Устройство для измерения азимутального угла

(19 В 47 022 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТВ ЗМЕРЕН РОИСТВ УГЛАло ескии ин ержит очник точнос корпус С.А.ТюВ.С.Дор ко света,денсатафрагмуной пр р, кольцевои отражатель и(Д) с зеркальной многогра змой (ИП). Источник соединидетельство СССР 21 В 47/022, 198 ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(22) 24.04.86 (46) 23.09.87. Бюл, У 3 (71) Устиновский механи ститут(54) У ТАЛЬНО (57) И бретение относится к г ной технике. Цель иэоб вышение чувствительнос измерений, Устр-во со расположенный в нем ис птически связанный чер.через Д и кольцевую диафрагму с непрозрачным диском 9, жестко связанным с магнитной стрелкой 11 и с МП,которая оптически связана с установленным в корпусе позиционно-чувствительным фотоприемником (ПЧФ) 10.В корпусе 1 установлены дополнительные ПЧФ 22 и оптический блок. Последний имеет оптически взаимодействующие между собой кольцевой отражатель 12, жестко связанный с диском 9,концентрично ему установленный неподвижный отражатель 18, выполненныйв виде кольцевого сектора, параболическое зеркало 19 и два плоских зеркала 20 и 21, Отражатель 12 имеетравномерно расположенные по окружности щелевые Д 16, взаимодействующиес зеркалом 19, фокусное расстояниекоторого оптически согласовано с зерИзобретение относится к геолого- разведочной технике, может быть использовано для измерения азимутальных углов буровьгх скважин и является усовершенствованием изобретения по авт. св, 11 1244295. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерений.На фиг, 1 изображено устройство,общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А цафиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б цафиг.1; ца фиг.4 - схема хода лучейв устройстве в дополнительном оптическом блоке,Устройство содержит корпус 1,внутри которого расположен источник2 света, оптически связанный черезкольцевой коцденсор 3, кольцевойотражатель 4 и диафрагму 5 с зеркальной многогранной призмой 6, а черездиафрагмы 7 и кольцег 1 ую диафрагму 8 -с непрозрачным диском 9Веркальнаямногогранная призма 6 жестко снязагга с диском ц оптически связаца с пс 1 зг 1 циоццо-чувствцтельцнм фстоприемником 10, Диск 9 жестко сняэац с магцнтцой СтрЕЛКспг 11 И КОЧЬцЕВЫМ Отражателем 12, 11 а цоверхцос:ти д 11 Гка вы -полненл 1,г,цс выс исс:111 13, з;сполненкальной поверхностью зеркала 20, Последнее оптически взаимодействует сзеркалом 21, устацовлецным под угломк нему, и с дополнительным ПЧФ 22.Диск 9 имеет кольцевые щели 13 и точечные Д 14, которые имеют направляюсцие зеркала 15. Кол-во их равно числу граней М 11. Источник через Д 14,зеркала 15 и Д 16 оптически связанс оптическим блоком. При отклоненииобъекта изменяется положение лучаотносительно ПЧФ 10, Величина сигнала с ПЧФ 10 зависит От места падениялуча ца его чувствигельцую площадкуи определяет изменение азимутальцогоугла. Изменение угла в преде -лах заданного диапазона сцима -ется ицформаци 11 с ПЧФ 22 столько раз, насколько иэмеццлс яугол, 4 ил. цьсе прс 1 зрачггьгм материалом, плотностькоторого равна плотности материаладиска, и точечные диафрагмы 14, напротив которых на диске вазме 111 енынаправляющие зеркала 15, оптическисогласованные с щелевыми диафрагмами16, которые выполнены в кольцевомотражателе 12, причем точечные диафрагмы 14 размещены равномерно поОкружности, радиус которой равен радиусу кольцевой диафрагмы 8, а количество их равнО количеству гранейзеркальной призмы 6. Каждой гранизеркальной призмы 6 на диске 9 соответствует сектор, который представляет собой часть диска 9 между двумясоседними радиусами, проведеннымииэ центра диска 9 через точку пересечения двух соседних ребер призмы 6,Каждому сектору соответствует своякомбинация колг.цевых щелей 13, которьн. Оптцссески связаны с диафрагмами 7и фотоприемниками 17. На фиг. 2 показан вариант с шестигранной эеркал 1.цой призмой 6, т,е,диск 9 ра слепец на шесть сектсрсзвс углом в всгрп 11 нс 60, КО 11 ьггег 1 ые щРли 13 нлсггс 1 гцсц 11 на радиусах К - К ЗГ 1 Кс 1 ждс 1 м, с с ктс 1 рс с ООтвс тствует с.всеяком 1111 нацгся 1 сс 111,1 гс нлгх щелей 11, цацри 1339241света,мер в одном секторе выполнена одцл щель на радиусе К в другом олцд цд радиусе К и т.д. Поэиционцо-чувствительный фотоцриемник 10 расположен( по отношению к диафрагме 5 тдк, чтобы луч из диафрагмы 5, отраженный от одной из граней зеркальной призмы 6,О при повороте призмы на угол 360 /и, где и - количество гранец призмы б, непрерывно перемещался по чувствительной площадке позиционно-чувствительного фотоприемника 10 и проходил путь, равный длине чувствительной площадки. Такое возможно, когда радиус, проведенный через центр диафрагмы 5, делит чувствительную плошадку фотоприемника 10 на две равные части. Кольцевой отражатель 12 оптически взаимодействует с концентрично ему установленным неподвижным отражателем 18, выполненным в виде кольцевого сектора, длина дуги которого равняется 2 К /и, где К, - радиус отражателя 18, т.е, его длина ограни чена двумя радиусами, проведенными из центра диска через точку пересечения двух соседних ребер призмы б. Кольцевой отражатель 12 также взаимодействует с параболическим зеркалом 19, фокусное расстояние которого оптически согласовано с зеркальной поверхностью плоского зеркала 20, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом 21, установленным под угломк первому, и с до 35 полнмтельным позиционно-чувствительным фотоприемником 22. Фотоприемники 10, 17 и 22 электрически соединены с регистратором 23.40Кольцевой отражатель 12, неподвижный отражатель 18, параболическое зеркало 19 и два плоских непараллельных зеркала 20 и 21 образуют дополнительный оптический блок, с которым через точечные диафрагмы 14, направ 45 ляющие зеркала 15 и щелевые диафрагмы 16 оптически связан источник 2 Устройство работает следующим образом.Световой поток от источника 2 света, пройдя через кольцевой конденсор 3, отражается от кольцевого отражателя 4, затем, пройдя через диафрагмы 5 и 7, образует световые лучи и, пройдя через кольцевую диафрагму 8, образует световое кольцо. Луч света из диафрагмы 5 поступает на одну из зеркальных граней призмы б, отразившись от которой, попддлет цл чувствительную площадку поэицноццо-чувствительного фотоприемника 10 в точке,положение которой определяется угломрдзворота зеркальной грани призмы 6относительно фотоприемника 10, Угол,под которым располагается зеркальнаягрань призмы 6 по отношению к Фотоприемнику 10, зависит от положениялиска 9, ориентируемого магнитнойстрелкой 11. Лучи светд из диафрагм 7попадают на непрозрачный диск 9 и взависимости от комбинации кольцевыхкодовых щелей 13 поступают на тот илииной Фотоприемник 17, Кольцевой лучсвета из кольцевой диафрагмы 8 поступает на диск 9, где точечные диафрагмы 14 образуют и лучей, которые отражаются от направляющих зеркал 15 инаправляются в щелевые диафрагмы 16кольцевого отражателя 12. При этомодин из лучей обязательно попадаетнд неподвижный отражатель 18, в результате чего между отражателем 18кольцевым отражателем 12 происходитмногократное отражение светового лу-.ча и появляется равномерная световаясетка с постоянным шагом Я, где Брасстояние между двумя соседними углами отражения светового луча на поверхности отражателя 18. Причем максимальное количество отражений М и,следовательно, количество шагов Бпри известной длине неподвижного отражателя 18 зависят от величины 1=Кно Ко, где К - радиус кольцевогоотражателя 12, и от угла , падениясветового луча на неподвижный отражатель 18. В зависимости от положениятого или иного луча по отношениюк точке У, (фиг. 4) (совпадающей скраем отражателя 18, удаленным от параболического зеркала 19) количествоотражений может меняться от И до 1,а так как точечные диафрагмы 14 размещены равномерно по окружности, количество их равно и, световые лучи отнаправляющих зеркал 15 развернутыодин симметрично другому, то в зависимости от положения непрозрачного диска 9 на отражателе 18 будет хотя быодин угол отражения. При этом в зависимости от положения последнего угла отражения по отношению к точке Ч,(кольцевого отражателя 12, будет падать на параболическое зеркало 19 на участке, ограниченном крайними положениями А и В луча, где положение А луча соответствует удалению последнего угла отражений от точки 1 нак расстояние Я, а положение В - совпадению последнего угла отражения с точкой Ук, т.е. при движении непрозрачного диска 9 световой луч будет непрерывно сканировать по поверхности параболического зеркала 19 от положения А до В. Для непрерывности поступления светового луча на параболическое зеркало 19 необходимо, чтобы при падении одного луча в точку 1 т.е. при возникновении световой сетки с максимальным числом отражений В, другой световой луч находился в положении А по отношению к параболическому зеркалу 19, а отраженный от отражателя 18 в последнем угле луч пересекался с ним в точке Е, расположенной на линии пересечения оси симметрии щелевой диафрагмы 16 и поверхности кольцевого отражателя 12. Отраженный от параболического отражателя луч попадает в точку Р на плоском зеркале 20, являющуюся фокусом параболического отражателя 19, причем в зависимости от положения луча угол падения луча на зеркало 20 будет меняться от к, - при положении А до м - при положении В, что при дальнейшем многократном отражении луча между зеркалами 20 и 21 приведет к тому, что луч, попавший на параболическое зеркало 19 в положение А, на фотоприемнике 22 попадет в точку А а луч иэ положения В - в точку В,. Соответствующим выбором размеров Е Е,и С, где Е длина зеркал 20 и 21; С - минимальное расстояние между ними, можно добиться, что расстояние 0 между точками Аи В, на фотоприемнике 22 будет в Г раэ больше, чем Б, т.е. при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22 изменение положения светового луча на величину Б приведет к тому, что величина изменения выходного сигнала с фотоприемника 22 будет в Г раз больше, чем с фотоприемника 10, т.е. чувствительность к изменению измеряемого параметра у фотоприемника 22 будет значительно вьппе, чем у фотоприемника 10. Предположим, что в начальном положении объекта, азимут которого необходимо определить, магнитная стрелка 11 занимает такое положение, чтоодин из лучей, выходящих из точечныхдиафрагм 14, пройдя через щелевую диафрагму 16, попадает в точку У, нанеподвижном отражателе 18, при этом 10 число отражений на нем будет максимальным и равным Я. При этом, варьируя углом ц, можно добиться, чтобыочисло шагов Б было равно величинеугла в вершине каждого сектора, дляоданного примера 60 , т.е. при повороте магнитной стрелки 11 на 1 каждыйугол отражения на поверхности неподвижного отражателя 18 сместится навеличину Б, а луч, падающий на поверхность параболического зеркала 19,перейдет иэ положения А в положениеВ, что на позиционно-чувствительномфотоприемнике 22 будет соответствовать перемещению луча на величину Р, 25 т,е, диапазон измерения фотоприемника 22 будет равен 1 для данного случая. При изменении положения объекта,азимут которого необходимо определить, устройство, корпус 1 которогосвязан с объектом, тоже изменит своеположение. Магнитная стрелка 11 сориентирует диск 9 и жестко связаннуюс ним зеркальную призму 6. При этомлуч света из диафрагмы 5 изменит своеположение относительно фотоприемника 10 за счет изменения положениязеркальной призмы 6 и соответствующимобразом изменится электрический сигнал с фотоприемника 10, величина которого зависит от места падения светового луча на чувствительную площадку фотоприемника 10 и который несетинформацию об изменении азимутального угла, Фотоприемник 22 при этомбудет выдавать информацию об изменении угла в пределах заданного диапазона столько раз, на сколько изменился азимутальный угол, т.е. для даноного случая 1 , те. будет непрерывно уточнять значение угла, снимаемого с фотоприемника 10, и фактическииграть роль оптического нониуса.Фотоприемники 17, которые выдаютинформацию вида "Да-Нет т.е. "Да фотоприемник освещен, "Нет" - фото- приемник не освещен, эа счет разных комбинаций кодовых щелей 13 дают информацию о том, какая иэ зеркальных граней призмы 6 находится в данный1339241 4-,4г 1 гг Фиг г момент в оптической связи с фотоприемником 10, Л так как с помощью многогранной призмы б весь диапазон измеряемых углов разделец на поддиапаР зоны, в которых цмерение ведут от О доч =360/и, где- максимальный угол поддиапазона, то фотоприемники 17 несут информацию о том, в каком поддиапазоне ведется измерение.Электрические сигналы с Фотоприемников 10, 17 и 22 поступают на регистратор 23, где сигналы обрабатываются. Фактический азимутальцьп угол приэтом определяется по формуле 9=+(и; - 1) р+,где 6 - истинное зцачение азимутального угла;величина угла по показаниям Фотоприемника 10;и, - номер поддиапазона, в которомведется измерение;максимальная величина изменения измеряемого параметра в пределах одного поддиапазоа;цоправка к величине угла попоказаниям Фотоприемника 22,Такая конструкция позволяет значительно повысить чувствительнос.ть устройства, так как при одинаковых характеристиках фотоприемников 10 и 22величина изменения выходного сигналана единицу измеряемого параметрас фотоприе цика 22 в Г раз больше,чем с Фот приемника 10. Формула из об рс те ция Устройство для измерения аэпмутального угла по авт. с. У 1244295,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения чувствительности иточности измерений, оцо снабженоустановленными в корпусе дополнитель ным позиционно-чувствительным фотоприемником и дополнитель 11 ым оптическим блоком, которьп имеет оптическивзаимодействующие между собой кольцевой отражатель, жестко связанный с 15 непрозрачным диском, концецтричноему установленный неподвижньп 1 отражатель, выполненньп 3 в виде кольцевого сектора, параболическое зеркалои два установленных под углом друг 20 к другу плоских зеркала, при этом вкольцевом отражателе равномерно поокружности выполнены щелевые диафрагмы, а на диске - точечные диафрагмы,которые имеют направляющие зеркала 25 и количество которых равно числу граней зеркальной призмы, причем Фокусное расстояние параболического зеркала оптически согласовано с зеркальнойповерхностью одного из плоских эерЗ 0 кал, которое оптически взаимодействует с другим плоским зеркалом и с дополнительным позициоццо-чувствительным фотоприемником, а источник светачерез точечные диафрагмы, направляющие зеркала и щелевые диаФрагмы оптически связан с дополнительцым оптическим блоком.4195/23В роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проек Тираж 532 НИИПИ Государственн по делам изобрете 113035, Москва, ЖПодписноео комитета СССРй и открытийРаушская наб., д, 4/