Устройство для измерения угла наклона горизонтальной оси объекта Советский патент 1980 года по МПК G01C9/22 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ОСИ ОБЪЕКТА

1

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно, к астрономическому приборостроению, например, устройствам для измерения наклона оси меридианного круга или пассажного инструмента.

Известны устройства, используемые с этой целью, содержащие камерные пузырьковые уровни с ценой деления 1. Уровни устанавливаются на специальную раму, которая подвешивается или устанавливается на цапфы оси. Отсчет положения пузырька производят через минуту после установки по обоим концам пузырька с точностью до 0,2 деления или уровни фотографируют и по снимку производят определение положений пузырька 1.

Таким образом, измерение наклона требует много времени, а точность измерения не превышает 0,2 , так как на точность влияют температура и градиенты температуры окружающей среды, а также залипание пузырька.

Известны также устройства для определения наклона горизонтальной оси вращения, содержащие сообщающиеся сосуды и винтовые микрометры для фиксации положения уровня жидкости в них. В верхней

части винтов микрометров жестко закреплены марки, совмещаемые с помощью горизонтально установленной зрительной трубы с марками, задающими высоты контролируемых точек 2.

JНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения угла наклона горизонтальной оси объекта, содержащее сообщающиеся посредством канала сосуды, заполненные жидкостью, с помешенными в них поплавками и измеритель уровня жидкости 3.

При наклоне датчика жидкость сохраняет горизонтальную поверхность, а относительно сосуда один из поплавков поднимается, в то время как второй опускается. По разности подъема и опускания поплавков измерительная система устройства определяет его наклон. При использовании этого устройства для измерения наклонности оси меридианного круга в процессе наблюдения его необходимо установить на ось меридианного круга, которая вращается. В этом случае при изменении наклонности оси жидкость в сосудах, перетекая из одной части сосуда в другую, будет колебаться.

что снижает быстродействие устройства, точность его также снижается из-за трения стержней о внутреннюю поверхность индуктивных датчиков.

Цель изобретения - создание устройства, обладающего способностью измерения наклонности в любой момент времени наблюдения, повышения точности и быстродействия измерения наклонности.

Указанная цель достигается тем, что измеритель уровня жидкости выполнен в виде оптических решеток, снабженных взаимодействующими упорами, один из которых выполнен со щупами, прижатыми упругими элементами к цапфам горизонтальной оси инструмента, а другие установлен1з1 на поплавках, помещенных в сосудах, установленных на неподвижных фундаментах, причем указанные рещетки оптически связаны с фотоэлектрической системой, расположенной на отдельном фундаменте и подключе ной к приводу и к блоку отсчета, а к каналу, соединяющему сосуды, подсоединена упругая емкость, соединенная через контактирующие с ней рычаги с приводом; причем параллельно приводу уста}ювлен температурный компенсатор, соединенный с рычагами привода, а сосуды соединены с каналом через герметизированные шлюзы, сохраняющие жидкость в сосудах и канале в рассоединенном состоянии.

На риг. 1-3 схематически изображены устройство и меридианный круг; на фиг. 4 - узел I на фиг. 1, разрез в плоскости, перпендикулярной оси меридианного круга; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; па фиг. 6 -разрез Б Б на фиг. 4; на фиг. 7 -- узс.л

II на фиг. 1; на фиг. 8 функпиопальпая схема измерений.

Устройство состоит из сосудов 1, установленных на фундаментах 2 меридианного круга, соединенных через герметизирующие щлюзы 3 и упругие элементы (сильфоны) 4 с каналом 5, средняя часть которого соединена с упругой емкостью 6, контактируюншй с рычагами 7 электропривода 8. Щупы 9 оптических решеток находятся в контакте с цапфами 10 горизонтальной оси меридианного круга. Осветители 11, чувствительные элементы 12 фотоэлектрической системы и блок 13 счета и измерений установлены па отдельных фундаментах, не связанных с фундаментами меридианного круга и сосудов. Длина канала определена размерами трубы 14 меридианного круга. Сосуды 1 одинаковы и взаимозаменяемы по 1п;позам 3. Внутреннее устройство сосуда 1 показано на фиг. 4-6. Корпус 15 сосуда с защитными стеклами 16 и 17 и щупо.м 9 герметичен для жидкости и ее паров. Щуп 9 решетки 18 имеет только одну степень свободы, определяемую мембранами 9 и 20, и пружиной 21 прижат к цапфе 10 в точке 22. Рещетка 18 имеет упор 23, в который при подъеме поверхности жидкости в сосуде упирается во взаимодействуюпгий с ним

встречный упор 24 решетки 25, установленной на поплавке 26, имеющим также как и щуп 18 только одну степень свободы, определяемую четырьмя упругими шарнирами 27. соединяющими поплавок с корпусом сосуда.

Механизмы подъема и опускания поверхности (уровня) .жидкости и удержания ее на постоянном относительно сосуда уровне, показанные на фиг. 7, включают в себя упругие емкости 6 с кронштейнами 28, рычаги 7 с роликами 29, привод 8 и воздействуюндий на рычаги параллельно с приводом температурный компенсатор, состоящий например, из стержня 30 и стаканов 31 и 32, выполненных из материалов с различным коэффициентом те.мпературного расширения. Температурный компенсатор растягивает упругую емкость при повыщении температуры, воздействуя ролика.ми 29 на кронштейны 28. При понижении температуры компенсатор, уменьшая свою длину, позволяет пружинам 33 сжимать упругие емкости, и жидкость в сосудах и канале поднимается.

Функцио1- альная схема из.мерений включает в себя фотоэлектрическую систему 34. состояпгую из осветителей 11, приемников 12 излучения чувствительных элементов, блока 13 счета и измерений и оптических решеток 18 и 25.

Блок 13 счета измере1П1Й состоит из реверсивных счетчиков 35 и 36. сумматора 37,

блока 38 анализа перемеигений, эле.мента 39. Устройство имеет выход 40. Устройство рабогает следущим образом. .мы измерения наклонности оси при начале астрономических наблюдений и в процессе наблюдений различны.

Режим измерения наклонности оси при начале измерения осуществляется после включения прибора. Блок 38 включает электропривод 8, который разводит рычаги 7 в стороны, си.па пружины 7 такова, что препятствует растягиванию в стороны температурного компенсатора, состояшего из деталей 30, 31 и 32, а обеспечивает при этом сжатие упругих емкостей 6. Сжатие упругих емкостей вызывает выталкивание части жидкости в канал и сосуды. Уровень жидкости в канале и сосудах начинает подниматься, тем са.мы.м поднимаются поплавки, necynuie оптические региетки 25.

Поскольку щупы 9 с оптически.ми рещетками 18 посредством мембран 19 и 20

находятся постоянно в контакте с цапфами оси, оптические реп1етки 18 в этот момент рассматриваются как неподвижные относительно огггических решеток 25, поднимающихся вместе с жидкостью.

На выходе чувствительных элементов 12

образуется последовательность импульсов. Полярность импульсов соответствует направлению перемещения. Счет импульсов реверсивными счетчиками 35 и 36 прекращается тогда, когда поверхность жидкости достигает такого уровня, при котором происходит упиряние упоров 23 и 24 оптических решеток, т. е. прекращается вынужденное движение penieTOK 25. Прекращение изменений показаний счетчиков 35 и 36 выявляет блок 38 и выдает команду на электропривод 8 на прекращение подъема уровня жидкости и переход на снижение уровня. Одновременно с этой командой счетчики 35 и 36 обнуляются. Возможное продолжение подъема уровня жидкости (по инерции) после упирания упоров 23 и 24 не изменяет точности измерения. При снижении уровня жидкости, с момента выхода упоров 23 и 24 из состояния контакта, показания каждого из счетчиков соответствуют линейному перемещению поплавков 26. Блок 38 выявляет момент, когда один из поплавков снижается на заданную величину, определяемую при регулировке блока 38, и выдает команду на прекращение работы электропривода 8. Разность показаний счетчиков 35 и 36 соответствует разности расстояний цапфы от уровня жидкости и пропорциональна наклонности оси. Цифровой код, пропорциональный наклонности оси, формируется на выходе сумматора 37, проходит через элемент 39 на выход 40 устройства. В процессе астрономических наблюдений измерение наклонности оси производится по команде наблюдателя и может быть произведено в любой момент наблюдения. В процессе наблюдений оптические решетки 25, установленные на поплавках 26, неподвижны относительно неподвижной жидкости, а оптические решетки 18 со щупами 9, находясь в постоянном контакте с цапфами 10, как бы следят за цапфами, и в случае изменения наклонности оси происходит перемещение оптических решеток 18 относительно решеток 25, которое приводит к изменению показаний счетчиков 35 и 36 и к изменению результирующего кода на выходе 40 устройства. Изменение только уровня жидкости в сосудах приводит к одинаковому прекращению показаний датчиков и ие влияет на результирующий код. Устройство содержит температурный компенсатор, который поддерживает постоянный уровень жидкости относительно сосудов при измеиении температуры. Это уменьшает движение жидкости по стенкам сосудов и уменьшает возможность залипания жидкости. При изменении температуры, например, при повышении, жидкость, увеличивая свой объем, стремится повысить уровень, но в это время температурный компенсатор, увеличивая свою длину (детали 30. 31 и 32 изготовлены из материалов с различными коэффициентами линейных расширений), преодолевая сопротивление пружин 33, раздвигает рачаги 7, которые через ролик 29 и кронштейн 28 растягивают упругие емкости 6, увеличивая объем последних. Длина температурного компенсатора, материал детален, составлянмцих компенсатор, и соотношение плеч рычагов 7 подобраны с таким расчетом, что fipn изменении температуры окружающей среды уровень жидкости относительно сосудов I остается постоянным. Для периодического контроля сохранения работоспособного состояния сосудов I последние отсоединяются от канала 5 по герметизированным шлюзам 3 и переставляются местами. В местах соединения канала 5 со шлюзами 3 канал содержит упругие элементы 4. Устройство по расчетным данным способно фиксировать наклонность оси с точностью не грубее 0,05 - при расстоянии между цапфами оси не менее 1,5 м. Измерение наклонности оси производится при любом положении трубы меридианного круга в те же моменты, в которые регистрируются время и зенитное расстояние звезды, это значительно повышает точность результата наблюдений, так как наклонность оси становится известной для каждого момента прохождения звезды. Устройство обладает быстродействием, которое обусловлено тем, что горизонт жидкости установлен на неподвижном фундаменте, а не на оси, наклон которой измеряется, и поэтому быстродействие ограничено только электронной аппаратурой и составляет миллисекунды. Использование устройства освобождает наблюдателя от дополнительной обработки измерений наклона оси по интерполированию измерений на наблюдения звезд. Устройство позволяет автоматизировать процесс измерения наклона оси с применением ЭВМ, с записью данных на перфокартах, перфоленте и на магнитной ленте. Формула изобретения 1. Устройство для измерения угла наклона горизонтальной оси объекта, содержащее сообщак)щиеся посредством канала сосуды, заполненные жидкостью с помещенными в них поплавками, измеритель уровня жидкости и блок отсчета, отличающееся тем, что, с целью обеспечения непрерывности определения наклонности оси астрономического инструмента, повышения точности, быстродействия и автоматизации измерений, измеритель уровня жидкости выполнен в виде птических решеток, снабженных взаимодейвующими упорами, один из которых выполен со щупами, прижатыми упругими элементами к цапфам горизонтальной оси интрумента, а другие установлены на поплавах, помешенных в сосудах, установленных а неподвижных фундаментах, причем укаанные решетки, оптически связаны с фотолектрической системой, расположенной на тде..|Тьном фундаменте и подключенной к приоду и блоку отсчета, а к каналу, соединяюему сосуды, подсоединена упругая емкость,

соединенная через контактирующие с ней рычаги с приводом.

жидкость в сосудах и канале в рассоединенном положении.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

фи2.2. ().

s/,Г

. /

Фа.г.6 /6 //