Датчик горизонта Советский патент 1980 года по МПК G01C9/28 

(54) ДАТЧИК ГОРИЗОНТА

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения горизонтального положения приборов и станков, и может быть использовано в приборостроении и машиностроении. Известны датчики горизонта, содержащие цилиндрическую ампулу с жидкостью и пузырьком и укрепленные над ней призменный блок, перекрывающий половину продольной части пузырька, и лупу, фокальная плоскость которой совмещена с концами пузырька. Две отражающие грани призменного блока наклонены над концами пузырька под углом 45° к ампуле, а расположенный между ними отражающий прямоугольный двугранник имеет общую с углом между указанными гранями вертикальную биссектриальную плоскость 1 и 2. При наблюдении в лупу пучки света от противоположных концов пузырька после отражения от наклонных граней и дву гранника объединяются и поступают в глаз оператора. Обычно в таких устройствах стремятся обеспечить нониальное наблюдение изображений противоположных концов пузьфька. используя повыщенную остроту зрения при визировании подобного рода. Однако этот датчик не обеспечивает истинно нониального визирования и вследствие этого имеет пониженную точность определения положения пузырька. Это обусловлено тем, что в поле зрения лупы нет четкой линии раздела между совмещаемыми четвертями изображения пузырька. Концы пузырька и линия раздела, образуемая ребром двугранника, не могут быть видны одновременно резко, поскольку находятся в разных плоскостях по глубине. Кроме того, призменный блок сложен в изготовлении и юстировке. Прямой угол двугранника должен быть отъюстирован с высокой точностью, чтобы избежать переналожения совмещаемых концов пузырька через линию раздела. Известен уровенный датчик горизонта, который содержит цилиндрическую ампулу с жидкостью и пузырьком, зеркало для подсветки и укрепленные над ампулой три зеркала и лупу. Зеркала выставлены перпендикулярно продольной плоскости симметрии пузырька. Два из них, по ширине равные диаметру ампулы, расположены наклонно над концами пузырька, отражающими гранями друг к другу. Третье разде„1ительное зеркало установлено между ними по одну сторону от продольной плоскости симметрии пузырька. Среднее и одно из крайних зеркал расположены по oTHonjeHnro друг к другу как отражающие грани пентапризмы. Выходной пучок света этой.пары зеркал вместе с пучком света, отраженным от второго крайнего зеркала, которое наклонено под углом 45° к ампуле, проходит лупу и поступает в глаз наблюдателя 3.

В этом устройстве линия раздела, образуемая краем разделительного зеркала, и концы пузырька также не видны в поле зрения лупы одновременно резко. Линия раздела размыта, а изображения совмещаемых четвертей пузырька накладываются друг на друга через эту линию раздела, снижая точность их взаимного совмещения.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому уровенный датчик горизонта, содержащий цилиндрическую ампулу с жидкостью и пузырьком, устройство для подсветки и укрепленные над ампулой разделительное зеркало, расположенное в поперечной плоскости симметрии ампулы и но одну сторону от продольной плоскости симметрии пузырька, и лупу с фокальной плоскостью, совмещенной с концами пузырька. Разделительное зеркало служит для разделения изображения пузырька на две нониально совмещаемые половины. Для излома оптимальной оси лупы в датчике установлено второе зеркало. В датчике имеется устройство для выверки и указатели направления выверки 4.

Наиболее существенным недостатком датчика является пониженная точность определения положения пузырька, что обусловлено отсутствием в поле зрения лупы четкой границы раздела между совмеш,аемыми четвертями изображения пузырька. Концы пузырька и линия раздела, образуемая краем разделительного зеркала, пе могут быть видны одновременно резко, поскольку находятся в разных плоскостях по глубине. Линия раздела размыта, а изображения совмещаемых четвертей пузырька накладываются друг на друга через эту линию раздела, снижая точность их взаимного совмещения.

Цель изобретения - повышение точности определения положения пузырька.

Указанная цель достигается тем, что в известном уровенном датчике горизонта, содержащем цилиндрическую ампулу с жидкостью и пузырьком, устройство для подсветки и укрепленные над ампулой разделительное зеркало, расположенное в поперечной плоскости симметрии ампулы и по одну сторону от продольной плоскости симметрии пузырька, а также лупу с фокальной плоскостью, совмещенной с концами пузырька, лупа выполнена бифокальной в меридиональном и сагиттальном сечениях, фокальная плоскость сагиттального сечения

лупы пересекает поверхность разделительного зеркала на оптической оси лупы, а с концами пузырька совмещена фокальная плоскость меридионального сечения лупы, расположенного в продольной плоскости симметрии пузырька.

На фиг. 1 изображен датчик, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сбоку; на фиг. 3 - поле зрения лупы.

Устройство содержит цилиндрическую ампулу 1 с жидкостью 2 и пузырьком 3. разделительное зеркало 4, которое расположено над ампулой 1 в ее поперечной плоскости симметрии и по одну сторону от продольной плоскости симметрии пузырька 3 так, что край 5 зеркала 4 лежит в этой плосj кости, лупу 6 и зеркало 7 для подсветки, установленное под ампулой 1. Лупа 6 выполнена бифокальной в меридиональном и сагиттальном сечениях (на чертеже соответственно обозначены М. С. и С. С). Меридиональное сечение лупы 6 совпадает с

0 продольной плоскостью симметрии пузырька 3, и фокальная плоскость этого сечения лупы совмещена с концами пузырька 3.

Сагиттальное сечение лупы 6 перпендиS кулярно продольной плоскости симметрии пузырька 3. Фокальная плоскость сагиттального сечения пересекает отражающую поверхность разделительного зеркала 4на оптической оси лупы 6. Поскольку концы пузырька 3 удалены дальще от лупы 6, чем 0 разделительное зеркало 4, то фокусное расстояние меридионального сечения лупы больще, чем фокусное расстояние сагитта.тьного сечения лупы. Для повыщения точности нониального совмещения концов пузырька неJ обходимо увеличивающее действие лупы ориентировать в направлении перемещения пузырька, поэтому меридиональное сечение лупы 6 расположено в продольной плоскости симметрии пузырька 3.

0 Б датчике лупа 6 выполнена в виде сферо-цилиндрической линзы. Меридиональное сечение лупы представляет собой положительный мениск, а сагиттальное сечение лупы - плоско-выпуклую линзу.

Устройство работает следущим образом. Свет падает на зеркало 7 и, отражаясь от него, освещает ампулу 1. Часть пучка света от правой продольной половины правого конца пузЕзфька 3 (фиг. 1, 2) отражается оТ разделительного зеркала 4 в лупу 6. В поле зрения лупы 6 (фиг. 3) эта четверть пузырька 3 наблюдается в виде изображения 3. Левая продольная половина правого конца пузырька 3 не отражается от зеркала 4 и потому ее не видно в поле зрения

лупы. Другая часть пучка света от правой продольной половины левого конца пузырька 3 перекрыта зеркалом 4 и не поступает в лупу 6. Эту четверть пузырька 3 в поле зрения лупы не видно. Свет же от левой

продольной половины левого конца пузырька 3 беспрепятственно проходит в лупу 6. Эта четверть пузырька 3 наблюдается в поле зрения лупы в виде изображения 3. Край 5 зеркала 4 виден в поле зрения лупы 6 как линия 5 раздела изображений 3 и 3 частей пузырька 3. В отгоризонтированном датчике изображения 3 и 3 пузырька совмещены по контуру вдоль линии раздела 5. При нарушении горизонтального положения датчика изображения 3 и 3 пузырька не совпадают по контуру вдоль линии раздела 5 (на фиг. 3 штриховые линии).

Бифокальная лупа может быть реализована самым различным образом. Она, например, может быть выполнена из двух цилиндрических плоско-выпуклых линз, образующие которых взаимно перпендикулярны, а направляющие имеют разный радиус. Однако, как бы ни была выполнена бифокальная лупа, действие ее реализуется только тогда, когда фокальная плоскость .меридионального сечения лупы совмещена с концами пузырька ампулы и само сечение расположено в продольной плоскости симметрии пузырька, а фокальная плоскость сагиттального сечения лупы пересекает поверхность разделительного зеркала на оптической оси лупы и расположена перпендикулярно продольной плоскости симметрии пузырька.

Такое выполнение устройства датчика позволяет повысить точность определения положения пузырька, поскольку и концы пузырька и линия раздела, образуемая краем зеркала, видны в поле зрения лупы одновременно резко, хотя и находятся в разных плоскостях по глубине. Перекрытие изображений совмещаемых четвертей пузырька через линию раздела здесь сведено к .миниму.му, поскольку соБ.мещае.мые четверти пузырька совпряжены с (iioKa.ibtitni плоскостью ориентированного сечения лупы, увеличивающее действие которого ориентировано в ьаправлении перемещения пузырька, т. е. вдоль линии раздела.

Формула изобретения

Датчик горизонта, содержащий цилиндр -д ческую ампулу с жидкостью и пузырьком, устройство для подсветки и укрепленные над ампулой разделительное зеркало, расположенное в поперечной плоскости симметрии ампулы и по одну сторону от продольной плоскости симметрии пузырька, и лупу с 5 фокальной плоскостью, совмещенной с концами пузырька, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения положения пузырька, лупа выполнена бифокальной в меридиональном и сагиттальном сечениях, фокальная плоскость сагиттального сечения лупы пересекает поверхность разделительного зеркала на оптической оси лупы, а с концами пузырька совмещена фокальная плоскость меридионального сечения лупы, которое расположено в продольной плоскости симметрии пузырька.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Деймлих Ф. Геодезическое инструментоведение. М., «Недра, 1970, с. 93-94. 2. Патент США ЛЬ 3694090, кл. 356- 148, опублик. 1972.

Фи.г.1

4

/,

3

3

Фиг.З