УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО НАПРАВЛЕНИЯ С ОДНОГО ГОРИЗОНТА НА ДРУГОЙ Российский патент 2003 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к инженерно-геодезическим и маркшейдерским измерениям.

Известны устройства для передачи направления с одного горизонта на другой, содержащие передатчик направления, установленный на одном горизонте, и оптически связанный с ним приемник направления, установленный на другом горизонте. Передатчик направления снабжен зрительной трубой (теодолитом) с вертикальной осью вращения, а приемник направления - рейкой со штрихами или светящимися сигнальными щелями. Искомое направление отсчитывается посредством угла между визирной осью зрительной трубы (теодолита) и продольной осью рейки [1]. Эти устройства характеризуются невысокой точностью и не решают задачи автоматизации измерений.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является устройство передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, содержащее передатчик направления, установленный на одном горизонте, и оптически связанный с ним приемник направления, установленный на другом горизонте. Передатчик направления снабжен зрительной трубой с вертикальной осью вращения и телекамерой с ПЗС-матрицей (матрицей приборов с зарядовой связью), а приемник направления - матрицей источников света [2] . При этом в телекамере формируется телевизионный сигнал, содержащий изображение матрицы источников света, которое вращается в телевизионном кадре при изменении горизонтального угла между передатчиком и приемником направления, а искомый угол вычисляется путем компьютерной обработки этого сигнала.

Прототип обладает недостатком, связанным с тем, что при работе на разных горизонтах необходима перефокусировка объектива телекамеры, ввиду чего в результат измерений вносится дополнительная ошибка.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении этого недостатка работой устройства в параллельных лучах света.

Для решения этой задачи в предлагаемом устройстве, содержащем оптически связанные и установленные на разных горизонтах передатчик направления, оснащенный телекамерой с ПЗС-матрицей, и приемник направления с общей вертикальной осью вращения и матрицу источников света, отличающееся тем, что согласно изобретению и в отличие от прототипа телекамера передатчика направления снабжена светоделительной куб-призмой, на оптически сопряженных гранях которой в фокальных плоскостях объектива телекамеры установлены соответственно ПЗС-матрица и матрица источников света, а на других боковых гранях - автоколлимационные зеркала, приемник направления содержит отражательную призму с установленными на ней автоколлимационными зеркалами, при этом входная грань призмы перпендикулярна вертикальной оси вращения устройства.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображены передатчик направления, содержащий светоделительную куб-призму 1, матрицу источников света 2, автоколлимационные зеркала 3, 4 и 5, ПЗС-матрицу 6, объектив 7 телекамеры и приемник направления, содержащий отражательную призму 8 (например, БР-180) и автоколлимационные зеркала 9 и 10. При этом матрица источников света 2 и ПЗС-матрица 6 закреплены (склеены) на оптически сопряженных гранях куб-призмы 1 и установлены в фокальных плоскостях объектива 7 телекамеры, вертикальная ось вращения Н-Н передатчика и приемника направления совмещена с оптической осью объектива 7 и перпендикулярна входной грани отражательной призмы 8.

Устройство работает следующим образом. Изображение матрицы источников света 2 с помощью светоделительной куб-призмы 1 и объектива 7 в параллельных лучах света направляется на призму 8, отражается от нее и посредством тех же объектива 7 и куб-призмы 1 проецируется на ПЗС-матрицу 6. В результате в телекамере, образованной ПЗС-матрицей 2, объективом 7 и схемой электроники, не показанной на чертеже, формируется телевизионный сигнал, содержащий изображение матрицы источников света 2. При изменении горизонтального угла между передатчиком и приемником направления (между нормалями к автоколлимационным зеркалам 3, 4 и 5 передатчика и 9 и 10 приемника) изображение матрицы источников света 2 в телевизионном кадре вращается, что и служит основанием для выполнения измерений. Примечательно, что при изменении указанного угла на некоторую величину ϕ изображение матрицы источников света в телевизионном кадре вращается на угол 2ϕ (на вдвое больший угол), что повышает точность измерений.

Заданное направление (азимут) передается на одно из автоколлимационных зеркал 3, 4 или 5 передатчика, например, с помощью автоколлимационного теодолита и снимается с одного из автоколлимационных зеркал 9 или 10 приемника. Таким образом, направления АВ1, АВ2 или АВ3, задаваемые соответственно нормалями автоколлимационных зеркал 3, 4 и 5 передатчика, передаются на направления АН1 и АН2, задаваемые нормалями автоколлимационных зеркал 9 и 10 приемника по формуле:

где A_Н - принимаемое направление на нижнем горизонте;
А_B - передаваемое направление с верхнего горизонта;
ϕ - горизонтальный угол между передатчиком и приемником направления, вычисленный путем компьютерной обработки телевизионного сигнала телекамеры;
ϕ₀ - метрологическая константа.

Результаты экспериментальных исследований макета устройства показали возможность выполнения измерений без перефокусировки объектива телекамеры со средней квадратической погрешностью определения горизонтального угла ϕ между передатчиком и приемником в пределах 1,5 угловых секунд.

Источники информации
1. Маркшейдерско-геодезические приборы и инструментоведение. Н.Ф. Гусев. - М.: Углетехиздат, 1958, с. 452.

2. Патент РФ 2152591 от 14.10.92. Устройство передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой. Кл. G 01 С 15/00 (прототип).

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к геодезическому приборостроению, и может быть использовано для передачи горизонтального направления с поверхности земли в горные выработки или на верхние этажи при строительстве инженерных сооружений. Устройство содержит оптически связанные и установленные на разных горизонтах передатчик направления, приемник направления с общей вертикальной осью вращения и матрицу источников света. Телекамера передатчика направления снабжена светоделительной куб-призмой. На оптически сопряженных гранях куб- призмы в фокальных плоскостях объектива телекамеры установлены ПЗС-матрица и матрица источников света, а на других гранях - автоколлимационные зеркала. Приемник направления содержит отражательную призму с установленными на ней автоколлимационными зеркалами. Входная грань призмы перпендикулярна вертикальной оси вращения устройства. Технический результат состоит в простоте изготовления устройства, а также в повышении точности и надежности измерения, что позволяет измерять горизонтальный угол между приемником и передатчиком направления без перефокусировки объектива телекамеры со средней квадратической погрешностью в пределах 1,5 угловых секунд. 1 ил.

Устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, содержащее оптически связанные и установленные на разных горизонтах передатчик направления, оснащенный телекамерой с ПЗС-матрицей, и приемник направления с общей вертикальной осью вращения и матрицу источников света, отличающееся тем, что телекамера передатчика направления снабжена светоделительной куб-призмой, на оптически сопряженных гранях которой в фокальных плоскостях объектива телекамеры установлены соответственно ПЗС-матрица и матрица источников света, а на других боковых гранях - автоколлимационные зеркала, приемник направления содержит отражательную призму с установленными на ней автоколлимационными зеркалами, при этом входная грань призмы перпендикулярна вертикальной оси вращения устройства.