Устройство для измерения углов с коррекцией влияния рефракции Советский патент 1986 года по МПК G01N21/45 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в геофизике, оптике атмосферы, геодезии и метрологии длин при проведении угловых измерений.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапазона измерений, по дальности путем повышения точности коррекции влияни рефракции.

На чертеже изобр ажена оптическая схем-а устройства..

Устройство содержит источник 1 света, оптическую систему формирования вторичных когерентных , содержащую светоделительную призму 2 и отражающую призму 3, пье зокерамический преобразователь 4, источник 5 постоянного напряжения, генератор 6 звуковой частоты, фотоприемник 7, синхронный детектор 8, измерительный прибор 9, приемное оптическое устройство, содержащее фотоприемник 10, узкополосный усилитель 11, регистрирующий прибор 12

Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 света делится полупрозрачной гранью призмы 2 на два пучка. Один из них проходит через прозрачную грань призмы 2 в направлении приемного оптического устройства. При этом небольшая часть излучения отражается от прозрачной грани призмы 2 и направляется полупрозрачной гранью призмы 2 на фотоприемник 7. Второй пучок излучения падает на призму 3, частично отражается прозрачной гранью в обратном направлении, а остальная часть пучка направляется отражающей гранью призмы 3 в направ лении приемного оптического устройства. Отраженная от прозрачной гран призмы 3 небольшая часть пучка падает на фотоприемник 7. Таким образом, на фотоприемниках 7 и 10 образуются интерференционные картины.

Причем на фотоприемнике 10 в оптическую разность хода входит влия ние атмосферы, а на фотоприемнике 7 только инструментальная разность хода. При включении генератора 6 звуковой частоты преобразователь 4 приводит призму 3 в колебательное перемещение в плоскости лучей, а разность хода интерферирующих лучей приобретает переменную состав

2133952

1 ляющую.Синхронный детектор 8 и узкополосный усилитель 11 выделяют фототоки на частоте генератора звуковой частоты. Величины этих фототоков 5 измеряют приборами 9 и 12. Так как эти фототоки содержат информацию об инструментальной и атмосферной разностях хода интерферирующих лучей, то измерив их можно получить искомый 10 угол рефракции. Действительно,

при неподвижной призме 3, т.е. при отключенном генераторе 6, для разностей хода J, и 8j интерферирующих лучей соответственно на фото- 15 приемниках 7 и 10 имеем S, 2(,)п- 2

23

30

35

40

45

50

8,

(Ь,-а.«,п,.Ь, о

Г Зп .nnhr i)J

X

(1) (2)

20

(bj,-a + a,

где

ЬоL

расстояние между скошенными гранями призм 2 и 3 (база интерферометра);

П - показатель преломпения воз,

духа между призмами; lif- показатель преломления

стекла призм; а,ис(- геометрические пути лучей

в призме 3, проходящие до и после отражения от скошенной грани;

- расстояние между оптической системой и фотоприемником 10;

f - угол рефракции.

При включении генератора 6 преобразователь 4 приводит призму 3 в коле - бательное движение с амплитудой b cossit. Соответственно этому изменяется и разность хода

8( 2(bo-a,)n + 2b. (. ;, (3) 5i(bo-a,)n -b r co5nt4a,nc4on Vrcosnt(4)

Подставляя (З) и (4) в интерференционную формулу вида

I-I,co5(2fS/,

где I - интенсивность света, с использованием формул

(51

С05 ( Z со 5 X ) О о( Ь 3 г 1 г) С05 2 X « ,

sin ( 2,(z) oinxf ...

(6)

(7)

для интенсивностей с частотой S

получим:

-5 П-Й,

( Зг(а)

А,(2Кг)

6:),(

312

) - функция Бесселя первого

рода порядка m .

Этим интенсивностям пропорциональны фототоки, амплитуды которых имеют вид

(8) .

г о.«(2Ь,м),

(Ь ).

(9)

По измерениям i, получают , а по измерениям i,-V( ) Сначала, изменяя Ь , получают максимальное значние фототока Л шах 01, max

i, r J,(2b.h) Jimax

Т.е. выполняют градуировку прибора. Затем при медленном изменении Ъ путем увеличения напряжения генератора 6 устанавливают необходимую величину Ь и определяют величину 2 таблицам функции Весселя. Аналогичные действия производят для другой интерференции и определяют величину5 ). Угол рефракции нахдят по формуле г .

Источник 5 постоянного напряжения служит для вьтедения разности хода интерферирующих лучей в зону максимальной чувствительности.

Формула изобретени

Устройство для измерения углов с коррекцией влияния рефракции, содержащее угломерный инструмент и кинематически связанные с ним источник света и оптическую систему для создания вторичных когерентных световых пучков, а также приемное оптическое устройство,

12

.

е

о

я

13395

содержщаее фотоприемник, о т л и - ч ающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений по дальности

5 путем повьшения точности коррекции влияния рефракции, в него введены последовательно соединенные пьезо- керамический преобразователь, генератор звуковой частоты, синхронный

10 детектор и измерительный п-рибор, а также источник постоянного напряжения, соединенный с пьезокерами- ческим преобразователем, и дополнительный фотоприемник, соединенный

15 синхронным детектором, оптическая система для создания вторичных когерентных световых пучков выполнена в виде светоделительной призмы с полупрозрачными гипотенузной и боко20 вой гранями, гипотенузная грань которой установлена в точке пересечения оптических осей источника света и дополнительного фотоприемника и образует с ними углы в 45 и

25 отражающей призмы с отражающей гипотенузной и полупрозрачной боковой гранями, закрепленной гипотену&ной и полупрозрачной боковой гранями, закрепленной гипотенузной гранью на

30 пьезокерамическом преобразователе так, чтобы гипотенузные грани призм были параллельны, причем источник света и дополнительный фотоприемник оптически связаны через ггаютенуз- ную грань светоделительной призмы и полупрозрачные боковые грани обеих призм, а в приемное оптическое устройство дополнительно введен соединенньп с фотоприемником узкопо,д лосный усилитель, выход которого соединен с измерительным прибором.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в геофизике, оптике атмосферы, геодезии и метрологии длин при проведении угловых измерений. Устройство для измерения углов . с коррекцией влияния рефракции содержит угломерньй инструмент, кинематически связанные с ним источник света, оптическую систему для создания вторичных когерентных световых пучков, приемное оптическое устройство, содержащее фотоприемник и узкополосный усилитель. Устройство содержит также последовательно соединенные пьезо- керамический преобразователь, генератор звуковой частоты, синхронный детектор, измерительный прибор, источник постоянного напряжения, соединенный с пьезокерамическим преобразователем, и второй фотоприемник, соединенный с синхронным детектором. Оптическая система для создания вторичных когерентных световых пучков вьтолнена в виде свето- делительной призмы с полупрозрачными типотенузной и боковой гранями, гипотенузная грань которой установлена в точке пересечения оптических осей источника света и второго фотоприемника и образует с ними углы в 45 , и отражающей призмы с отражающей гипотенузной и полупрозрачной боковыми гранями, закрепленной гипотенузной гранью на пьезокерамичес- ком преобразователе так чтобы гипотенузные грани призм бьши параллельны. Источник света и второй фотоприемник оптически связаны через гипотенузную грань светоделительной призмы и полупрозрачные боковые грани обеих призм. 1 ил. § (П