Устройство для измерения зенитного угла

(5)5 6 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР М ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ(71) Ижевский механический институт (72) В.Н. Шиляев, В,С. Дородов и А,Б. Соловьев(56) Авторское свидетельство СССР М 894182, кл. Р 21 В 47/02, 1987.Авторское свидетельство СССР М 1448035, кл. Е 21 В 47/022, 1989, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗЕНИТНОГО УГЛА(57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона геологоразведочных скважин, Целью изобретения является повышение надежности работы устройства за счет исключения деформации световодов. В исходном состоянии, когда корпус 1 расположен вертикально, диски 16 и 17 за счет отвесов 20 установлены в нулевое положение, при котором ширина щелей в зоне, расположенной напротив торцов световодов 9,10 и 11, одинакова, и интенсивность светового излучения, поступающего на фотоприемники 23 и 24, также равна. При отклонении корпуса 1 от вертикали рамка 2 под действием отвесов 20 возвращается в исходное положение.При этом изменяется ширина щелей в зоне прохождения светового излучения, причем на одном из дисков ширина щели увеличивается, а на другом уменьшается вследствие разного направления спиралей Архимеда.Это приводит к тому, что изменяются сигна-. лы на фотоприемниках 23 и 24 и, как следст вие, появляется сигнал на выходе мостовой схемы, величина которого пропорциональна углу наклона, а знак - направлению наклона. 4 ил.22Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для измерения угла наклона геологоразведочных скважин.Известно устройство для определения угла наклона и направления искривления скважины, содержащее корпус, источник света, светочувствительный слой и цилиндрический световод в виде камеры с жидкостью,Недостатком известного устройства является низкая производительность измерения, вызванная тем, что устройство может производить только одно измерение без перезарядки и предварительной подготовки.Известно устройство для измерения зенитного угла, содержащее корпус, источник и приемник света, установленную в корпусе рамку, ось вращения которой совпадает с осью корпуса, подводящий и отводящий световоды, подвижный диск с кодовой маской и разделитель света по частоте.Недостатком известного устройства является то, что при вращении рамки в корпусе происходит перекручивание подводящего и отводящего световода, что может привести их к обрыву, кроме того, деформация световодов приводит к искажению оптического сигнала, что снижает надежность работы и точность измерений, Выполнение кодовой маски в виде концентрично-расположенных дорожек имеет определенные недостатки. Для обеспечения высокой точности измерений необходимо наличие большого числа прозрачных и непрозрачных участков на кодовых дорожках, что технологически сложно, такая конструкция обеспечивает только дискретное измерение зенитного угла.Цель изобретения - повышение надежности работы устройства за счет исключения деформации световодов,На фиг.1 представлено устройство, общий вид; на фиг.2 и 3 - выполнение кодовьх дисков; на фиг.4 - схема оптической связи основных и дополнительных световодов,Устройство содержит осесимметричный корпус 1, в котором с возможностью поворота относительно оси симметрии корпуса 1 установлена рамка 2, центр масс которой смещен относительно оси за счет отвеса 3. Первый световод 4, входйой торец которого оптически связан с источником 5 света, и второй световод 6 закреплены в корпусе 1 с помощью втулки 7, установленной соосно корпусу в подшипнике с возможностью вращения. К выходному торцу первого световода 4 приклеена самофокусирующэя линза 8, причем первый световод 4 установлен эксцентрично оси втулки 7, а 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 второй световод установлен по оси втулки.7. В рамке 2 размещены третий 11, четвертый 10 и пятый 9 световоды, скрепленные с рамкой 2 таким образом, что ось поворота рамки проходит через выходной торец световода 11, противоположный конец которого выполнен раздвоенным, причем торцы 12 и 13 раздвоенного конца обращены в противоположные стороны и расположены по оси, перпендикулярной оси вращения рамки 2, В рамке 2 установлены два диска 16 и 17, закрепленные с возможностью поворота вокруг оси, компланарной оси симметрии корпуса и перпендикулярной к ней, так, что центр масс дисков смещен относительно оси его поворота за счет отвесов 20, В дисках 16 и 17 выполнены соответственно кодовые маски 14 и 15, выполненные в виде кольцевых щелей, образованных окружностью радиуса В и спиралью Архимеда, причем направление спиралей для каждого диска противоположное, т.е, в одном диске щель образована правой спиралью Архимеда, а в другой - левой. Щели заполнены прозрачным материалом, а на его поверхность нанесено частотно-селективное покрытие 21, для одного диска пропускающее излучение с длиной волны А 1, а для другого А 2. Торец 12 раздвоенного конца третьего световода 11 оптически связан через кодовую маску 14 первого диска 16 с входным торцом четвертого световода 9, а торец 13 через кодовую маску 15 второго диска 17 - с входным торцом пятого световода 10. Выходные торцы четвертого 9 и пятого 10 световодов скреплены с самофокусирующимися линзами 18 и 19, при этом они оптически связаны с входным торцом второго световода 6, а выходной торец первого световода 4 оптически связан с входным торцом третьего световода 11. Выходной торец второго световода 6 оптически связан через частотно-селективный светоделитель 22, пропускающий световое излучение с длиной волны Х 1 и отражающий с длиной волны 12, с фотоприемниками 23 и 24, включенными в мостовую схему и электрически связанными с регистрирующим блоком 25.Устройство работает следующим образом,От источника 5 излучения свет, содержащий излучение с длинами волн А и 42, по первому 4 световоду попадает на самофокусирующую линзу 8, которая оптически связана с входным торцом третьего световода 11, причем независимо от углового их положения, которое может изменяться при развороте корпуса 1 или рамки 2. оптическая10 15 20 25 пятым световодами, скрепленными с рам 30 кой так, что ось поворота рамки проходит 40 сок скреплена с соответствующим диском,, выходной торец третьего световода вы-диска с входным торцом четвертого свето 45 вода, а другой через кодовую маску второго 50 третьего световода оптически связан через первую линзу с выходным торцом первого 55 световода, выходные торцы четвертого и пясвязь остается постоянной, так как самофокусирующая линза 8 формирует параллельный пучок светового излучения направленный на входной торец световода 11, Пройдя по световоду 11, световое излучение делится на раздвоенном конце его на два равных по интенсивности пучка, которые выходят из торцов 12 и 13 и поступают через прозрачный материал щелей 14 и 15 дисков 16 и 17 на входные торцы четвертого 9 и пятого 10 световодов, причем на один из них поступает излучение с длиной волны А 1, а на другой с 4, так как частотно-селективное покрытие 21 дисков 16 и 17 отличается по длине волны пропускания. Пройдя по световодам 10 и 9, световые потоки с помощью самофокусирующих линз 18 и 19 направляются на входной торец второго световода 6, а на выходе которого они делятся по длинам волн и направляются к фотоприемникам 23 и 24 . частотно-селективным светоделителем 22.Электрические сигналы, соответствующие интенсивности излучения, поступившего на каждый фотоприемник, поступают на регистрирующий блок 25,В исходном состоянии, когда корпус 1 расположен вертикально, диски 16 и 17 за счет отвесов 20 установлены в нулевое положение, при котором ширина щелей 14 и 15 в зоне, расположенной напротив торцов световодов 9-11, одинакова, и интенсив-ность светового излучения, поступающего на фотоприемники 23 и 24, также равна. При 3 этом мостовая схема, в которую включены фотоприемники, находится в равновесии, При отклонении корпуса 1. от вертикали рамка 2 под действием отвеса 3 ориентируется в апсидальной плоскости, а диски 16 и 17 под действием отвесов 20 возвращаются в исходное положение, так как вместе с корпусом 1 отклоняются от первоначального положения световоды 9 - 11, то изменяется ширина щелей 14 и 15 в зоне прохождения светового излучения, причем на одном из дисков ширина щели увеличивается, а на другом уменьшается, вследствие разного направления спиралей Архимеда. Это приведет к изменению интенсивностей световых потоков, поступающих на фотоприемники 23 и 24, и как следствие к рассогласованию мостовой схемы, величи. на которого прямо пропорциональна углу наклона, а знак - направлению наклона.Отсутствие мехацической связи между световодами 9-11 в рамке 2 со световодами 4 и 6 исключает возможность их перекручивания или разрыва при вращении рамки 2, что повышает долговечность и надежность работы устройства,. Формула изобретенияУстройство для измерения зенитного угла, содержащее источник света, два фотоприемника, два световода, .частотно-селективный светоделитель, входной торец первого световода оптически связан с источником света, выходной торец второго световода оптически связан через частотно- селективный светоделитель с фотоприемниками, корпус выполнен осесимметричным рамка установлена в корпусе с возможностью поворота вокруг оси симметрии корпуса так, что центр ее масс смещен с этой оси, диск, установленный в рамке с воэможностью поворота вокруг оси, компланарной оси симметрии корпуса и перпендикулярной к ней, так что центр масс диска смещен с оси его поворота, две кодовые маски, каждая иэ которых выполнена кольцевой с соответствующим частично-селективным покрытием, о тл Ич а ю ще вся тем, что, с целью повышения надежности за счет исключения деформации световодов при измерении, оно снабжено третьим, четвертыми через выходной торец третьего световода,тремя линзами, первая из которых скреплена с выходным торцом первого световода, вторая и третья - с выходными торцами четвертого и пятого световодов соответственно, вторым диском, выполненным аналогично первому и установленным соосно с ним симметрично относительно оси симметрии корпуса, каждая из кодовых маполнен раздвоенным, одним из них оптически связан через кодовую маску первого диска с входным торцом пятого световода, выходной торец первого световода скреплен с входным торцом второго световода и они скреплены с корпусом с возможностью поворота вокруг оси симметрии корпуса так,что эта ось проходит через. центр входного торца второго световода, входной торец того световодов оптически связаны через вторую и третью линзу световода с входным торцом второго световода.1728652 Корректор М,Кучерявая едактор О.Головач Производственно-издательский комбинат Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 1398 ВНИИПИ оста витель В.Шиляевехред М.Моргентал Тираж Подписноедарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС . 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5