ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СВЕТОДАЛЬНОМЕРА Российский патент 2004 года по МПК G01C3/00 G01B9/02 

Предлагаемое устройство относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано как дополнительная оптическая система к светодальномеру, позволяющая увеличить точность измерения расстояния, дальномерами с совмещенными приемными и передающими каналами.

Известна оптическая система для исследования лазерных дальномеров при их метрологической аттестации [1], содержащая узел для задания эталонного расстояния и предназначенный для увеличения оптической длины измеряемой линии. Недостатком является большое количество отражающих элементов, каждый из которых необходимо юстировать в составе и относительно всего устройства в целом.

Известен интерферометр для измерения линейных перемещений объекта [2], содержащий два уголковых отражателя для увеличения оптической длины измеряемой линии с целью повышения чувствительности интерферометра. Недостатком оптической схемы этого интерферометра является несимметричность оптической схемы интерферометра относительно оптической оси излучателя.

Известно интерференционное устройство [3] для измерения штриховых мер с четырехкратным прохождением световым потоком измеряемого расстояния с целью повышения точности измерения. Но эту оптическую схему невозможно применить для измерения дальности светодальномером, что и является недостатком схемы.

Новым признаком в предлагаемом изобретении является то, что отражающие элементы расположены попарно и образуют системы тройных зеркал, таким образом, что луч света проходит путь от светодальномера до внешнего оптического отражателя, шесть раз возвращаясь к светодальномеру.

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники позволяет сделать вывод о соответствии критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Задачей предлагаемого устройства является повышение точности измеряемого расстояния за счет умножения оптической длины измеряемой линии, симметричным расположением отражающих элементов относительно оптической оси светодальномера.

Поставленная задача достигается тем, что оптическая система для умножения длины оптического пути, содержащая уголковый отражатель, систему отражательных элементов, установленных последовательно один за другим, отражающими поверхностями навстречу друг другу, согласно изобретению система снабжена отражающими элементами, расположенными таким образом, что луч света, испускаемый излучателем светодальномера, возвращается обратно к светодальномеру по тому же пути, проходя расстояние, равное шестикратному расстоянию от излучателя до уголкового отражателя, причем отражающие элементы расположены попарно, одна пара механически жестко связана с дальномером, другая с внешним уголковым отражателем. Каждая пара отражательных элементов образует тройное зеркало, оптически эквивалентное уголковому отражателю, при этом призмы 3 и 6 на внешнем оптическом отражателе размещены симметрично на расстоянии d от призмы 2. Лучи света, идущие от призмы 3 к призме 4, от призмы 5 к призме 6, распространяются параллельно лучу света, идущему от излучателя.

Изобретение поясняется оптической схемой, представленной на фиг. 1. На фиг. 2. показан ход лучей через пару призм 2 и 3.

Оптическая схема состоит из светодальномера 1, поворотных призм 2, 3, 4, 5, оптического отражателя 6. Новыми элементами системы являются поворотные призмы 2, 3, 4, 5. Пары призм 2, 3 и 4, 5 образуют поворотные системы, поворачивающие пучок света в обратном направлении, причем призмы 2, 3, 6 образуют новый внешний оптический отражатель, поворачивающий пучок света так же, как одиночный трипель-призменный отражатель. Ход одного из лучей пучка через призмы 2, 3 показан на фиг. 2. В каждой паре одна призма имеет одну отражающую поверхность, другая две. Отражающие поверхности в каждой из пар призм взаимно перпендикулярны.

Сущность метода, реализуемого с помощью предлагаемого устройства, рассмотрим на конкретном примере с использованием наиболее распространенного отечественного светодальномера СТ5. Примем погрешность измерения расстояний этим дальномером, равным m_D = 10+5 мм/км [3]. При измерении расстояния 0,2 км обычным дальномером, погрешность измерения будет равна 11 мм. При использовании оптического умножения длины измеряемой линии в три раза погрешность возрастет и будет оцениваться величиной m_3D. Для этого метода будет справедлива формула
3D_изм=3D_ист+m_3D, (1)
где D_изм - измеряемое расстояние. Для получения однократного расстояния уравнение (1) следует разделить на 3. В результате получим: D_изм=D_ист+m_3D/3. Отсюда следует, что погрешность измерений m_3D/3 будет 4 мм, что примерно в три раза точнее, чем m_D = 11 мм в обычном методе.

Оптическая система работает следующим образом. Измерительный луч от светодальномера направляется на поворотную систему призм 2, 3. Призмы размещены в горизонтальной плоскости так, что призма 2 находится на оптической оси объектива светодальномера. Далее пучок света попадает на призму 3, размещенную симметрично с внешним оптическим отражателем относительно призмы 2 и на некотором расстоянии d. Отразившись от призмы 3, световой луч распространяется параллельно оптической оси объектива светодальномера и попадает на призму 4. Призмы 4, 5 образуют систему, аналогичную поворотной системе, состоящую из призм 2 и 3. Отразившись от зеркала 3, пучок света погадает на трипель-призму 6. Обратно до светодальномера пучок света распространяется по тому же пути. Поскольку призмы в поворотных системах расположены симметрично относительно оптической оси светодальномера и стоят в одной плоскости с дальномером, то угловые подвижки внешнего оптического отражателя на несколько угловых градусов в вертикальной и горизонтальной плоскости, относительно рабочего положения, не приводит к изменению показаний отмеренной дальности светодальномера.

Оптические призмы могут быть заменены системой отражающих поверхностей, расположенных и сориентированных согласно фиг. 1.

Таким образом, умножение длины измеряемой линии, с помощью дополнительной оптической системы светодальномера повышает точность измерения дальности приблизительно в три раза.

Современная промышленность нуждается в таких устройствах поскольку предлагаемое устройство в составе дальномера позволяет существенно повышать точность измерения дальности при выполнении следующих работ: монтаж промышленного оборудования, создание прецизионных геодезических сетей, геодезического обеспечения строительных работ и т.д.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1700361 А1, кл. G 01 С 3/00.

2. Авторское свидетельство СССР 1275205 А1, кл. G 01 В 9/02 - аналог.

3. Авторское свидетельство СССР 1224568 А1, кл. G 01 B 9/02 - прототип.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано как дополнительная оптическая система к светодальномеру. Оптическая система светодальномера содержит уголковый отражатель, систему отражающих элементов, установленных последовательно один за другим отражающими поверхностями навстречу друг другу. Отражающие элементы расположены попарно. Одна пара механически жестко связана с дальномером, другая - с внешним уголковым отражателем. Каждая пара отражательных элементов образует тройное зеркало, оптически эквивалентное уголковому отражателю. Оптические отражательные элементы, не лежащие на оптической оси излучателя, расположены симметрично относительно этой оси. Технический результат состоит в повышении точности измерений. 2 ил.

Оптическая система светодальномера, содержащая уголковый отражатель, систему отражающих элементов, установленных последовательно один за другим, отражающими поверхностями навстречу друг другу, отличающаяся тем, что она снабжена отражающими элементами, которые расположены попарно, одна пара механически жестко связана с дальномером, другая с внешним уголковым отражателем, каждая пара отражательных элементов образует тройное зеркало, оптически эквивалентное уголковому отражателю, оптические отражательные элементы, не лежащие на оптической оси излучателя, расположены симметрично относительно этой оси.