Устройство для определения угла наклона Советский патент 1983 года по МПК G01C9/32 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА

Изобретение относится к устройствам для определения угла наклона.

По основному авт. св. If устройство для определения угла наКлона содержит источник света, поля-ризатор, систему поворота плоскости поляризации линейно поляризованного луча, выполненную в виде оптически .прозрачного резервуара, который частично заполнен жидкостью, обладающей способностью естественного вращения плоскости поляризации, а также ауализатор и фотоприемный блок С1

Известные поляризационные устройства обладают высокой точностью измерения углов наклона, но для ее реализации требуется применение высокочувствительных и стабильных во времени фотоприемников и электронных усилителей или же использование жидкостей с большим коэффициентом поворота плоскости поляризации.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства без усложнения фотоприемного блока.

Поставленная цель достигается Олагодаря реализации принципа оптического усиления путем целесообразного изменения схемы прохождения линейно поляризованного луча, а именно в результате размещения между поляриза10 тором и анализатором минимум одной четвертьволновой фазовой пластинки, ось экстремальной скорости которой параллельна оси наибольшего пропускания поляризатора, и расположенно15 го за ней отражательного узла, возвращающего луч через пластинку и оптически прозрачный резервуар на анализатор.

20 Кроме того, в устройстве предусматривается четное число пар четвертьволновая фазовая пластинка ретроотражающий узел, при этом последовательные пары расположены 3ЭЭ с противоположных сторон резервуара при сохранении размещения поляризатора и анализатора с различных сторон резервуара. На чертеже показан один из канало предлагаемого устройстоа (построение второго канала для выбранной рабочей плоскости, в которой измеряется угол наклона, или остальных каналов для других рабочих плоскостей одинаково). Параллельный пучок света от источ ника света, сформированный с помощью коллиматора (источник света и коллиматор не показаны) направляется на поляризатор 1, а затем проходит через резервуар 2, частично заполненный жидкостью 3 обладающей способностью поворачивать плоскость поляри зации линейно поляризованного света в зависимости от толщины слоя жидкос ти, а тем самым и от угла наклона резервуара. За противоположным основанием резервуара 2 установлена первая четвертьволновая фазовая плас тинка i и ретроотражающий узел, состоящий из фокусирующей линзы 5 и зер кала 6. Такой узел может быть выполнен также с помощью призмы, обеспечивающий параллельно смещение отраженного луча. После прохождения четвертьволновой пластинки , линзы 5 и зеркала 6 световой пучок поворачивается на .угол 180 и снова направляется через резервуар 2 с жидкостью 3. Пройдя все пары, образованные пластинкой k и отражающим узлом 5 6 и выйдя из резервуара 2, световой пучок проходит модулятор 7 анализатор 8, и попадает в фотоприемник, подключенный к входам блока (не показаны) измерения .. Жидкости, обладающие естественным вращением плоскости поляризации линейно поляризованного света,, при прохождении через них света в прямом и обратном направлениях поворачивают .плоскость поляризации на один и тбт же угол, но с разными знаками. В ре зультате, прошедший дважды (туда и обратно) через такую жидкость линейно поляризованный пучок света не изменяет знака угла поворота плоскос ти поляризации. Четвертьволновая фазовая пластинка эквивалентна полуволновой фазовой пластинке при прохождении через нее линейно поляризованного света 4 и прямом и отраженном на 1ВО направлениях. Если линейно поляризованный пучок света проходит полуволновую фазовую пластинку под каким-либо углом между осью наибояьшей (наименьшей) скорости полуволновой фазовой пластинки и плоскостью поляризации, то вышедший из полуволновой фазовой пластинки световой пучок имеет тот же угол между указанными осью и плоскостью, но с обратным знаком, т.е. полуволновая фазовая пластинка совершает операцию зеркального обращения угла относительно ее оси наибольшей (наименьшей) скорости. Так как после каждого очередного прохождения линейно поляризованным лучом света слоя 3 Жидкости угол поворота плоскости поляризации накапливается, то для суммарного угла п.оворота плоскости поляризации справедлива зависимость (-1)-10-4-3, где п - количество прохождения лучом света слоя жидкости; Ч - угол поворота плоскости поляризации света при его однократном прохождении слоя жидкости . В целом работа предлагаемого устройства аналогична работе известного устройства и заключается в том, что оптические каналы формируют линейно поляризованные пучки света, слои 3 жидкости резервуара 2 поворачивают плоскость поляризации световых пучков на определенные углы. В результате на выходе фотоприемников вырабатываются электрические сигналы, параметры которых несут измеряемую информацию. Если, например, в качестве модуляторов использованы вращатели плоскости поляризации линейно поляризованного луча, то фазовый угол между электрическими сигналами фотоприемников прямо пропорционален углу наклона .устройства. Блок измерения в этом случае должен работать как фазометр. Введение четвертьволновых фазовых пластинок с отражателями увеличивает чувствительность, а следовательно, и точность измерения устройства. Чувствительность устройства может быть увеличена в 5 раз, сли, например, в каждом оптическом канале введено по четыре пары четверть599волновая фазовая пластинка - отражающий узел. Формула изобретения 1, Устройство для определения yi- ла наклона по авт. св. № , о тличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности без усложнения фотоприемного блока, в ходе лучей между поляризатором и анализатором установлены минимум одна четвертьволновая фазовая пластинка, ось экстремальной скорости которой параллельна оси наибольшего пропускания поляризатора, и расположенный за ней отражательный узел, возвра56 ... щающий луч через пластинку и оптически прозрачный резервуар на анализатор. 2. Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что оно содержит четное число пар червертьволновая фазовая пластинка-ретроотражательный узел, при этом последовательные пары расположены с противоположных сторон резервуара при сохранении размещения поляризатора и анализатора с различных сторон резервуара. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 649951, кл. Q 01 С 9/32, 1979.