JPH0479523B2 - - Google Patents
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- JPH0479523B2 JPH0479523B2 JP60043738A JP4373885A JPH0479523B2 JP H0479523 B2 JPH0479523 B2 JP H0479523B2 JP 60043738 A JP60043738 A JP 60043738A JP 4373885 A JP4373885 A JP 4373885A JP H0479523 B2 JPH0479523 B2 JP H0479523B2
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- liquid
- medium
- refractive index
- tilt sensor
- thickness
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Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、傾斜センサの誤差補正装置、詳し
くは、液体の水平面からの反射光の変角を利用す
る傾斜センサにおける液体の屈折率の変化に伴う
傾斜角検出誤差を補正する光学機構に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) This invention relates to an error correction device for a tilt sensor, and more particularly, to an error correction device for a tilt sensor, and more particularly, to a tilt sensor that uses a change in the refractive index of a liquid in a tilt sensor that utilizes the angle of change of reflected light from a horizontal surface of the liquid. The present invention relates to an optical mechanism for correcting inclination angle detection errors caused by tilt angle detection.
(従来技術)
従来、液体が重力の作用によつて常に水平面を
形成する現象を利用して、液体を容れた容器を有
する傾斜計本体の傾きを検出する傾斜センサが実
用化されている。これは、傾斜計本体に固定した
容器内の液体の水平表面からの反射光の進路は、
この本体の傾きに応じて振れを起こすので、光電
的にこの偏角を検出することによつて傾斜角を求
めようとするものである。この際、反射光の偏角
は容器内の液体の屈折率の変化に従つて変動する
から、前述のような傾斜角測定においては、温度
の変化等に起因する液体屈折率の微少変動に伴う
測定誤差を免れ得ない。(Prior Art) Conventionally, a tilt sensor has been put into practical use that detects the tilt of an inclinometer body having a container containing a liquid by utilizing the phenomenon that a liquid always forms a horizontal surface due to the action of gravity. This means that the path of reflected light from the horizontal surface of the liquid in the container fixed to the inclinometer body is
Since vibration occurs depending on the inclination of the main body, the inclination angle is determined by photoelectrically detecting this declination angle. At this time, the deflection angle of the reflected light changes according to the change in the refractive index of the liquid in the container, so in the above-mentioned tilt angle measurement, Measurement errors cannot be avoided.
これをもう少し詳しく説明すると、第3図のよ
うな従来の傾斜センサ方式においては、透明な容
器1に容れた屈折率nの液体2が形成する常に水
平な表面3によつて実線矢印の如く反射する光
は、図示の如く傾斜計本体がθ傾くと、容器1に
対する入射光の角度は変わらないので、破線矢印
のように2θ偏角し、その後液体2を透過して空中
に射出するとき屈折してδ振れる。ただし、ここ
では便宜のために角度θの傾きが起こる前には、
液体2から出る実線矢印の光は屈折しないものと
しているが、これは必ずしも必要のない条件であ
る。さて、このときsinδ=n×sin2θの関係があ
るので、これを利用し、δを検出して傾斜角θを
求めるものである。したがつて、温度の変化等に
よつてnが変化した場合、これに相当する測定誤
差を生ずることになる。 To explain this in more detail, in the conventional tilt sensor system as shown in FIG. When the inclinometer body is tilted by θ as shown in the figure, the angle of the incident light to the container 1 does not change, so the light is deflected by 2θ as shown by the dashed arrow, and then is refracted when it passes through the liquid 2 and exits into the air. Then δ swings. However, for convenience's sake, before the angle θ tilts,
Although it is assumed that the light indicated by the solid arrow coming out of the liquid 2 is not refracted, this is not a necessary condition. Now, since there is a relationship of sin δ=n×sin 2 θ at this time, this is used to detect δ and obtain the inclination angle θ. Therefore, if n changes due to a change in temperature or the like, a corresponding measurement error will occur.
(発明が解決しようとする問題点)
この発明は、上述のような従来の傾斜センサに
おける液体の屈折率変化による測定誤差を補正し
て、測定精度を向上するための誤差補正装置を提
供することを目的とするものである。(Problems to be Solved by the Invention) The present invention provides an error correction device for improving measurement accuracy by correcting measurement errors caused by changes in the refractive index of liquid in the conventional tilt sensor as described above. The purpose is to
(問題点を解決するための手段)
第1図において、第1の液体2の水平面3から
の反射光は第1の液体2を通過した後に厚さDの
第2の媒質8を通過する。この第2の媒質8は次
の関係式を満足するように設定してある。(Means for solving the problem) In FIG. 1, the reflected light from the horizontal surface 3 of the first liquid 2 passes through the second medium 8 having a thickness D after passing through the first liquid 2. This second medium 8 is set so as to satisfy the following relational expression.
k=t+D/N/D/N
ここで、
k:第2の媒質8と第1の液体2の屈折率の変化
率の比、
t:結像レンズ6と受光検出器7の間の空気部分
の厚さ、t=t1+t2、
D:第2の媒質8の厚さ、
N:第2の媒質8の屈折率。 k=t+D/N/D/N where, k: ratio of change rate of refractive index of second medium 8 and first liquid 2, t: air portion between imaging lens 6 and light receiving detector 7 thickness, t=t 1 +t 2 , D: thickness of second medium 8, N: refractive index of second medium 8.
(作用)
第1の液体2の屈折率nがdn変化して、第1
の液体2から出る反射光に誤差が導入されていて
も、第2の媒質を上記の関係式を満足するように
設定配置すると、この誤差は補償されて、受光検
出器7に至る反射光には何ら誤差が導入されな
い。(Function) The refractive index n of the first liquid 2 changes dn, and the first
Even if an error is introduced into the reflected light emitted from the liquid 2, if the second medium is set and arranged so as to satisfy the above relational expression, this error will be compensated for and the reflected light reaching the light receiving detector 7 will be does not introduce any error.
(実施例)
次に、第1図と第2図を参照して、本発明の実
施例を説明する。(Example) Next, an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
第1図に示したように、傾斜計本体(不図示)
に対して、容器1、光源4、コリメートレンズ
5、結像レンズ6、受光検出器7を図示のような
配置で固定して、容器1に容れた液体2の水平表
面3から平行な反射光が得られるよう、表面3へ
の入射光線側に光源4及びコリメートレンズ5が
位置するようにし、反射光側に結像レンズ6及び
受光検出器7が位置していて光源4の像が受光検
出器7上に結像するようにする。こうして、反射
光の受光検出器7上での変位を利用して傾斜角を
検出する傾斜センサを構成する。 As shown in Figure 1, the inclinometer body (not shown)
In contrast, by fixing the container 1, light source 4, collimating lens 5, imaging lens 6, and light receiving detector 7 in the arrangement shown in the figure, parallel reflected light from the horizontal surface 3 of the liquid 2 contained in the container 1 is detected. In order to obtain a The image is formed on the container 7. In this way, a tilt sensor is constructed that detects the tilt angle by utilizing the displacement of the reflected light on the light receiving detector 7.
そして、本発明では上記の反射光が液体2を透
過した後に、厚さ一様の第2の媒質8、例えばシ
リコン油を通過するようにして、第1の液体との
屈折率変化による測定誤差を補正する。そのため
に、媒質8の屈折率及び屈折率の変化率、または
その厚さを後述のように設定する。 In the present invention, after the reflected light passes through the liquid 2, it passes through a second medium 8 having a uniform thickness, such as silicone oil, so that measurement errors due to a change in refractive index with the first liquid are caused. Correct. For this purpose, the refractive index and rate of change in the refractive index of the medium 8, or its thickness are set as described below.
第2図は第1図の傾斜センサの光路を模式図で
示すものであつて、第1図と第2図を用いて本発
明の原理を説明すると次のとおりである。 FIG. 2 schematically shows the optical path of the tilt sensor shown in FIG. 1, and the principle of the present invention will be explained using FIG. 1 and FIG. 2 as follows.
n、Nは第1の液体2、第2の媒質8の屈折
率、t=t1+t2は空気部分の厚さ、Dは第2の媒
質8の厚さ、θは傾斜計本体の傾き、すなわち検
出すべき傾斜角、δとγは図示の如く第1の液体
2から出る光線の振れ角及び第2の媒質8に入射
した光線の振れ角とすると、θ=0の場合を基準
にして検出器7に得られる光源の像の位置、すな
わち反射光の変位hは次の如く表わし得る。 n and N are the refractive indexes of the first liquid 2 and second medium 8, t=t 1 + t 2 is the thickness of the air portion, D is the thickness of the second medium 8, and θ is the inclination of the inclinometer body. , that is, the inclination angle to be detected, δ and γ, are the deflection angle of the light beam exiting from the first liquid 2 and the deflection angle of the light beam incident on the second medium 8, as shown in the figure, based on the case of θ=0. The position of the image of the light source obtained on the detector 7, that is, the displacement h of the reflected light, can be expressed as follows.
h=h1+h2 ……(1)
ただし
h1=t tanδ
h2=D tanγ
ここで、sinδ=n sin2θ、N sinγ=n×
sin2θの関係があるから、式(1)は次のようになる。 h=h 1 + h 2 ...(1) where h 1 = t tan δ h 2 = D tan γ where sin δ = n sin2θ, N sin γ = n×
Since there is a relationship of sin2θ, equation (1) becomes as follows.
θが微少ならば、
h≒2nθ(t+D/N) ……(3)
となる。故に、屈折率の変化dn、dNによるhの
変化、すなわち検出誤差dnは次のとおりとなる。 If θ is very small, h≒2nθ(t+D/N)...(3). Therefore, the change in refractive index dn and the change in h due to dN, that is, the detection error dn, are as follows.
dh=2θ(t+D/N)dn+2nθD/N2dN ……(4)
よつて、誤差dhを無くするにはdh=0が成立
すればよいから、kを上記液体と媒質の屈折率の
変化率の比としたとき、式(4)から、
k=dN/Ndn/n=t+D/N/D/N……
(5)
になるようにすればよい。すなわち、式(5)が成立
するように、第2の媒質の屈折率N及び屈折率の
変化率dN/Nを選ぶか、又はD=N×t/(k
−1)を満足する如くその厚さDを設定すれば、
前記の目的を達成し得る。 dh=2θ(t+D/N)dn+2nθD/N 2 dN...(4) Therefore, in order to eliminate the error dh, it is sufficient that dh=0 holds, so let k be the rate of change in the refractive index of the liquid and medium. From equation (4), k=dN/Ndn/n=t+D/N/D/N...
(5). In other words, the refractive index N and the refractive index change rate dN/N of the second medium are selected so that equation (5) holds true, or D=N×t/(k
If the thickness D is set to satisfy -1),
The above objectives can be achieved.
(発明の効果)
この発明を利用すれば、以上の説明から明らか
なように、液体を透過しその水平な表面において
反射した光線の変更を検出することによつて傾斜
角を測定する場合、簡単な光学機構を付加するだ
けで、温度変化等に基づいて液体の屈折率が変動
することに起因する測定誤差を補償することがで
きるので、精度の高い傾斜センサを提供できる。(Effects of the Invention) As is clear from the above description, this invention makes it easy to measure inclination angles by detecting changes in light rays that pass through a liquid and are reflected on its horizontal surface. By simply adding an optical mechanism, it is possible to compensate for measurement errors caused by variations in the refractive index of the liquid based on changes in temperature, etc., making it possible to provide a highly accurate tilt sensor.
第1図は本発明による誤差補正装置を備えた傾
斜センサの1実施例の主要部の縦断面図、第2図
は第1図の傾斜センサの光路を示す模式図、第3
図は従来方式の傾斜センサを説明するための概略
図である。
1……容器、2……第1の液体、3……第1の
液体の水平表面、4……光源、5……コリメート
レンズ、6……結像レンズ、7……受光検出器、
8……第2の媒質。
FIG. 1 is a vertical sectional view of the main part of an embodiment of a tilt sensor equipped with an error correction device according to the present invention, FIG. 2 is a schematic diagram showing the optical path of the tilt sensor of FIG. 1, and FIG.
The figure is a schematic diagram for explaining a conventional tilt sensor. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Container, 2... First liquid, 3... Horizontal surface of first liquid, 4... Light source, 5... Collimating lens, 6... Imaging lens, 7... Light receiving detector,
8...Second medium.
Claims (1)
つて傾斜角を検出する傾斜センサにおいて、該反
射光が該第1の液体を通過した後に厚さ一様の第
2の媒質を通過する様に構成すると共に、該第1
の液体の屈折率の変化による検出誤差を補正する
ように該第2の媒質の屈折率及び屈折率の変化
率、またはその厚さを設定したことを特徴とする
傾斜センサの誤差補正装置。 2 特許請求の範囲第1項において、該第2の媒
質は次の関係式を満足するように設定したことを
特徴とする傾斜センサの誤差補正装置。 k=t+D/N/D/N ここで、 k:第2の媒質と第1の液体の屈折率の変化率の
比、 t:結像レンズと受光検出器の間の空気部分の厚
さ、 D:第2の媒質の厚さ、 N: 第2の媒質の屈折率。[Scope of Claims] 1. In a tilt sensor that detects a tilt angle based on the polarization angle of reflected light from a horizontal surface of a first liquid, after the reflected light passes through the first liquid, the first liquid has a uniform thickness. The second medium is configured to pass through the first medium.
An error correction device for a tilt sensor, characterized in that the refractive index and the rate of change in the refractive index of the second medium, or the thickness thereof, are set so as to correct a detection error due to a change in the refractive index of the liquid. 2. An error correction device for a tilt sensor according to claim 1, wherein the second medium is set to satisfy the following relational expression. k=t+D/N/D/N where, k: ratio of change rate of refractive index of the second medium and first liquid, t: thickness of the air portion between the imaging lens and the light receiving detector, D: Thickness of the second medium, N: Refractive index of the second medium.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4373885A JPS61204515A (en) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | Correcting device for error of inclination sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4373885A JPS61204515A (en) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | Correcting device for error of inclination sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61204515A JPS61204515A (en) | 1986-09-10 |
| JPH0479523B2 true JPH0479523B2 (en) | 1992-12-16 |
Family
ID=12672116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4373885A Granted JPS61204515A (en) | 1985-03-07 | 1985-03-07 | Correcting device for error of inclination sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61204515A (en) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5899712A (en) * | 1981-12-09 | 1983-06-14 | Tokyo Optical Co Ltd | Tilt angle measuring device |
-
1985
- 1985-03-07 JP JP4373885A patent/JPS61204515A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61204515A (en) | 1986-09-10 |
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