Жидкостной фотоэлектрический преобразователь угла наклона объекта Советский патент 1980 года по МПК G01C9/20 G01C9/06 

На чертехсе схематически показано предлагаемое устройство, содержащее иразрачную .ир ;ческую ампулу 1 с жидкостью 2; в которой плавает поплавок 3, освещае1 лый снизу источником евета 4. По оси вращения ампулы 1 установлена цилиндрическая линза 5, которая проектирует измерительную шклу б,нанесенную на поплавок 3, на иацикаторную шкалу 7 установленнута по окружности над цилиндрической линзой 5 концентричноС ней. Измерительная шкала 6 выполнена в виде растра с углом f-i между направлен-ием растра и направлением его линий о Индикаторная: шкала также выполнена в виде растра на цилиндрической поверхности, соосной с цилиндрической линзой. Угол направлением индикаторного растра 7 и направлением его линий есть f- т.е линий растра нанесены по винтовой линии. Устройство содержит«также поаицион нО Чувствительный фотоприемник 8, связанный с индикаторной шкалойрастром 7 волоконно-оптическим блоком 9 так, что каждому TO4e4HOP4i выходному торцу его, установленному против фотоприемника {см чертеж) соответствует линейный выходной торец этого блока связанный с индикаторным растром 7 {эти торцы идут по окружностям н показаны на части paepa 7 пуикткро, . На чертеже показаны также изображения измерительной шкалы-растра в горизонтальном положении устройства (позиция 10) и в положени отклоненног-s от горизонтального на угол с, (позиция 11),

Устройство работает следующим образом,

В ИСХОДНО . положении устройства, когда его условная ось X совпадает с направлением прямой, лежащей в плоскости местного горизонта, цилиг|дрическая линза 5 проектирует измерительную шкалу-растр б, освещенную источником освещения 4, так, что ее изображение 10 попадает на середину (относительно вертикальной оси X) индикаторной шкалы-растра 7 Оба растра по йлине. равны длине пози.Ционно-чувствителького элемента 8 и направлены параллельно оси вращени цилиндрической линзы 5. Линии растров образуют с этим направлением углы 4 и М2 причем угол f/ линий измерительного растра б выбирается таким, чтобы наклон линий в его изображении, образованном цилиндрической линзой 5 на индикаторном растре 7, был примерно равен наклону линий этого растра 7..Шаги растров .6 и 7 выбраны так, чтобы между изображением измерительного растра б и индикаторным растром 7 образовалось нониусное сопряжение. При наклоне датчика относительно оси вращения цилиндрической линзы 5 на угол о(. изображение 10 измерительного растра 6 смещается перпендикулярно направлению индикаторного растра 7, Из-за наличия углов и vf наклона растров нониусная картина сопряжения изменится: минимум освещенности, .например,будет бежать в процессе наклона датчика по индикаторному растру 7 вдоль изображения измерительного растра б и смещаться с ним в поперечном направлении на угол ot-. С помощью волоконно-оптического блока 7 поперечное движение исключается и на позиционно-чувствительный элемент передается продольное изменение картины нониусного сопряжения,, Поскольку растры б и 7 являются регулярными, то известными методами по изменению картины на фоточувствительной поверхности фотоприемника 8 легко определяется (УГОЛ наклона oL устройства.

В описанном устройстве должны быт приняты меры, исключающие произвольное смещение поплавка 2 в каком-либо направлении (например, особой формой его поверхностей касающихся цилиндрической ампулы 1, осреднением результатов измерений и т.д.), а также исключающие ненужную засветку фотоприемника 8.

Таким образом, ясно, что диапазон измерения углов наклона определяется лишь угловым соотношением между част цилиндрической ампулы 1, занятой жидкостью 2, и размером индикаторного растра 1, Отклонение оси X устройства от горизонтального положения может достигать десятков градусов. Точность работы, как следует из описания, никак не связана с диапазоном измерения углов отклонения и зависит лишь от параметров растров б и 7.

Для оценки точности измерения можно привести такие цифры: если шаг перпендикулярного растра 7 равен 0,2 мм (грубый растр) , угол Ч 45 шаг комбинационного сопряжения,- равный длине индикаторного растра,равен 50 мм, точность регистрации выбранной фазы комбинационной картины сопряжения фотоприемником составляет 0,5 мм, то при отстоянии измерительного растра 6 поплавка 3 от центральной оси цилиндрической линзы 5 на величину 25 мм точность измерения угла отклонения устройства составит 16 во всем рабочем диапазоне.

Формула1 изобретения

, Жидкостной фотоэлектрический преобразователь угла наклона объекта, содержащий ампулу е жидкостью;; помещенный в нее поплавок, источник освещения и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличе ния рабочего диапазона, в него введены цилиндрическая линза,, установленная соосно с иилиндрической ампулойv измерительная шкала, нанесенная на поплавок, и индикаторная ткэла, устаковленная по окружности над цилиндрической линзоП, концентрично с ней, и связанная с фотоприемником волоконно-оптическим блоком,

2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю Ц и и с я тем, что индикаторная II измерительная шкалы выполнены в виде растров с направление штрихов, не перпендикулярным направлению растров, которое параллельно оси вращения цилиндрической линзы, при этом индикаторный растр нанесен на цилиндрическую поверхность, соосную с цилиндрической линзой, а в качестве фотоприемника использован позиционно-чувствительный фотоэлемент, соединенный с измерительным растром волоконно-оптическим блоком

так, что каждому точечному выходном торцу блока, связанному с позиционно-чувствительным фотоэлементом, соответствует линейный входной торец этого блока, связанный с индикаторным растром.

Источник информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 309240, кл. G 01 С 9/36, 1970.

2.Авторское свидетельство СССР № 438870, кл. G 01 С 9/24, 1972.

3.Авторское свидетельство СССР № 450079, кл. G 01 С 9/36, -1973.

4.Авторское свидетельство СССР 398819, кл. G 01 С 9/02, 1972.

5.Авторское свидетельство СССР № 474679, кл. G 01 С 9/02, 1973.

6.Авторское свидетельство СССР

№ 558151, кл. G 01 С 9/20, 1976 (пртотип) .