Устройство для определения углов наклона объектов

 

0ц 528446

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.09.73 (21) 1959509/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.09.76. Бюллетень ¹ 34

Дата опубликования описания 27.08.76 (51) М. Кл 2 6 01 С 9/12

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УЛК 528.541(088 8) (72) Автор изобретения

В. А. Пирумов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛОВ

НАКЛОНА ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к области приборостроения.

Известны устройства для определения положения объекта относительно горизонта, содержащее лазер, газоразрядная трубка и одно из зеркал которого укреплены на корпусе, а другое зеркало свободно подвешено и выполнено с выпуклостью, обращенной к трубке лазера, и индикатор, например фотоприемник (2).

При такой конструкции устройства при его наклонах величина критического угла, соответствующего возникновению генерации, не зависит от длины подвеса маятника и геометрических размеров трубки, а определяется только параметрами резонатора лазера и показателем усиления активного элемента.

Однако известные устройства обладают повышенной чувствительностью к внешним условиям, приводящим к отклонению подвижного зеркала от положения равновесия и возникновению паразитных колебаний и вибраций, снижающих точность определения положения и требующих применения демпфирующих систем, что приводит к снижению быстродействия устройства.

Известны также устройства для определения углов наклона объектов, содержащие корпус, лазер, одно из зеркал которого подвешено на маятнике, и светоприемник, выход которого подключен к системе измерения разности перемещения маятника при наклонном и горизонтальном положениях объекта (11.

Однако в этих устройствах частота импульсов заполнения зависит от длины подвеса маятника и скорости изменения углов наклона.

Кроме того, устройства имеют низкую точность определения малых углов наклона, составляющую при длине подвеса 5 см несколько угловых секунд; низкую надежность устройства, вызванную чувствительностью к впбрациям и перекосам подвешенного зеркала; трудность измерения переменных углов наклона связана с необходимостью применения специальной электронной схемы для определения

15 знака изменения углов наклона; сложность юстировки и необходимость периодической коррекции системы счета импульсов для выставки нуля, так как ошибки измерения со временем накапливаются.

20 С целью повышения точности и надежности измерений в нем колебательная система маятника связана с блоком возбуждения колебаний, а система измерения разности полупериодов колебаний маятника выполнена в виде

25 реверсивного счетчика импульсов, входы сложения и вычитания последнего подключены к выходу генератора импульсов через две схемы совпадения, входы которых соединены с выходами триггера, его счетный вход соеди30 нен с входами схем совпадения, а нулевой вы528446

)5

25 ход триггера через формирователь и линию задержки связан с входом установки нуля реверсивного счетчика, соединенного с блоком индикации, вход разрешения переписки которого подключен к выходу. формирователя и тем, ITQ маятник подвешен на изохронном подвесе. ,Повышение точности и быстродействия основано на использовании динамического режима работы устройства. Применение изохронного подвеса маятника повышает точность определения углов наклона за счет снижения влияния внешних помех и вибраций.

Автоматическое запирание входа реверсивного счетчика на время генерации лазера, осуществляемое трехвходовыми схемами совпадения, позволяет дополнительно повысить точность путем исключения влияния нестабильности работы управляющего триггера и схемы переписи и установки нуля.

На чертеже представлены оптическая и электронная части предлагаемого устройства.

Оптическая часть устройства включает в себя корпус 1, на нем жестко укреплены трубка лазера 2 и неподвижное зеркало 3, которые совместно с подвижным зеркалом 4, закрепленным на изохронном маятнике 5, образуют резонатор оптического квантового генератора.

1(олебательная система изохронного маятника связана с блоком 6 возбуждения колебаний, производящим в затухающие колебания относительно положения равновесия, соответствующего настройке оптического резонатора и генерации оптического излучения.

Неподвижное зеркало 3 обращено к фотодетектору 7, выход которого подключен к счетному входу триггера 8 и первым входам трехвходовых схем совпадения 9 и 10, вторые входы которых подключены к генератору 11 импульсов, а третьи входы соединены соответственно с единичным и нулевым выходом триггера 8.

Выходы схем совпадения подключены к входам сложения и вычитания быстродействующего реверсивного параллельного счетчика

12 импульсов, вход установки нуля последнего через линию задержки 13 связан с выходом формирователя 14, вход которого подключен к нулевому выходу триггера 8. Выход реверсивного счетчика 12 связан с блоком 15 индикации, содержащим приемный регистр, соединенный входом решения переписи с выходом формирователя 14.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Подвижное зеркало 4, закрепленное на изохронном маятнике 5, приводится в колебательное движение блоком 6 возбуждения колебаний. При прохождении положения равновесия, при котором зеркало 4 становится параллельным зеркалу 3, лазер генерирует оптический импульс, фиксируемый фотодетектором 7. При колебании зеркала 4 на выходе фотодетектора 7 появляются электрические импульсы. Если устройство горизонтально и

65 зеркало 4 колеблется относительно положения равновесия, совпадающего с направлением земной вертикали, то длительность интер I валов между импульсами постоянно равна—

2 где Т вЂ” период колебаний.

Электрические импульсы отрицательной полярности, соответствующие моменту генерации лазера, с выхода фотодетектора 7 поступают на счетный вход триггера 8, управляющего схемами совпадений 9 и 10, которые запираются отрицательными импульсами на время импульса генерации оптического излучения. Если исходныи электрический импульс устанавливает триггер 8 в нулевое состояние, то после его окончания на выходе схемы совпадения 10 появляются импульсы от генератора 11, которые поступают на вход суммирования реверсивного счетчика 12. Второй электрический импульс на выходе фотодетектора переводит триггер 8 в единичное состояние, и импульсы заполнения в течение второй половины периода с выхода схемы совпадения 9 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 12.

Следующий электрический импульс запирает схемы совпадения 9 и 10 и устанавливает триггер 8 в нулевое состояние, при этом на выходе формирователя появляется импульс, поступающий на вход разрешения переписи блока 15 индикации. При поступлении этого импульса содержимое счетчика 12 переписывается в блок 15 индикации, индицируется на табло или фиксируется в памяти. Импульс с выхода формирователя 14 одновременно через линию задержки 13 поступает на вход установки нуля реверсивного счетчика 12. Длительность задержки выбирается таким образом, чтобы установка нуля произошла после момента переписи содержимого счетчика и раньше момента окончания оптического импульса, после которого счетчик вновь начинает заполняться через схему совпадения 10.

Далее работа устройства протекает аналогичным образом.

При строгой горизонтальности устройства количество импульсов заполнения, поступающих на вход суммирования реверсивного счетчика 12, равно количеству импульсов, поступающих на вход вычитания.

В этом случае в блоке индикации фиксируется «О», что свидетельствует о том, что длительность первого полупериода равна длительности второго полупериода.

При наклоне устройства маятник колеблется относительно положения равновесия, совпадающего с направлением земной вертикали, по сдвинутого относительно плоскости неподвижного зеркала 3 на угол а, где а — угол наклона устройства. B этом случае интервалы времени между импульсами не равны и в блок индикации переписывается число, вели-гнна II знак которого соответствуют углу наклона.

528446

Составитель Л. Колюбакнна

Техред А. Овчинникова Корректор И. Позннковская

Редактор Т. Янова

Заказ 1963/8 Изд. № 1592 Тираж 864 Г .одиисное

ЦНИИПИ Государственного комитета Созета Министров СССР

TIG дслг..I изобретен 1й и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раугдская иаб., д. 4, 5

Типографии, ир. Саиунова, 2

При стабильности блока возбуждения колебаний изохронного маятника порядка 10 —, амплитуде колебаний порядка 3, периоде колебаний 10 — с и частоте генератора импульсов заполнения 100 МГц погрешность определения положения объекта относительно горизонтальной плоскости описываемым устройством не превышает одной сотой угловой секунды.

Формула изобретения

1. Устройство для определения углов наклона объектов, содержащее корпус, лазер, одно из зеркал которого подвешено на маятнике, и светоприем ник, выход которого подключен lx системе измерения разности перемещения маятника при наклонном и горизонтальном положении объекта, о т л и ч а ищееся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, колебательная система маятника связана с блоком возбуждения колебаний, а система измерения разности полупериодов колебаний маятника выполнена в виде реверсивного счетчика импульсов, входы сложения и вычитания которого подключены к выходу генератора им5 пульсов через две схемы совпадения, входы которых соединены с выходами триггера, счет.ный вход которого соединен с входами схем совпадения, а нулевой выход триггера через формирователь и линию задержки связан с

10 входом установки нуля реверсивного счетчика, соединенного с блоком индикации, вход разрешения переписи которого подключен к выходу формирователя.

2. Устройство по п. 1, отличающееся

15 тем, что маятник подвешен на изохронном подвесе.

Источники информации, принятые во вни20 мание при экспертизе:

1. Авт. св. № 336514, кл. G 01С 9/12, 1969 г.

2, Авт. св. № 317899, кл. G 01С 9/12, 1969 г.