Фотоэлектрическое устройство для измерения угла наклона объекта

Патент 690289

Авторы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Сове Советских

Сецивлистических

Реслублии (61) Дополнительное к авт. санд-вувЂ” (22) Зайалано270777 (2t) 2514151/18-10 с присоединением заявки М9вЂ” (23) Приорнтет(51)М. Кл.

G 0l С 9/06 а 01 С 7/04

Гоеударстееииый комитет

СССР по делам изобретений и отирытий (S3) УДК 528.541, (088. 8,).

Опубликовано 05.1079. Бюллетень ЙУ 37

Дата опубликования описания 05.10.79

М. П. Андронов, В. Н. Бунзя и Е.Б. Назаренко (54 ) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛА HAKJlOHA ОБЪЕКТА

И обретение относится к области измерительной техники.

Известно фотоэлектрическое устройство для определения углов наклона объектов (1), имеющее датчик наклона высокой точности и балансную схему съема сигнала, в которую включены фотоприемники.

Однако эта схема дает большую погрешность из-за дрейфа фотоэлементов. Кроме того, недостатком устройства является то, что результат измерений получается в аналоговом виде, а это требует сложных электронных схем для преобразования сигнала в цифровую форму . Необходимость преобразования сигнала в цифровую форму обуславливается тем, что обработка сигналов с точностью до единиц минут может производиться только цифровыми устройствами.

Известны оптические устройства для преобразования угла наклона в последовательный код (2) которые не создают обратного воздействия на чувствительный элемент. Однако эти устройства не объединены с маятниковой системой.

Известно устройство для измерения углов наклона, содержащее корпус, ампулу с жидкостью, служащую датчиком горизонта, источник света, фотоприемкик и электронную схему, которое позволяет получить результаты измерения в цифровом коде (3).

Это устройство имеет ограниченное применение, поскольку жидкостный уровень не может работать при вибрациях, так как отражающая поверхкость жидкости становится не плоской, что ведет к неопределенности сигнала, либо вообще к его исчезновению. Кроме того, существенными недостатками такого устройства являются сложность технологии изготовления внутренних конических зеркальных поверхностей и необходимость высокой точности обработки ампулы жидкостного уровня. устройства для измерения углов наклона объектов (4) и (5) усовершенствованы по сравнению с предыду«щими.Эти устройства (5) более поосто реализуются за счет исключения сложной оптико-механической системы и замены ее электронно-лучевой трубкой.

ЗО

690289

Однако их применение в бортовой и технологической аппаратуре еце более ограничено, так как электронно-лучевая трубка является громоздкой и хрупкой конструкцией.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрическое отсчетное устройство (6)р которое содержит маятнико". вый датчик угла наклона со щелью,, сканирующее устройство с растровой

Шкалой, фотоэлектрические датчики, соединенные через ключ со счетчиком импульсов.

Однако это устройство также име ет недостатки: подвеска чувствительного маятника выполнена на осях, осветитель и фотоприемник установлены на сканируюцем устройстве.

Выполнение поднеса маятника на.

Шарикоподшипниках при габарите, прифмлемом для п1эактичес1<ОГО испОльЗО = . вания, выэынае погрешность порядка дес ятков у гл оных минут .

Реальные малогабаритные маятниковые датчики имеют OCH диаметром

Порядка О, 3 мм, подвешены н каменных опорах, и для снижения трения н опорах корпус заполняют жидкостью, причем маятник балансируется в жид1(ости. Для исключения раэбаланса

Маятника в жидкости при изменении температуры окружаюцей среды имеетоя система терморегулирования.

Съем значения угла наклона. Производится в аналоговом виде.

Естественно, что такая конструкцйя имеет большие сложность и стоимость, Закрепление н прототипе освети-теля и фотоприемника на сканируюцем устройстве требует введения гибких токоподнодов для осущестнления пита-ния и съема сигнала.

Дпя получения д-.стонерных значений угла наклона при использовании в условиях вибрации, напри11ер на вибростенде, сканируюцее устройство должно перемещаться с частотой порядка единиц герц.

При этом гибкие токоподноды являются ненадежным H HG з<онструктиттни элементом. Целью иэОбретения Явлряется ПОнышение тОчнОсти и надежнОсти ФОтоэлек трическОгo устрОйства для измерения углсн наклона.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено автоколлимационной системой, в параллельном пучке которой расположено зеркало, укрепленное горизонтально на

МаЯТНИКЕр ПОДНЕШЕННОМ HB ШПИЛЕр а в фокальнОЙ плоскОсти ук«аэаннОЙ сис" темы неподвижно установлен излучатель -и выполненная на сканирующем устройстве анализирующая цельр а

2() р р

« « р 5, З()

Я фотоприемник маятника закреплен неподвижно за анализирующей щелью.

На фиг. 1 показана схема Описываемого устройства; на Фиг. 2 и 3 основные его ни да; на Фиг. 4 - конструкция эеркалького уровня1 на фиг.

5 и б - разрезы устройства.

В маятнике 1 (Фиг.l) установлен шпиль 2р зРпиРающийся на пОдпЯтник 3, Сверху на маятнике горизонтально закреплено зеркало 4.

В Фокальной плоскости объектива 5 находятся излучатель-светодиод 6 и анализирующая цель 7, за которой непоцнижно расположен Фотоприемник

Анализирующая цель 7 связана со сканирующей рамкой 9. На сканирующей рамке 9 закреплена растроная шкала

10 с эеркальньн1И полосками.

По одну сторону растровой 1эешетки . >P сп(злОжен сн етОДНОД l 1 р Объектив

42 и фотопрнемник 13.

Перемещение сканирующей рамки 9 производится при помоци двигателя

14 кулачком 15 через рычаг 16, BBI

l9.

Механизм установлен в корпусе 20 (фиг. 2) . В нижней части корпуса 20 установлен корпус 21 маятникового датчика. В верхней части корпуса 20 расположены направляющие 22 сканируюцей рамки 9.

Сканирующая цель 7 выполнена на стеклянной пластинке 23, устанонленной н ра:

2р) .

В рамке 9 установлен подшипник

?5 на оси 26 (фиг.б) . Рамка 9 под= тягивается пружиной 27 (Фиг.2), эацепляющейся эа штырь 28, при этом подшипник 25 упирается н планку 29.

На Вам,:<е 9 1Цзи . .О14О1

Ддя предотвращения засветки ФОтоприемника 8 !IpH пе1земещ1ении рамки 9 i< ней и ст(з1п<ам 33 1цзиклеент шторки 34 (

11уз1ачок 15 входи".вЂ” н паз рычага

l6, который закреплен на осн 17.

В вырез рычага 16 входит 1дтифт 36, запрессованный B ocI 24. 1GIIBHH314 закрывается крышкой 37, 690289

В герметичном корпусе 21 датчика установлен объектив 5, который прижимается кольцом 38. Внутри корпуса расположен маятник 1 со шпилем 2.

Подпятник 3 установлен в стойке

39, которая закреплена в полушарии

40. Полушарие 40 при помощи кольца

41 крепится в корпусе 21.

Для нормальной работы датчика после переворачивания предусмотрены диафрагмы 42 и 43.

Полость уровня заполнена силиконовой жидкостью 44. Компенсация изменения объема жидкости при изменении температуры осуществляется сильфоном 45. Сильфон . крепится кольцом

46. Герметизация обеспечивается резиновым кольцом 47. Заливка жидкости осуществляется в отверстие, закрытое винтом 48, Устройство работает следующим об, разом.

Излучение светодиода 6 (фиг. 1), имеющего область свечения ч виде узкой полочки (штриха), при помощи объектива 5 преобразуется в параллельный пучок, который отражается от зеркала 4 уровня и, проходя объектив 5 вторично, дает изображение светящейся области (штриха) светодиода 6 в плоскости щели 7. При вертикальном положении всего устройства и среднем положении рамки 9 фэображение штриха совпадает со щелью 7. При отклонении устройства от вертикали на некоторый угол зеркало 4 остается в горизонтальном положении, а иэображение штриха совмещается в плоскости щели пропорционально углу поворота корпуса относительно зеркала 4. В процессе работы устройства двигатель 14 вращает кулачок 15, который приводит рычаг 16 в колебательное движение относительно оси 17. Рычаг, в свою очередь, приводит в возвратно-поступательное движение направляющую ось рамки 9 с оптическими деталями 10 и 23 (фиг.2). Таким образом, в некотором положении рамки 9 изображение светящейся области светодиода 6 попадает в щель 7 и на выходе фотоприемника 8 появляется отсчетный импульс.

Излучение от светодиода 11 (фиг.

5), имеющего святящуюся область в виде узкой полоски, объективом 12 фокусируется в плоскости растровой шкалы 10, движущейся поступательно.

Если световой пучок попадает на отражающую полоску, то он направляется в фотоприемник, при попадании

5 на прозрачный участок растра световой пучдк не попадает в приемник.

При движении рамки 9 и шкалы 10 с растром световой пучок модулируется, и на выходе фотоприемника 13 появляются импульсные сигналы счетные импульсы .

Получающиеся при работе устройства счетные импульсы и отсчетный импульс поступают в электронный блок 18 и затем в счетчик импульсов

Формула изобретения

20 Фотоэлектрическое устройство для измерения угла наклона объекта, содержащее маятниковый датчик угла наклона, сканирующее устройство с растровой шкалой, и элучатель, фотоприемники, соединенные через электронную схему со счетчиком импульсов, двигатель,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно снабжено автоколлимационной системой, в параллельном пучке которой расположено зеркало, укрепленное горизонтально на маятнике, подвешенном на шпиле, а в фокальной плоскости указанной системы неподвижно установлен излучатель, анализирующая щель выполнена на сканирующем устройстве, а фотоприемник маятника установлен неподвижно эа анализирующей щелью.

4Q Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 450079, кл. G 01 С 9/36, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

45 Р 360684, кл. G 08 С 9/06, 1972.

3. Авторское свидетельство СССР

М 343145, кл. G 01 С 9/06, 1972.

4. Патент США 9 2557340, кл. 88»1, 1960.

5. Авторское свидетельство СССР

М 354261, кл. G 01 С 9/06, 1972.

6. Авторское свидетельство

Р 413377, кл. G 01 С 7/04, 1974 (прототип).

69О289

Составитель Л. Колюбакина

Редактор Л.Бибер ТехредС,Андрейко Корректор Г.Решетник

Заказ 5948/Зб Тираж 866 Подпис ное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная,4