Устройство для определения угланаклона
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К: АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (! i! 8И075
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.04.79 (21) 2747582/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень № 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М. Кл. б 01С 9/18
G 01С 9/06
Государственный комитет (53) УДК 528.541 (088.8) по делам изобретенийи открытий (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА НАКЛОНА
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения углов наклона.
Известны устройства для определения угла наклона, содержащие резервуар, ча- 5 стично заполненный ртутью, и жестко связанную с ним оптическую систему, включающую источник света, фокусирующую линзу и мишень (1). Световой луч направляется под углом к поверхности ртути и отра- 10 жается от нее на фокусирующее зеркало, на котором рассматривают изображение. О горизонтальности судят по углу наклона изображения мишени.
Известны устройства для определения 15 угла наклона, содержащие заполненный жидкостью резервуар, оптическую систему, преобразователь и измерительный блок (2).
Известно также устройство для определения угла наклона, содержащее резерву- 20 ар, который выполнен в виде цилиндра с плоским дном и крышей и заполнен электролитом, и две пары электродов, которые включены в мостовые измерительные схемы (3). 25
Недостатком этих устройств является низкая точность измерения при работе в широком диапазоне измеряемых углов наклона.
Цель изобретения — повышение точности 30 измерения в широком диапазоне измеряемых углов.
Эта цель достигается тем, что в устройстве для определения угла наклона, содержащем ампулу с жидкостью и схему измерения, последняя выполнена в виде дифференциального квантового магнитометр а с ячейками поглощения, а ампула заполнена магнитной жидкостью и установлена симметрично между указанными ячейками поглощения.
Магнитные жидкости представляют собой коллоидные растворы с взвешенными в них ферромагнитными частичками, размео ры которых колеблются от 30 до 150 А.
Так как скорость оседания частичек под действием силы тяжести меньше скорости их броуновского (теплового) движения, то растворы практически не стареют и не разлагаются, а после снятия магнитного поля полностью восстанавливают свои характеристики.
Квантовые магнитометры выполнены на основе ячеек с парами какого-нибудь щелочного элемента, например с парами цезия 133. При прохождении через эту ячейку циркулярно поляризованного пучка света, излучаемого лампой, наполненной такими же парами, и при воздействии на ячейку
811075 постоянного и синфазного переменного магнитных полей, на выходе ячейки световой пучок модулируется по частоте.
При нормальном (обнуленном) состоянии уровень (слой) магнитной жидкости в ампуле одинаков по всей ее поверхности, следовательно, магнитные поля дифференциального квантового магнитометра, пересекающие кюветы и края ампулы с магнитной жидкостью, тоже одинаковы и выходные сигналы магнитометра, представляющие собой частотно-модулированные электрические сигналы, равны между собой или находятся в каком-либо известном отношении. В случае наклона ампулы с магнитной жидкостью (точнее наклона всего устройства для определения угла наклона) равенство указанных магнитных полей нарушается из-за разного по толщине слоя магнитной жидкости, что вызывает на выходах дифференциального квантового магнитометра разные по частоте электрические сигналы.
На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства для определения угла наклона; на фиг. 2 — вид А фиг. 1.
Устройство содержит ампулу 1, частично заполненную магнитной жидкостью 2, и схему измерения, выполненную в виде дифференциального квантового магнитомера, включающего источник света 3, возбуждаемый высокочастотным генератором 4, на пути излучений источника света последовательно установлены коллиматоры 5 и 6, зеркала 7 и 8, линейные поляризаторы 9 и
10, четвертьволновые пластинки 11 и 12, ячейки поглощения 13 и 14, наполненные таким же веществом (газом или паром), каким заполнен источник света 3, и окруженные намагничивающими катушками 15 и 16, а также фотоприемники 17 и 18, электрически связанные через широкополосные усилители 19 и 20 с входами измер и тел я ч а стоты 21.
Устройство работает следующим образом.
Свет от источника света 3, возбуждаемый электромагнитным полем высокочастотного генератора 4, с помощью коллиматоров 5 и
6 формирует я в параллельные пучки и, отразившись от зеркал 7 и 8, направляется на поляризаторы 9 и 10. Затем линейнополяризованные пучки света с помощью четвертьволновых пластинок 11 и 12 преобразуются в циркулярно поляризованные пучки и направляются на ячейки поглощения 13 и 14.
В результате взаимодействия циркулярно поляризованных пучков с собственным магнитным моментом вещества ячеек 13 и
14, к которым приложено постоянное магнитное поле катушек 15 и 16 (источникэтого поля не показан), световые пучки на выходе ячеек модулируются по интенсивности определенной частотой. При этом частота о
3О
55 ь о
65 модуляции световых пучков определяется в основном приложенным к ячейкам 13 и 14 постоянным магнитным полем.
Для обеспечения устойчивой работы квантового магнитометра с выхода широкополосных усилителей 19 и 20 к катушкам
15 и 16 подводятся переменные электрические сигналы, т. е. система ячейка поглощения — фотоприемник — широкополосный усилитель образует автогенератор. Таким образом, на выходе фотоприемников 17 и
18 и усилителей 19 и 20 появляются электрические сигналы определенной частоты, которая при использовании источника света и ячеек с наполнением парами цезия 133 и приложенного постоянного магнитного поля менее 1э составляет сотни килогерц.
Измеритель частоты 21 предназначен для регистрации величин частот электрических сигналов или их разности. Если магнитные сопротивления для полей, пересекающих ячейки поглощения и части ампулы 1 с магнитной жидкостью, равны и обеспечена идентичность других параметров квантового магнитометра, то частоты электрических сигналов на входах измерителя частоты 21 равны.
При наклоне устройства толщина слоя магнитной жидкости 2 в ампуле 1 становится неравномерной, нарушается равенство магнитных сопротивлений для полей ячеек 13 и 14 и на выходах широкополосных усилителей появляются разные по частоте электрические сигналы. По разности частот этих сигналов, измеренных измерителем частоты 21, судят об угле наклона устройства.
Так как чувствительность квантовых магнитометров к изменению магнитного поля черезвычайно велика и составляет
0,01 гамма/герц, то чувствительность (точность) устройства может быть доведена до
0,01+0,001 угл. сек.
Предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность измерения в широком диапазоне измеряемых углов и частотную форму выходного сигнала.
Формула изобретения
Устройство для определения угла наклона, содержащее ампулу с жидкостью и схему измерения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения в широком диапазоне измеряемых углов, схема измерения выполнена в виде дифференциального квантового магнитометра с ячейками поглощения, а ампула заполнена магнитной жидкостью и установлена симметрично между указанными ячейками поглощения.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1, Патент Японии № 49 — 909, кл, 107Е5, опубл. 1974.
811075
i à
Аг. /
Составитель Л. Колюбакина
Техред И. Заболотнова
Корректоры: В. Нам и А. Галахова
Редактор М. Стрельникова
Заказ 357/13 Изд. № 189 Тираж 661 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр, Сапунова, 2
2, Авторское свидетельство СССР № 649951, кл. G 01С 9/32, 14.06.76.
3. Патент США № 3447028, кл. 33-206, опубл. 1969 (прототип).