Устройство для определения угла наклона объекта Советский патент 1982 года по МПК G01C9/12 

(54) УСТЮЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

ОЕЬЕКТА

I

Изобретение относится к измерительной технике н может быть использовано в машиностроении и приборостроешш при автоматизации процесса измерения углов наклона Лъектов.

Известны устройства для определения углов наклона объектов, содержащие свободно подвешенное в кардановом подвесе зеркало, укрепленное на маятнике, источник света и .фотоприемники П.

Однако устройства имеют невысокую точ ность вследствие влияния момента трения в кардановом подвесе маятника и не позволяют получить результат измерения в цифровом виде..

Известны устройства для определения углов наклона, которые позволяют получить результат измерения в цифровом виде, включающие в себя оптико-механическую систему для развертки измеряемых углов и в качестве чувствительного элемента - ампулу с ртутью 2.

Эти устройства отличаются сложностью в изготовлении. Кроме того, они требуют применения электронной цифровой вычислительной

машины (ЭЦДМ), что ограничивает их использование.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности н достигаемому результату является устройство для определения угла наклона объекта, содержащее в качестве чувствительного элемента вертюсальный маятник, жестко связанный с пмкой магнитоэлектрического прибо я и с зеркалом, а так же приемо-передающую систему, включающую источ10ник света и фотоприемники 3.

Недостаток этого устройства состоит в том, что оно не позволяет получить высокой точ- , ности измерений.

Цель изобретения - повышение точности

15 измерения.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения угла наклона объектов, содержащем чувствительный элемент в виде расположенной в поле постоянного маг20нита рамки магнитоэлектрического прибора, . обладающей маятниковостью, на оси которой установлено зеркало, а на объекте укреплена приемо-пёредающая система, состоящая из не39точника света, находящегося в фокусе объектива, разделительной призмы, координатного фотоприемника, последовательно соединенного с триггером, электронного коммутатора и вычислительного устройства, в приемо-передающей системе разделительная призма вьшолнена в виде призмы с полным внутренним отра жением, а выходы триггера подключены параллельно к вычислительному устройству и электронному коммутаторучерез введённый в устройство стабилизатор амплитуды импульсов.. , На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма на вь1ходе триггера при горизонтальном положении объекта; на фиг. 3 - действие призмы полного внутреннего отражения. Устройство содержит чувствительный элемент 1 в виде рамки магнитоэлектрического прибора, обладающей маятниковостью. На оси рамки укреплейо плоское зеркало 2. Рамка 1 находится в поле постоянного магнита 3. Приемо-передающая система, укрепленная на объекте, состоит из источника 4 света, объектива 5, разделительной призмы 6 и координатного фотоприемника 7 (разрезного двухплощадочного фотодиода). Маятник вьтолнен с возможностью совершать колебания в вертикальной плоскости. Площадки фотоприемника подключены через формирователи 8 ко входам триггера 9, на выходе которого стоит стабилизатор 10 амплитуды импульсов. Затем сигнал поступает на вход цифрового вычислительного устройства 11 и на вход электронного коммутатора 12, соединенных параллельно. Выход электронного коммутатора 12 соединен с рамкой 1 магнитоэлектрического прибора. Устройство работает следующим образом. При горизонтальном положении объекта (фиг. 2) рамка 1 совершает колебания относи тельно вертикали. Если луч света от источника 4 попадает на одну из площадок фотоприемника, то сигнал с этой площадки после усиления и формирования поступает на вход триггера 9, выходной стабилизированный сигнал с которого воздействует на электрошаш коммутатор 12, кото-. рый управляет током в рамке 1. При колебании рамки происходит освещение одной или другой площадаси фотоприемника и ток в рамке 1 изменяет направление, что изменяет направление поворота рамки и связанного с ней зеркала 2. При этом временные интервалы отдельных состояний триггера ti и tj равны tj ta,. причем величина среднего момента, приложенного к рамке, равна нулю. При наклоне объекта на угол d происходит смещение приемо-передающей системы относительно рамки. На рамку будет действовать момент от силы тяжести Р Р . sin а , где Р - вес рамки, обладающей маятниковостью, f - расстояние от точки креплешш до центра тяжести рамки. При этом временные интервалы tj t tj На оси маятника возникает механический момент, который поворачивает ось рамки на угол а. Величина угла наклона а может быть вычислена по формуле а arcsin - г Т - период колебаний маятника. Эту зависимость решает цифровое вычислительное устройство время-импульсного типа. Для повышения чувствительности устройства между зеркалом 2 и фотоприемником 7 введена разделительная призма 6 (призма полного внутреннего отражения). Принцип действия этой призмы сводится к следующему. Параллельный пучок лучей света падает на основание стеклянной призмы б. Углы при основании призмы равны критическому углу материала, и, которого изготовлена призма. Вследствие этого все лучи, падающие перпендикулярно основанию претерпе.вают полное внзтреннее отражение. Некоторое количество света проходит через боковые грани призмь и попадает на площадки фотоприемкика 3 (вслествие диффракции и хроматизма). Сигналы с обоих площадок ощшаковы по величине и противоположны по знаку, поэтому выходной сигнал равен нуЛю. Если луч света, падающий на основание призмы, отклоняется от нормали, то вследствие того, что угол падения на одной из граней становится меньше критического энергия одного из преломленных пучков резко возрастает. При этом на вь1ходе появляется сигнал. Высокая чувствительность устройства является следствием резкой зависимости отношения энергии преломленного пучка к энергии падающего пучка от величины угла падения. - Техническая эффективность предлагаемого устройства состоит в возможности уменьшения в три раза относительной погрешности измерения углов-наклона объектов. Предлагаемое устройство позволяет автоматически измерять углы наклона с ±5 в диапазоне ±2 при выдаче результатов в цифровом виде. 5924 Формула изобретения Устройство для определения yrjia наклона объекта, содержащее чувствительный элемент в виде расположенной в поле постоянного магнита рамкн магнитоэлектрического прибора, обладающей маятниковостью, на оси которой установлено зеркало, а на объекте укреплена приемо-передающая система, состоящая из источника света, находящегося в фокусе обьектива, разделительной призмы, координатного фотоприемника, последовательно соединенйото с триггером, электронного коммутатора и вычислительного устройства, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности измерения, в приемо-передающей системе разделительная призма выполнена в виде призмы с полным внутренним отражением, а выходы триггера подключены параллельно к вычислительному устройству и эюктроняому коммутатору через введенный в устройство стабилизатор амплитуды импульсов. Источники информации, принятые во внимание при зкокртизе 1.Авторское свидетельство СССР № 309240 кл. G 01 С 9/36, 10.11.70. 2.Авторское свидетельство СССР Н 343145, кл. G 01 С 9/06, 26.10.70. 3.Авторское свидетельство СССР Н 105471, кл. G 01 С 9/12, 07.10.54 (прототип).

У

11