Устройство для измерения углов наклона
Патент 547632
Авторы
Устройство для измерения углов наклона
Иллюстрации
Реферат
Сотов Советсиин
Сощиаяистимесних
Респ блин
О П И C А Й И Е д11 ве.уезд
ИЗОБРЕТЕЙИЙ (61} Дополнительное к авт. синд-ву (221 ЗаЯвлЕно 29.08.75 (21) 2175664/1 0 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл.е 01 С 1/00 (.; 01 С 9/02
Гасударственный номнтет
Совета Инннстров СССР оа делам неоаретеннй н атнрытнй (43) Опубликовано 25,02.77.Бюллетень ЗЙ 7 (оЗ} уды 528 54/ (45) Дата опубликования описания Э1.05.77 (72} Авторы изобретения
Ю. Г. Якушенков, B. Г. Серов и В. И. Метельский
Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (71) Заявитель
<54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ
НАКЛОНА
Изобрегение относится к приборостроению и предназначено для измерения углов наклона или поворота между объектами.
Известны устройства для определения ориентации удаленного объекта относительно трех осей. Эти устройства содержат осветитель, светоделитель, марку, установленную в фокальной плоскости объектива, прямоугольную четырехгранную пирамиду внутреннего отражения и фотоприемное устройство, 10 содержащее три пары фотоприемников, которые измеряют различнь е отраженные изображения (lj . Прибор измеряет тангаж, рысканье и крен. Точность этого прибора не может быть высокой, поскольку крен оцени- 15 вается по амплитуде светового потока, Известны также электрооптические измерительные устройства для определения относительных поворотов двух тел, расположен- gg ных на некотором расстоянии одно ст другого, которые содержат коллиматор и два фотоэлектрических канала, располагающихся по направлению соединительной линии на некотором расстоянии один от другого Я . Это устройство отличается сложностью, поскольку требует наличия трех холлиматоров.
Наиболее близким по своей технической сущности к описываемому устройству является креномер, содержащий осветитель, светоделитель,. выполненный в виде призмы сложной формы, объектив, и укрепленный на объективе отражаюший элемент, представляюший собой четырехгранную пирамиду, приемное и измерительное устройство (3) . Это устройство может оставаться работоспособным только при определенном, заранее рассчитанном небольшом расстоянии между объективом и отражаюшим элементом, так как отражающий элемент выполнен в виде четырехгранной пирамиды, а излучаюший и приемный тракты автоколлиматора имеют рассогласование, скорректированное в нулевом положении отражающим элементом. Кроме того, точность не может быть высокой, поскольку наклон оценивается по амплитуде светового потока.
11ель изобретения — расшчрение рабочего диапазона и повышение точности, а также
547632 измерение отклочений по двум координатам как по тангажу, так и по рысканью.
Это достигается тем, что между осветителем и светоделителем помещен голяризатор, перед объективом установлен поляризационный переключатель, блок управления которого соединен измерительным блоксм, а тражающий элемент выполнен В виде триппельпризмы, основание которой разделено на шесть секторов, из которых два смежных и 1О два им симметричных непрозрачны, а перед двумя Остальными на полуволновсй H íà фазовой пластинах установлены поляризаторы с ортогональными плоскостями поляризации.
Кроме того, на непрозрачное покрытие сек — 1Ü торов основания триппепь-призмы может быть нанесено зеркальное покрытие.
На фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2— разрез Л-А на фиг. 1 (вид на основание 20 триппель-призмы); на фиг. 3 показано автоколлимационное изображение в плоскости анализа.
Устройство имеет осветитель ", поляризатэр 2, светэделитель 3, объектив 4, yc— танэвленный в корпусе 5. Перед Объективом находится пэляризациэнный переключатель 6, который запитывается от блока управления
7, На объекте 8, выполненном с возможностью поворота вокруг оптической оси, закреп- лена триппель-призма 9 с известными отклонениями ее прямых углов, основание триппель-призмы 9 имеет 6 секторов 10-15 образованных проекциями трех ее ребер на основание.
Секторы 10, 11, 13, 14 основания призмы 9 имеют непрозрачное покрытие, перед сектором 12 на фазовой, например полуволновой пластине 16 установлен поляризатор
17, а перед сектором 15 на фазовой пластине 18 установлен поляризатор 19, причем плоскости максимального пропускания поляризаторов 17 и 19 взаимно ортогональны. Два автоколлимационных блика от лучей, g5 прошедших триппель-призму 9 с заданным отклонением, сориентированы относительно системы координат объекта. Блок управления 7 поляризационным переключателем 6 соединен с измерительным устройством 20 5Q автоколлиматора. На непрозрачные сектора
10, 11, 13 и 14 может быть нанесено зеркальное покрытие для обеспечения измерения отклонений как по тангажу, так и по рысканью. бб
Устройство работает следующим образом.
Свет из излучателя 1, попадая на поляризатор 2 и пройдя светоделитель 3, объективом 4 формируется в параллельный линейнополяризованный пучок лучистой энергии. При 60 нулевом значении управляющего наг ряжения этот пучок без поворота плоскости поляризации проходит поляризационный переключатель 6. Направленный на триппель-призму
9 свет пропускается только одним поляризатором, например 17, установленным на четверть — ВолпОВОй пластине 1 6 протиВ сек— тора 12 и гасится ортогонально расположечным поляризатором 19. Четверть — волновая ппастина преобразует пинейчо поляризованный свет в свет с круговой поляризацией, который без изменения коэффициента отражения, претерпевшим трехкратное внутреннее отражение, выходит из триппель-призмы
В секторе 1 5 (коэффициент отражения линейно-поляризованного света зависит от ориентации электрического вектора относительно плоскости падения). Свет, прошедший триппель-призму 9 и фазовую пластину 18, преобразуется в свет с поляризацией ортогональ1 ной свету, вьяшедшему из объектива 4, и поэтому проходит поляризатор 19 без гашения.
Этот пучок направляется на объектив с известным отклонением как по знаку, так и гго модул.о, зависящим только от отклонений прямых углов триппель-призмы и пройдя
) объектив 4, светоделитель 3 в плоскости анализа образует одно автоколлимационное изображение. Остальные пять автоколлимационных изображений отсутствуют: четыре — за счет того, что секторы 10, 11, 13 и 14 имеют непрозрачное покрытие, а пятое — изза того, чтэ прямой свет эт объектива 4 не проходит через поляризатор 19.
При повороте объекта 8 вокруг оси и жестко связанной с ним триппель-призмы 9 автоколлимационное изображение поворачивается в ту же сторону и на тот же угол, при этом по модулю это отклонение не изменяется, так как оно определяется только отклонением в изготовлении прямых углов триппель-призмы.
На поляризационный переключатель от блока егэ управления 7 подается циклически меняющееся полуволновое напряжение, поворачивающее плоскость проходящего света на 90О, и в плоскости анализа появляются два симметричных автоколлимационных изображения. Яркость этих изображений циклически изменяется, причем амплитудное значение яркостей находится в противофазе.
Из блэка 7 управления пэляризациэннэго переключателя на один из входов фазового дискриминатора измерительного устройства
20 поступает опорный сигнал, соответствующий,:- априь:ер, нулевому отклонению плоскости поляризаций света, прошедшего через поляризационный переключатель 6. На дру547632
"ой вход дискриминатора поступает сигнал из приемного устройства.
Таким образом,. удается проследить за разворотом только одного автоколлимационного изображения и, следовательно, однознач- но судить о величине крена в пределах 360о.
Так как отражающим элементом является триппель-призма, в предлагаемом автоколлиматоре смещение изображений не происходит при значительных разворотах триппель-приз- Ip мы по тангажу и рысканью и при значительных (до 500-600 м) удаленчях триппельпризм от объектива.
Предлагаемая конструкция креномера обладает высокой чувствительностью. Так,для 15 измерения крена удаленных объектов (дальность 500-600 м) может быть использована триппель-призма с отклонениями от прямого угла 5" (угл. сек.), а. уже достигнутая точность в измерении отклонения ав- 20 токоллимационного изображения может быть принята 0,01 " (угл. сек.). Следовательно, точность в измерении крена может быть оценена отношением 0,01/5=0,002, что соответствует точности 7 (угл. сек.) . .При 25 измерении крена объекта, расположенного в непосредственной близости от объектива, отклонение прямого угла триппель-призмы мо— жет быть значительно увеличено и доведейо о до 1, при той же точности автоколлимато- 30 ра точность в определении крена может быть доведена до 1" (угл.сек.) ..
При нанесении на непрозрачные секторы триппель-призмы зеркального покрытия в плоскости анализа появляется еще одно изоб-З5 ражение, яркость которого не изменяется во время работы поляризационного переключателя и, следовательно, этот сигнал может быть выделен и использован для измерения крена по двум координатам.
Формула изобретения
1. Устройство для измерения углов наклона, содержащее источник света, светоделитель, объектив, приемный и измерительный блоки и отражающий элемент, укрепленный на контролируемом объекте, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширечия рабочего диапазона и повышения точности, в нем между осветителем и светоделителем помещен поляризатор, перед объективом установлен поляоизационный переключатель, блок управления которого соединен с измерительным блоком, а отражающий элемент вь полчен в виде триппель-призмы, основание которой разделено на шесть секторов, из которых два смежных. и два им симметричных непрозрачны, а перед двумя остальными на полуволновой и на фазовой пластинах установлены поляризаторы с ортогональными плоскостями поляризации.
2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ощ е е с я тем, что, с целью измерения отклонения по двум координатам, в нем на непрозразчные сектора основания триппельпризмы нанесено зеркальное покрытие.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Патент США № 3443872, кл. 356-147, опубл, 13.05.69 г.
2. Патент ФРГ ¹ 1274357, кл. 42 С 39/20, опубл. 01.08.68 г.
3. Патент CILIA ¹ 3241430, кл. 88-14, опубл. 25.05.1966 г. (прототип).