Оптико-електронний пристрій визначення вертикалі

Винахід відноситься до області геодезичних приладів. Відомі пристрої для визначення вертикалі (горизонту) - електронні рівні [ 1], у яких положення корпуса рівня відносно горизонту поверхні рідини визначається по з'єднанню електричних контактів резервуара рівня. Недоліком цих пристроїв є малий діапазон вимірюваних нахилів (відхилення бази від вертикалі), що обмежує використання таких рівней. Пристроєм найбільш близьким до пропонованого технічного рішення, яке можна прийняти в якості прототипу, є рівневий датчик вертикалі, який використовується в електронних тахеометрах [2], який містить рідинний бульбашковий рівень з оптико - електронним аналізатором на ПЗС - приймачі. Такий рівень забезпечує високу точність, але недоліком, обмежуючим його застосування, є малий діапазон вимірюваних кутів (±3 куто ві хвилини). Завданням винаходу є збільшення робочого діапазону при автоматичному визначенні відхилення від вертикалі оптико - електронним приладом. Поставлена ціль досягається тим, що уведення в оптичну схему оптико - електронного аналізатора двояковогнуто! лінзи, нижня поверхня якої є робочою поверхнею чутливого елементу повітряної бульбашки резервуару (ампули) рівня, забезпечує суттєве розширення діапазону автоматично вимірюваних відхилень рівня від вертикалі. Аналіз існуючих технічних рішень для даних шлей, які дозволяють збільшити діапазон вимірювання відхилень від вертикалі показує, що дане улаштування ніколи не описувалось в проаналізованих матеріалах і є новим. На фіг.1 приведена схема запропонованого пристрою. Оптико -електронний пристрій визначення вертикалі утримує рідинний бульбашковий рівень (1), оптико - електронний аналізатор (2) і електронний блок обробки інформації й управління [3]. Рівень (1) містить у собі резервуар із прозорою рідиною (4), верхньою кришкою якого є від'ємна двояковігнута лінза (5), світлове скляне вікно (6) на дні резервуару, конденсор (7) і лампу підсвітки (8). Оптико - електронний аналізатор (2) містить: об'єктив (9) та ПЗС - матрицю (10). Усі перераховані елементи, зібрані у єдиному корпусі (11) та жорстко закріплені. Корпус (11) має посадкову площину (12), крізь яку його стикують із контролюючим об'єктом. Електронний блок обробки інформації і управління (3) містить таймер (13) та електрично зв'язан з ПЗС матрицею (10) аналізатора (2), а також із комп'ютером контролюючого об'єкта (вихід 14). В верхній частиш резервуара (4) рівня розташована від'ємна двояковігнута лінза (5), радіус нижньої сферичної поверхні, яка залежить від заданої точності й діапазону вимірювань рівня, а радіус верхньої сфери лінзи залежить від величини робочого відрізка об'єктива і необхідної величини компенсації довжини хода променів світлового пучка, який несе зображення елементів бульбашки рівня на нижній сфері лінзи в об'єктив (9) аналізатора (2). На фіг.2 схематично зображені: ОО1 - вісь оптичної системи аналізатор - рівень; RH- радіус нижньої сфери лінзи (5); Rн - радіус верхньої сфери лінзи (5); So - робочий відрізок об'єктива (9) по вісі системи; а - відхилення бульбашки рівня перпендикулярно до вісі ОО1. Якщо, а - це крайнє положення бульбашки рівня, тоді а/RH = sina, де: a - кутовий діапазон роботи рівня. При цьому ß - кутовий діапазон вимірювань аналізатора визначається за формулою sin ß =a/(S’+DS) Двояковігнута лінза (5) забезпечує зміни товщини скляного шару від вісі до периферії, що дозволяє за рахунок збільшення довжини проходження крайніх променів світлового пучка в склі виключити розфокусування зображення бульбашки на матриці (10), зв'язану з кривизною нижньої сфери лінзи (5). На фіг.2 крайній промінь світлового пучка, який прямує в об'єктив має довжину хода S — довжина хода променя в повітрі (показник заломлення nв = 1\DS - до вжина хода променя у склі в лінзі (5) n c =1,5). Робота описаного оптико - електронного пристрою здійснюється наступним чином: світловий пучок від лампочки підсвітки (8) збирається конденсором (7) і поступає крізь світлове вікно (6) резервуара (4) на повітряну бульбашку рівня, який переміщується при нахилі по нижній поверхні лінзи - кришки (5) резервуару (4); об'єктив (9) приймає світлове зображення бульбашки крізь лінзу (5) та формує зображення контуру кульки на ПЗС - матриці (10). При цьому радіус верхньої поверхні лінзи 5 обирається так щоб товщина скла лінзи між нижньої й верхньої поверхнями компенсувала різницю хода променів із - за кривини нижньої поверхні лінзи 5, параметрами бульбашкового рівня 1 (радіусом кривини). Після попередньої обробки дані від ПЗС - матриці в цифровому вигляді о положенні центру бульбашки, надходять в електронний блок обробки інформації і управління (3), який фіксує величину відхилення бульбашки й момент вимірювання, формує (кодує) електричний сигнал і передає його у комп'ютер для прийняття рішення об управлінні контролюючим об'єктом. Таким чином, запропоноване технічне рішення дозволяє суттєво розширити діапазон роботи оптико електронного рівня за рахунок запровадження двояковігнутої лінзи, яка одночасно робить як поверхня переміщення бульбашки рівня і як оптичний компенсатор довжини хода світлових променів оптико електронного аналізатора, який забезпечує великий кут поля зору без оптичних викривлень. Література 1. А.Л.Островський, Д.И.Маслич, В.Г.Гребенюк "Геодезическое прибороведение." Львов, "Вища школа", 1983г. 2. Электронные тахеометры фирмы SOKKIL типа PowerSet. Руководство оператора, перевод с англ.7 АОЗТ "Геостройизыекания", 1997г.