Устройство для измерения угла наклона Советский патент 1992 года по МПК G01C1/00 

Фиг.1

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано для измерения углов наклона и эталонирования вертикальных кругов теодолитов.

Цель изобретения - повышение стойкости за счет уменьшения влияния ошибок гнутия зрительной трубы.

На фиг. 1 изображен вариант выполнения устройства с использованием зеркал; на фиг. 2 - то же, с использованием призм (фигуры изображены в проекции на плоскость, проходящую через ось вращения зрительной трубы и визирную ось); на фиг, 3 - геометрическая интерпретация работы устройства.

На оправу объектива 1 зрительной трубы 2, вращающейся вокруг горизонтальной оси 3, надета и закреплена полая цапфа 4 с прикрепленным к ней корпусом 5, в котором установлены оптические элементы. Непосредственно перед объективом 1, в его центре, установлена разделительная призма 6, закрывающая по высоте (перпендикуляр к плоскости рисунка) от половины до двух третей свободного отверстия объектива. Часть выходящего из объектива параллельного пучка лучей разделяется призмой 6 на два симметричных, каждый из которых попадает на плоские зеркала 7 и отразившись от них направляется в пространство предметов. Плоскости отражающих поверхностей зеркал 7 устанавливаются таким образом, чтобы нормали к ним образовывали угол равный 180° , а расстояния между центрами разделительной призмами б, установленной в центре объектива 1, и зеркал 7 подбираются равными с условием, чтобы продолжения направляющих в пространство предметов симметричных лучей пересекались в точке 8 пересечения осей вращения теодолита и трубы. Расстояние S между центрами разделительной призмы 6 и зеркал 7 рассчитывается по формуле

S°ptg /2,

где р - расстояние от главной точки 8 до осевой линии разделенных призмой б пучков лучей.

Аналогичное устройство изображено на фиг. 2, где разделительный блок и зеркала заменены двумя одинаковыми призмами. На оправу объектива 1 зрительной трубы 2, вращающейся вокруг оси 3, надета и закреплена полая цапфа 4 с прикрепленным к ней корпусом 5, к которому крепятся одинаковые оптические элементы 6. Каждый из оптических элементов б представляет собой

две склеенные призмы. Габариты элементов 6 рассчитываются как и для плоских зеркал. Оптические элементы 6 могут быть установлены симметрично центра объектива 1 с образованием вертикальной щели на нем, которая по величине равна половине или одной трети свободного отверстия объектива.

Конструктивное выполнение устройства может быть различным, однако у всех из них должны выполняться требования пересечения симметричных лучей в точке пересечения осей вращения и зрительной трубы и симметричного, относительно визирной

оси, расположения оптических элементов с перекрытием ими от половины до двух третей свободного отверстия объектива. Последнее требование необходимо для контроля правильности закрепления устройства на оправе объектива зрительной трубы.

Процесс определения угла наклона состоит в следующем.

Устанавливают на исходной точке 10 устройство и приводят его вертикальную ось вращения в отвесное положение. Разделяют в точке 10 визирный луч 10-11 на два симметричных визирных луча 10-12 и 10-13 и устанавливают их в горизонтальную плоскость 11-12-13, проходящую через горизонтальную ось 3. Поворачивая зрительную трубу вокруг горизонтальной оси 3, а также вокруг вертикальной оси 10-14 совмещают

перекрестие сетки нитей одного из симметричных лучей с визирной целью 15 и берут отсчет Oi по лимбу горизонтального круга. Поворачивая теодолит вокруг вертикальной оси 10-14 совмещают перекрестие сетки нитей другого симметричного визирного луча с визирной целью 15 и берут отсчет 02 по лимбу горизонтального круга. Вращением вокруг оси 10-14 смещают визирный луч цели 15, вновь совмещают перекрестие сетки с визирной целью 15 и юерут отсчет Оз по лимбу. Разворотом вокруг оси 10-14, совмещают перекрестие сетки визирного луча с целью 15 и берут отсчет 04 по лимбу-, Вычисляют значение измеренного одним приемомуглэ/3:

Й- - (°1 °2) + (°« °з)

Разворачивают горизонтальный лимб на угол 180°/п, где п - количество приемов измерений и выполняя все вышеперечисленные действия определяют следующее значение угла/, Выполнив в такой последовательности п приемов измерений вычисляют среднее значение угла р , : п

Ј 3

Кср П

:Р

пользуясь которым определяют угол наклона v по формуле

sin v - arccos

где (f - постоянный угол между дополнительными визирными лучами;

- значение измеренного угла.

Для полной аналогии с измерением горизонтальных углов все операции, предшествующие взятию отсчетов Оз и 04 целесообразно производить после перевода зрительной трубы через зенит.

Анализ показывает, что величина средней квэдратической ошибки определения угла наклона уменьшается с увеличением угла р и приближается к минимальной при соблюдении условия

v 90°- §-(1°-7°).

Точность определения углов наклона, лежащих в пределах -5° v + 5° падает, так как выполнить это условие практически невозможно из-за необходимости разделения визирного луча не симметричные, образующие близкий к 180° угол, реализовать который устройством невозможно потому, что величина S становится неоправданно большой.

Для определения углов наклона в пределах от -5° v +5° необходимо наклонить вертикальную ось вращения 10-14 в отвесной плоскости, проходящей через визирную цель 15 на некоторый угол к, измеряют величину наклона к оси 10-14 в этой плоскости, а затем угол / на визирную цель, после чего вычисляют угол наклона vno формуле

V-±K+ arccosf| | ±/CTV,

где К - наклон вертикальной оси 10-14 (верхние знаки справедливы для наклона

верхнего конца оси от визирной цели, а нижние - к визирной цели).

При этом необходимо учитывать, что угол наклона д определяется от плоскости 5 условного горизонта, наклоненного к плоскости истинного горизонта на угол v в направлении визирной цели 15,

Наклон вертикальной оси может быть определен с помощью известных средств, 0 например при помощи экзаменатора с ориентировкой его оси наклона перпендикулярно направлению на визирную цель, с помощью двух дополнительных уровней, прикрепленных параллельно визирной оси 5 зрительной трубы, причем их оси должны быть установлены под известными одинаковыми углами симметрично горизонта. Так, для р 120° величины этих углов должны быть порядка 20° - 23°; с помощью эталони0 рованной многогранной призмы, установленной вертикально в плоскости, параллельной визирной оси и жестко скрепленной с корпусом, и дополнительного автоколлимационного нивелира или теодолита.

5Таким образом, устройство позволяет измерять углы наклона с использованием горизонтального лимба, что исключает ошибки, связанные с непосредственным считыванием вертикальной отсчетной сис0 темы.

Формула изобретения Устройство для измерения угла наклона, содержащее подставку, колонку, установленную с возможностью поворота

5 вокруг вертикальной оси, зрительную трубу с объективом, установленную в колонке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, ортогональной визирной оси зрительной трубы и пересекающейся с ней

0 в главной точке, а также горизонтальный лимб с отсчетной системой, отличающееся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения влияния ошибок гнутия зрительной трубы, в него введен оптически

5 сопряженный с объективом оптический блок с двумя каналами, оптические оси которых пересекаются в главной точке и расположены в одной плоскости с горизонтальной осью симметрично относи0 тельно визирной оси.

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано для измерения углов наклона и эталонирования вертикальных кругов теодолитов. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния ошибок гнутия зрительной трубы. Устройство содержит подставку, колонку, установленную с возможностью поворота вокруг вертикальной оси, зрительную трубу 2 с объективом 1, установленную в колонке с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси 3, которая ортогональна визирной оси зрительной трубы 2 и пересечена с ней в главной точке 8, горизонтальный лимб с отсчетной системой, оптически сопряженный с объективом 1, оптический блок с двумя каналами, оптические оси которых пересечены в главной точке 8 и расположены в одной плоскости с горизонтальной осью 3 симметрично относительно визирной оси.3 ил. Ё vj О СО ю о ю

$

12

11

5

15 Ь