Устройство для измерения угловых смещений объектов

И С А Н И Е (И 1 612149ИЗОВРЕТЕИ ИЯ К АВТОРСКОМУ СВМДИТВЛЬС 7 ВУ Союз Советских Соцналмстичесних Республик(23) Приоритет(43) Опубликовано 25,06,78.Бюллетень23 судврствавнвфй кваетатвавтв твеватрвв СССРвв далвм взобратаейм вткртатвй(У 2) Леторц изобретеии А Заттарннньтй, В Громов, А, С,осковскнй институт инженеров геодезииаэрофотосъемки и картографии(71) Заявитед 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ СМЕЩЕНИЙ ОВЬЕКТО Изобретение относится к геодезическому приборостроению, точнее к геодезическим автоматическим устройствам для измерения угловых смещений двух разнесенных по положению объектов.Известно фотоэлектрическое устройство для измерения угловых перемещений объекта, выполненное по автоколлимационной схеме и содержащее неподвижные стеклянныЕ пластины, подвижную стеклянную пластину, связанную с неподвижными пластинами сильфонами, заполненными жидкостью, и имеющую возможность вращения, датчик угла поворота, жестко скрепленный с подвижной пластиной, двигатель отработку, имеющий кинематическую связь с подвижной пластиной и датчиком угла поворота, объектив, оптически связаньый с неподвижными пластинами, неподвижную ана. лнзирующую призму со светящейся фаской, установленную в фокальной плоскости объектива, и фотоприемники с электронным блоком 1),Известное устройство характеризует нарушение герметизации сильфонов при вибрации, зависимость показателя преломления жидкости от температуры, а также возмущение (турбулентные потоки) жидкости при повороте подвижной пластины, во значительно влияет на 2условия прохождения светового потока и при.водит к снижению точности измерения.Наиболее близким к изобретению по технической с,цности и достигаемому результату является устройство для измерения угловых смещений объектов, содержащее осветитель с модулятором, систему со светоделителем, позиционно-чувствительный датчик, расположенный за светоделителем, следящий электропривод, измерительный механизм, кннематически связанный с электроприводом, и плоское зеркало, кестко укрепленное на объекте 2.Позиционно-чувствительный датчик с призмой-ножом установлен в фокальной плоскости объектива автоколлнмационной системы и имеет возможность поступательного перемеще- И ния перпендикулярно к оптической оси, Следящий электропривод кинематически связан с позиционно-чувствительным датчиком.Однако в автоколлимационной схеме такого устройства анализ углового смещения объекта осуществляют по анализу линейного смещеннг автоколлнмацнонного изображения в фо каллной плоскости объектива автоколлимацион.ной системы, а измерение этих линейных сме.щений выполняют непосредственным смещенн.ем позиционно-чувствительного датчика. Точ ность измерений такого устройства ограничи, вается нелинейностью тангенцнальной функции,описывающей характер перемещений изобра жения на позиционно-чувствительном датчикепри измерениях, а также точностью выполнения измерительных звеньев устройства 5Указанное устройство также яе позволяетвыполнять измерения в диапазонах большихуглов (+10 - 20 и более) при значительныхрасстояниях до объекта (10 м и более), таккак в этих случаях значительно возрастаютгабариты объектива и всей оптической сис ртемы и такие поборы становятся неприемлимыми.Предлагаемое устройство отличается тем,что, с целью расширения диапазона измерения и повышения точности, автоколлимационная система выполнена телескопической с ком 15пенсатором в виде плоского поворотного зеркала, расположенного между ее окуляром исветоделителем и кинематически связанного соследящим электроприводом, а позиционно-чувствительный датчик выполнен неподвижным. рНа чертеже изображена принципиальнаясхема устройства.Устройство содержит автоколли мационнуюсистему, включающую объектив 1, окуляр 2,зеркало-компенсатор 3 и светоделитель 4, позйцнонно-чувствительный датчик, включающийобъек 1 ив 5, призму-нож 6 и фотоприемник 7;"разуют следящую углоизмерительную систему,Элементы осветителя-объектив 10, щель 11,конденсатор 12, излучатель 3 и модулятор 4устанавлимются последовательно за светоделителем 4, причем излучатель 13 установлен в40задней фокальной плоскости конденсРра ., 12,Кель 11 располагается перед .конденсором 12 в задней фокальной плоскости объектива,10 осветителя, а модулятор 14 - междуконденсором 12 и щелью. 11,Осветитель устанавливают так, что,излучаемый световой пучок попадает на зеркало-компенсатор 3.Лучи света, выходящие из осветителя (элементы 10 - 14), попадают на светоделитель 4,расположенный между вероналом-ком пенсатором 3 и осветителем, и далее идут иа зеркалокомпеисатор 3. Зеркало-компеисатор 3 установлено в выходном зрачке телескопической системы, образованной объективоми окуляром 2, и имеет воэможность вращаться относительно одной из своих оптических осей, Объектив 5 позиционно-чувствительного датчика помещен на пути оптических лучей системы непосредственно за светоделителем 4 перед призмой-ножом б. фв Призма-нож расположена в фокальиой плос.кости объектива 5, а фотоприемники 7 - по обестороны нз призмы-ножа 6. Электродвигательс редуктором следящего электропривода 8 управления перемещениями зеркала.компенсатора кинематически связан (на чертеже связь показана штрихами) с зеркалом-компенсатором 3через измерительный механизм 9,Устройство работает следующим образом.Поток излучения от излучателя 13 конденсором 12 проецируется в плоскость щели 11и далее объективом 10 направляется на светоделитель 4 и зеркало-компенсатор 3. Излучение, отраженное зеркалом 3, направляетсяв телескопическую систему и по выходе изобъектива 1 падает на плоское зеркало 15,жестко закрепленное на наблюдаемом объекте.Отраженный от зеркала 15 пучок лучейвновь возвращается в объектив 1 телескопической системы и, пройдя окуляр 2 телескопическои системы, эеркалом-компенсатором 3 припомощи светоделителя 4 направляется на позиционно-чувствительный датчик следящей системы.Объектив 5 позиционно-чувствительного дат.чика фокусирует пучок лучей в точку на грань,призмы-ножа 6. В зависимости от величины угла прихода лучей света, отраженных от зеркала 15, изменяется разность световых потоков,поступающих на фотоприемники 7, а следовательно, н разность токов с указанных фотоприемников, Эта разность токов являетсяуправляющим. сигналом (сигналом рассогласования) для следящей системы.Следящая система под воздействием поступающего на ее вход электрического сигналауправления поворачивает зеркало-компенсатор 3 до тех пор, пока световые потоки на фотоприемниках 7 не станут равными. Поворотзеркала-компенсатора 3 компенсирует поворотзеркала 15, вызванный разворотом объекта,и обеспечивает параллельность падающих, назеркало 5 и отраженных от него пучков лучей нормали зеркала 15. Величина угла поворота зеркала-компенсатора 3 измеряется высокоточным измерительным механизмом 9,Модулятор 4 осуществляет модуляцию потока излучения, он необходим в устройстве дляобеспечения работоспособности следящей системы и защиты приемной части системы от фоновых засветок. Благодаря включению в конструкцию устройства телескопической оптической системы в совокупности с зеркалом-компенсатором установленным в ее выходном зрачке, углы поворота пучка лучей в. выходномзрачке телескопической системы в Г 42 разбольше углов поворота отражательного зеркала 15 (где Г, - видимое увеличение телескопической системы).Использование телескопической системыпозволяет на порядок сократить размеры зеркала-компенсатора, легко разместить его в выходном зрачке телескопической системы и иаодин-два порядка (в зависимости от видимогоувеличения телескопической системы) ослабить требования к точности исполнения ме61249 Формула изобретения Составитель Л. ЛобзоваТекред О Луговае Корректор А. Гриценко Тираж 872 Подписное Редактор Л. НароднаяЗаказ 3452/38. ПНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР но делам изобретений и открытий035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патентэ, г. Ужгород, ул. Проектная, 4ханизма преобразования движений зеркалакомпенсатора. Это объясняется тем, что в этом случае допустимая ошибка измерения положения зеркала-компенсатора и диапазон его вращения увеличивается в число крат, равное половине видимого увеличения оптической телескопической системы.Полезность предложенного устройства определяется еще и тем, что в нем может быть использован любой позиционно-чувствительный датчик, так как он конструктивно не связан с самой оптической схемой устройства. Устройство для измерения угловых смещений объектов, содержащее осветитель с модулятором, автоколлимационную систему со светоделителем, позиционно-чувствительный дат 6чик, расположенный за светоделителем, следя.щнй электропривод, измерительный механизм кинематически связанный с электроприводом, и плоское зеркало, жестко укрепляемое на объекте, отличающееся тем, что, с целью рас- З ширения диапазона измерения н йовыщенияточности, автоколли мационная система выпол.непа телескопической с компенсатором в виде плоского поворотного зеркала, расположенного между ее окуляром и светоделителем н кинематически связанного со следящим электро.приводом, а позиционно-чувствительный датчик выполнен неподвижным. Источники информации, принятые во анимание при экспертизе:15 1, Авторское свидетельство СССРЭ 99724,М. Кл. 6 01 В 7/32, 1971.2. Н 11 пегапд Файээ проспект фирмы, Великобритания, 1970.