективом 12

фокусируется в плоскости растровой шкалы 10, движущейся поступательно. Если световой пучок попадает на отражающую полоску, то он направляется в фотоприемник, при попадании с на прозрачный участок растра световой пучбк не попадает в приемник.

При движении рамки 9 и шкалы 10 с растром световой пучок модулируется, и на выходе фотоприемника 13 л появляются импульсные сигналы счетные импульсы .

Получающиеся при работе устррйст:Ва счетные импульсы и отсчет- ный импульс поступают в электронный блок 18 и затем в счетчик импульсов

5 19. .

Формула изобретения

Фотоэлектрическое устройство для измерения угла наклона объекта, содержащее маятниковый датчик угла наклона, сканирующее устройство с растровой шкалой, излучатель, фотоприемники, соединенные через электронную схему со счетчиком импульсов , двигатель,о т личающеес я тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно снабжено автоколлимационной системой, ВПараллельном пучке которой расположено зеркало, укрепленное горизонтально на маятнике. Подвешенном на шпиле, , а в фокальной плоскости указанной системы неподвижно установлен излучатель, анализирующая щель выполнена на сканирующем устройстве, а фотоприемник маятника установлен не- . подвижно за анализирующей щелью.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 450079, кл. G 01 С 9/36, 1974.

2.Авторское свидетельство СССР 360684, кл, G 08 С 9/06, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР № 343145, кл. G 01 С 9/06, 1972.

4.Патент США № 2557340, кл. 88-1, 1960.

5. Авторское свидетельство СССР 354261, кл. G 01 С 9/06, 1972.

6. Авторское свидетельство 413377, кл. G 01 С 7/04, 1974 (прототип). „ УО

J7

/J

f

/;

Г6

г«

3S

yt