Устройство для измерения малых углов наклона

(111 746184 Союз СоветскихСоциал исти чесни 1Республик Я 1(1м 4 Рд дейвВЯО ь с 4 эЭК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ(д)м. к . с присоединением заявки Мо 6 01 С 9/02 Государственный комитет С С С.Р по.делам изобретений и открытий(72) Автор изобретения И.П, Коршунов Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛЫХ.,ь"." "., =УГЛОВ НАКЛОНА 20 25 30 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве особо точных - измерений в геофизике, астрономическйхйсследованиях,"инженерной геодезйй"истрбительном деле,- звестны устройства дляйзмеренйямалых углов наклона, основанные насвойствах уравновешенных маятников1) .Известны также устройства дляопределения малых углов наклона,состоящие из двух плоских зеркал,между которыми попеременно отражается световой пучок, и экрана с дискретно расположенными фотоприемниками. Устройство позволяет индицировать взаимный разворот зеркал (2). Однако оно имеет недостаточную чувствительность, так как в нем используется один световой пучок и регистрируется пространственное смещение выходного пучка.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату , к предложенному является устройство для измерения малых углов наклона, действие которого основано на многократном переотражении лазерного пучка в квазиоптическом резонаторе,образованном гравитационно-чувствительным зеркалом и зеркалом, связанным1 сподвижным объективом. Устройство со,держит источник излучения,резонатор,образованный гравитационно-чувствительным-зеркалом и зеркалом, связанным с подвижным объектом, а такжерегистрирующий прибор.Гравитационно-чувствительное зеркало в устройстве расположено в специальнойоправе, погруженной в жидкость.Такое зеркало сохраняет свою ориентацию в пространстве, в то время, каквторое зеркало и усилительная трубка связаны с объектом, ориентациякоторого подлежит подстройке 13,Однако это устройство имеет недостаточную чувствительность (1-2угловые секунды).Целью изобретения является увеличение чувствительности измерения,Цель достигается тем, что уст"ройство,содержащее источник излуче"ния,резонатор,образованный гравитационно-чувствительным зеркалом и зеркалом,связанным с подвижным объектоМ,и регистрирующий прибор, снабжено узлом ввода и вывода световых пучков,фотоприемником, коммутатором, точным)и грубым исполнйтельными блокамии программным устройством, а грави" тационно:-чувствительное зеркало изеркало, связанное с подвижным объектом, выполнены сферическими и расположены на расстоянии сильной неконфокальности, причем узел ввода ивывода световых пучков, расположенный по продольной оси источника излучения, введен в полостьрезонатора перпендикулярно его осии оптически соединен с фотоприемником,регистрирующим смещение интерференционных полос, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, один из выходов коммутаторачерез точный исполнительный блок под-ключен к узлу ввода,и вывода,а второй выход - через грубый исполнительный блок, соединенныйс гравитационно-чувствительным зеркалом, подключен к одному из входов программного устройства, второйвход которого подключен к выходуточного исполнительного блока, вы.ход программного устройства подключен к командному входу коммутатора,с грубым и точным исполнительнымиблоками соединены регистрирующиеприборы. Плоскости зеркал узла вводаи вывоДа установлены по отношению кпродольной оси резонатора под углом- где А - радиус зеркал реэонатора, В - радиус кривизны зеркалрезонатора, Р- расстояние между зеркалами, Узел ввода и вывода выполнен в виде светоделительной пластины и зеркала, установленных в юстируемых оправах,Блок-схема устройства показанана чертеже.Устройство содержит зеркало 1, 40связанное с подвижным объектом, гравитационно-чувствительное зеркало2, размещенное в оправе 3погруженной в жидкость, зеркала 4 и5, обеспечивающие введение (и выведение) пучков в резонатор, фотоприемник 6, регистрирующий смещение йнтерФерейционных полос, программное устроуство 7, коммутатор 8, обеспечивающий подключение выхода фотоприем- у)ника к точному 9 или грубому 10 исполнительным блокам, регистрирующиеприборы 11 и 12, исходный лазорныйпучек 13.:УСтройство работает следующимобразом,Устанавливают зеркало 1, связанноес подвижным объектом, параллельногравитационно-чувствительному зеркалу 2 на расстоянии, при которомони образуют сильно неконфокальный 60квазиоптический резонатор, при этомгравитацибнно-чувствительное зеркало 2 в оправе 3 плавает в жидкости,сохрайяя"свою ориентацию в простран- стве. Подают исходный лазерный пучек 65 13. Делят исходный лазерный пучек13 с помощью полупрозрачного зеркала5 на два пучка и вводят их в полостьрезонатора, перемещая зеркала 4 и 5вдоль оси йсходного лазерного йучка13. Ориентируют два лазерных пучкас помощью полупрозрачного зеркала 5и зеркала 4 таким образом, чтобы было выполнено условие =-,д:, гдеА - радиус зеркал резонатора, йрадиус кривизны зеркал резонатора,- расстояниемежду зеркалами резонатора. Регистрируют смещение полос интерференционной картины двухпучков.При возникновении взаимного пероса зеркал 1 и 2 полосы картины интерференции двух пучков сдвигаются,вызывая появление сигнала ошибкина выходе фотоприемника 6. Этот сигнал через коммутатор 8 поступает наточный исполнительный блок 9, который путем поворота зеркала 4 стремится удержать полосы на Месте. Наиндикаторе 11 при этом зарегистрирован сигнал, пропорциональный углуповорота зеркала 4, При дальнейшемувеличении угла взаимного разворотазеркал 1 и 2 точный исполнительныйбЛок 9 дохОдит до своего максимального порога, программное устройство7 через коммутатор 8 передает стабилизацию положения полос грубомуисполнительному блоку 10, которыйразворачивает зеркало 2 так, чтобыоно стало параллельно зеркалу 1.При этом исполнительный блок 9 выступает в роли ведомого и возвращаетзеркало 4 висходное положение, асигнал, пропорциональный углу разворота зеркал 1 и 2, регистрируется наиндикаторе 11. При уменьшении величины сигнала рассогласования, поступа.ющего на исполнительный блок 9, донуля (что соответствует ситуации,когда угол разворота зеркал 1 и 2скомпенсирован исполнительным блоком12), программное устройство 7 черезкоммутатор 8 снова передает управление исполнительному блоку 9,Описанный цикл работы может повторяться многократно и полный угол разворота зеркал будет пропорционаленалгебраической сумме показаний индикаторов 11,и 12,Следует отметить,что предлагаемоеустройство регистрирует лишь составляющую угла разворота зеркал 1 и 2,ориентированную по оси входного пучка. Для регистрации воздействия с произвольной ориентацией необходимо испольэовать два описанных устройствасо скрещенными под углом 90 о осями,Использование предлагаемого устройства для измерения малых углов наклона обеспечивает по сравнению с известными устройствами возможность увеличения чувствительности до величинпорядка 10 угловой секунды.746184 формула изобретения1. Устройство для измерения малых углов наклона, содержащее источник излучения, резонатор, образованный гравитационно-чувствительным зеркалом и зеркалом, связанным с под вижным объектом, а также регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения чувствительности измерения, оно снабжено узлом ввода и вывода световых пучков, 1 О фотоприемником, коммутатором, точным и грубым исполнительными блоками и программным устройством, а гравитационно-чувствительное зеркало и зеркало, связанное с подвижным объектом, 15 выполнены сферическими и расположены на расстояниии сильной неконфокальности, причем узел ввода и вывода световых пучков, расположенный по продольной оси источника излучения, введен в полость резонатора перпендикулярно его продольной оси и оптически соединен с фотоприемником, регистрирующим смещение интерференционных полос, выход которого подключен к сигнальному входу коммутатора, один иэ выходов коммутатора через точный исполнительный блок подключен к узлу ввода и вывода, а второй выход через грубый исполнительный блок, соединенный с гравитационно-чувстви Ужгород, ул, Проектная ЦНИИПИ Заказ 4093/1 илиал ППП Патент тельным зеркалом, подключен к одному иэ входов программного устройства,второй вход которого подключен к выходу точного исполнительного блока,выход программного устройства подключен к командному входу коммутатора, с грубым и точным исполнительными блоками соединены регистрирующиеприборы.2. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что плоскости зеркал узла ввода и вывода установленыпо отношению к продольной оси реэодн атора под углом р= - -- , где А - р адиус зеркал резонатора, В - радиускривизны зеркал резонатора, Д - расстояние между зеркалами.3. Устройство по п. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что узел ввода и вывода выполнен в виде светоделительной пластины и зеркала, установленных в юстируемых оправах.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3617131, кл,356152, опублик. 1971.2. Патент СНА 9 3708231, кл; 356152,опублик. 1973.3. Вагнер Е,Т, и др. Лазерные иоптические методы контроля в самоле-тостроенииМ., 1 Машиностроение,1977, с. 97 (прототип). ираж 801 Подписно