Светопроекционный дальномер Советский патент 1984 года по МПК G01C3/12 

Изобретение относится к оптикомеханическим- устройствам для измере ния расстояний, используемым при геодезических измерениях и преимущественно при маркшейдерских работа При измерении расстояний до труд нодоступных объектов использукл-ся светопроекционные дальномеры геометрического типа с постоянным базисом и переменным параллактическим углом, формируемым при -йзменени ях положения подвижных элементов компенсатора ПЗТакие дальномеры с разнообразными оптическими схемами достаточно сложны, поскольку требуют для фокусировки перемещения других элементов оптической схемы. Наиболее близким к изобретению я ляется светопроекционный дальномер с симметрично расположенными проекционной и оптической ветвями, в которых наряду с элементами построения изображения, светового пятна и его переноса размещены симметрично зеркала компенсатора 2. . В этом устройстве используют под вижнУе зеркала компенсатора в качестве фокусирующих элементов и разме щают их на каретке, перемещающейся te направлении оси симметрии дальномера, а измеряемая величина перемещения каретки характеризует меняющийся параллактический угол и тем самым определяемое расстояние. Недостаток такого светопроекцион ного дальномера как и дальномеров геометрического типа связ.ан с гиперболической зависимостью между измеряемым перемещением зеркал компенсатора и определяемым расстояние Устранение этого недостатка, основа ное на механическом преобразовании величины перемещения, усложняет кон струкцию дальномера и препятствует повышению точности измерений. Цель изобретения - обеспечение линеаризации показаний дальномера, осуществляемой без вмешательства в механизм перемещения каретки., Цель достигается тем, что в светопроекционном дальномере с постоянным внутренним базисом и переменным параллактическим углом, содержащем симметрично расположенные проекционную и приемную оптическую ветви с элементами зеркального компенсатора в каждой из них, подвижны зеркала которого размещены на общей каретке, установленной с возможностью перемещения параллельно оси симметрии:.дальномера, а также устро ство для измерения перемещения каре ки,- последнее построено как проекционное устройство прямого отсчета, щелевой осветитель которого размещен на каретке, а проекционный объе тив и равномерная шкала закреплены неподвижно, при этом угол oi между плоскостью размещения шкалы и главной плоскостью проекционного объектива связан с углом t/ между этой главной плоскостью, перпендикулярной оси щелевого осветителя, и осью симметрии дальномера соотношением (Х- аг с1 g{l/t2rf гдe V - линейное увеличение объектива. В оптимальном варианте построения дальномера в ходе лучей между объективом и шкалой проекционного устройства может быть установлено зеркало, а шкала должна быть размещена в плоскости, оптически сопряженной с помощью зеркала с плоскостью первоначальной установки шкалы. На фиг. 1 показан оптимальный вариант построения дальномера, нап i фиг. 2 - схема, иллюстрирующая принцип действия проекционного устройства прямого отсчета. В корпусе 1 симметрично относительно продольной оси расположены две оптические ветви - проекционная и приемная, в каждой из которых установлены объектив 2 (2/, неподвижное зеркало 3(3)и подвижное зеркало 4(4/ оптического компенсатора. В проекционной ветви установлены источник света 5 и щель б.. В приемной ветви установлены сетка 7 и окуляр 8. Подвижные зеркала 4 и 4 установлены на кронштейне 9, жестко закрепленном на каретке 10, которая перемещается в прямолинейных направляющих 11 вдоль продольной оси исмметрично дальномера. На каретке ус тановлены дополнительные осветитель 12 со щелью 13. в корпусе 1 установлены неподвижно проекционный объектив 14, зеркало 15 и стеклянная шкала 16 с равномерными делениями, образующие вместе со щелевым осветителем проекционное устройство прямого отсчета. Световой поток от источника света 5 через щель б, последовательно отразиндись зеркалами 3 и 4, направляется в объектив 2, который формирует изображения щели на пересечении плоскости объекта Я и оси симметрии дальномера (точка А/. Отраженный световой поток попадает в объектив 2 и, последовательно отразившись на зеркалах 4и 3, формируется в центре сетки 7. При измерении расстояния до объекта (положение плоскости 9 ) изображение щели б смещается в 11лоскости сетки от центра и размывается, что фиксируется глазом посредством окуляра 8. Для измерения расстояния перемещают каретку с зеркалами 4(4) до совмещения изображения щели 6 с центром сетки. Одновременно изображение щели 13 проектируется объективом 14 после отражения зеркалом 15 в плоскость стеклянной шкалы 16. Расстояние до объекта определяют по положению изображения щели 13 на шкале 16 Измеряемое расстояние 3) связано с перемещением зеркал оптического -компенсатора зависимостью где В - величина базиса дальномера (расстояние между узловыми точками 0 и С объективов 2 и 2 ; у - величина параллактического угла дальномера, у к-лся ; uft - перемещение компенсатора з кал или каретки; t« - коэффициент пропорциональности между у и 401 . Принцип преобразования гиперболической зависимости величин Р и си , между D и отсчетом по стеклянной шка ле в линейную, а также расчет основных параметров преобразователя поясняется на фиг, 2 . Отрезок А, В , по которому перемещается каретка 10 под произвольным углом оС к главной плоскости объектива 14 так, чтсЮы точка С лежала в его фокальной плоскости, для построения линии , на которой должна быть расположена стеклянная равномерная шкапа 16 (отрезки Ах(В и , сопряженные относительно объектива 14), точка С соединяется с узловой точкой F объектива и далее проводится линия , пара лельная линии CF. При построении пре полагается, что FE - след главной плоскости объектива 14. Угол смежду Е и ЕВ равен ((rct(Vtg-oi| , (21 ; где V - линейное увеличение объектива. Исходя и-з приведенного построения определяется зависимость перемещения изображения щели-по линии ЕВ от перемещения щели по линии СА : SincA ПО формуле Ньютона 2, -f . (4Ь отсчет по шкале равен Подставляя {51, (4), (3) в (1), получим с учетом ;B/k4w 1) -- 5inoisin(f L , 0 где f - фокусное расстояние объективов 2,2.дальномера} fo фокусное расстояние объектива 14, или ..6)il где k - коэффициент пропорциональности, равный , Sfnotsin 0 . (7) Так как f , f , oi, к о являются постоянными, то зависимость между измеряемым расстоянием Ц и отсчетом по шкале L, линейная. Для удобства снятия отсчета по шкале изображение приводится в положение зеркалом 15, установленным под углом к оси симметрии дальномера, равным 0 +arctg.vt.cr4.e 1 2 где - угол между плоскостью шкалы и осью симметрии дальномера. Отсчет по шкале снимается невооруженным глазом либо при помощи окуляра, перемещающегося вдоль шкалы. Осуществленное преобразование гиперболической зависимости выходного сигнала дальномера в линейную не требует изменения механической цепи дальномера. В передаче выходного сигнала исключается механические преобразующие системы, погрешности изготовления и сборки которых в значительной степени снижают точность работы дальномера. Появляется возможность опредe |eния расстояний по равномерной шкапе, отградуированной в единицах измерения расстояний без построения тарировочных кривых, которые также в значительной степени снижают точность измерения. Испытания предложенного дальномера показали, что точность измерения, повысилась по сравнению с прототипом в 1,6 раза, а введение указанного преобразования дает линейную зависимость измеряемого расстояния и его отсчета.

1. СВЕТОЛРОЕКЦИОННЫЙ ДАЛЬНОМЕР с постоянным внутренним базисом и переменным параллактическим углом, содержащий симметрично расположенные проекционную и приемную оптические ветви с элементами зеркального компенсатора в каждой из них, подвижные зеркала которого размещены на общей каретке, установленной с возможностью перемещения параллельно оси симметрии дальномера, а также устройство для измерения перемещения каретки, отличающийся тем, что, с целью линеаризации показаний дальномера, устройство для измерения перемещения каретки построено как проекционное устройство прямого отсчета, щелевой осветитель которого размещен на каретке, а проекционный объектив и равномерная отсчетная шкала закреплены неподвижно, при этом угол о(. между плоскостью размещения шкалы и главной плоскостью проекционного объектива связан с углом сА между этой главной плоскостью, перпендикулярной оси щелевого осветителя, и осью симметрии дальномера соотношением oL (ё (li(f}, где V - линейное увеличение объектива. 2. Дальномер по п. 1, отлича(О ющийся тем, что в ходе лучей между проекционным объективом и с: шкалой проекционного устройства установлено зеркали, а шкала размещена в плоскости, оптически сопряженной с помощью зеркала с плоскостью первоначальной установки шкалы.