Устройство для измерения углов наклона Советский патент 1993 года по МПК G01C9/02 

fe

Изобретение относится к области астро- номо-геодезии для измерения углов наклона. Сущность изобретения: при наклоне камеры 1 луч от коллиматора 2, отражаясь от ртутного горизонта 6 и зеркала 3, попадает в точку Рп на экране 4, по отношению точки от нулевой точки Рп определяют угол наклона камеры 1. 4 ил.

Н

VJ

О OJ ГО Ю

ю

Фиг.1

Изобретение относится к уровням, применяемым как самостоятельные приборы и как принадлежности тех или иных маркшейдерских и астрономогеодезических инструментов.

Действие известных уровней основано на том, что пузырек воздуха или какого-либо газа, заключенный в сосуд, наполненный жидкостью, при установлении равновесия занимает наивысшее положение.

Основными частями таких уровней являются: стеклянная закрытая с обоих концов трубка (ампула), внутренняя поверхность которой вышлифована бочкообразно так, что ее продольное сечение является дугой окружности большого радиуса, и металлическая оправа. Ампула такого цилиндрического уровня наполняется серным эфиром. Пузырек уровня образуется из паров эфира.

Недостатками известных уровней явля- . ются: большая инерционность пузырька: фиксированная для данного уровня цена деления; узкий диапазон работы. Возможность измерения углов наклона в одном выбранном направлении: сложность технологии изготовления точных и высокоточных уровней. Последний недостаток относится, главным образом, к операции шлифовки ампулы.

Известны также устройства для контроля прямолинейности поверхностей и- для измерения угла поворота изделия, . включающие автоколлиматор, зеркальный умножитель и отсчетные приспособления.

. Ближайшим по техническому решению и достигаемому результату является устройство для измерения углов поворота изделия.

Устройство для измерения угла поворота содержит автоколлиматор, зеркальный умножитель, одно из зеркал которого выполнено поворотным, другое - неподвижным. При этом поворотное зеркало установлено на поворотной опоре, снабженной отсчетным устройством. . i.. Недостатком указанного устройства являются: возможность измерения углов наклона в одном выбранном направлении; фиксированный коэффициент зеркального умножителя (т.е. постоянная цена деления уровня).

Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения углов наклона, содержащем камеру, коллиматор, зеркальный умножитель выполненный из зеркала и ртутного горизонта, и отсчетное устройство, последнее выполнено из матового стекла и

установлено с возможностью перемещения вдоль зеркала.

Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что по сравнению с

известными за счет особого выполнения от- счетного устройства возможно изменение коэффициента зеркального умножителя, что обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышает точность измерений.

По данным патентной и технической литературы не обнаружена заявленная совокупность признаков, что позволяет судить о существенности заявленных признаков.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства продольный разрез; на фиг.2 - то же, вид в плане; на фиг.2 - схема хода лучей в камере при отсутствии и при наличии угла наклона а.

Устройство (фиг.1) состоит из камеры 1, внутри которой в верхней ее части расположены: коллиматор 2, установленный под углом / ; зеркало 3; экран (шкала) 4,

изготовленный из матового стекла и уста- . . новленныи с возможностью перемещения

вдоль зеркала 3; подсветка 5, обеспечивающая видимость шкалы за счет распространения света в стекле экрана. Дно камеры 1 покрыто слоем ртути, создающим ртутный

горизонт 6. Для предохранения от паров ртути предусмотрено защитное стекло 7,

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии угла наклона (а 0) луч

от коллиматора 2 (точка В, фиг.З) пройдет путь, показанный пунктирной линией, и придет в точку Рп на экране 4. Вследствие наклона камеры 1 на угол «луч, вышедший из точки В и отразившись п раз от ртутного

горизонта 6 и зеркала 3, пройдет путь, показанный сплошной линией (фиг.З) и попадет в точку Рп1 на экране 4. Наблюдатель в окуляр коллиматора 2 в перекрестии сетки нитей увидит штрих, удаленный от точки Рп

(нулевого штриха) на расстояние , соответствующее углу наклона камеры 1 на угол а.

При условии малости угла а это расстояние D на экране будет

п D {2c-a b-(a-c)aj} х

(2i-1)a + tg/

1-(2i-2)atg/(1-2iatg/)

0)

-2 с n tg/J I 1.3, 5, ... Или приближенно

ф,

n- -bjL± D (b-df a n 2ctg/rU 2ctg2/PJ

(2)

I Здесь b - длина камеры, с - расстояние of зеркала до ртутного горизонта ЬШ1, а - высотанаполнения ртутив камере, п-число отражений,р- радиан.

Величина угла зависит от диаметра обь- ектива коллиматора и рассчитывается из условия ухода луча после первого отражения от ртутного горизонта за оправу объектива (фиг.4). Из фиг.4 видно, что

зт/ - ф24-1.(3)

Если принять мм и 6 16 мм, получим / 5°41f.

По формулам (2) и (3) можно подобрать параметры устройства для получения нуж- ных диапазона работы и точности измере- ния углов наклона.

Проанализируем потери света в предлагаемой оптической системе.

Как известно (Н.П.Кузнецов, И.Ю.Васю- тинский, Х.К.Ямбаев. Геодезическое инст- рументоведение. М.: Недра, 1984, с.75), общий коэффициент светопропускания оптической системы, характеризующий потери света при отражении и поглощении с учетом зеркал, имеет вид (для предлагаемой системы)

п + 1п-1 Т - (1 Уст) X Rp, X Рзерк

где Уст - коэффициент поглощения света стеклом толщиной I,

RpT - коэффициент отражения поверхностью ртути,

Нзерк - коэффициент отражения зерка- 40 ha.

В современных сортах оптического йтекла непрозрачные частицы вызывают потерю света 1% на 1 см хода луча, следовательно, коэффициент прозрачности 9 0,99, 45 тогда уст 1-0.991.

Коэффициенты отражения ртути и зеркала (серебра) зависят от длины волны и угла падения. Из исследований установлено, что длина волны Я 0,555 мкм (ангстрем) 50 соответствует максимальной чувствитель

10

15

Q

™

35

ности человеческого глаза. Для угла падения, близкого к нулю и данной длины волны

,72, Рзерк 0,96.

Свет поглощается еще и защитным стеклом, герметизирующим ртуть, и стеклом зеркала. Примем толщину этих стекол - 1 мм.

С учетом изложенного подсчитаем общий коэффициент светопропускания устройства, например для . Имеем

т 0,991хО,723хО,,341 (34,1 %).

Для оптических геодезических инструментов .т 40% считается приемлемым.

Длине волны Я 540 мкм соответствует зеленый цзст,

т 590 мкм - желтый.

Таким образом для псдсветки экрана можно испол зоьаТь лгмпы накаливания, натриевую лгмпу (г 589 мкм) или светофильтр зеленого цвета.

Заявленное техническое решение за счет отличительных особенностей обеспечивает точность измерений за счет отличительных особенностей обеспечивает, точность измерений и изменение диапазона габото, что иллюстрируется примером расчета параметров.

Примем , tg /3 0,0995 (ft 5°-6°)

Тогда -ntg/ 0.6965 0,7.

Если принять мм, то мм.

Пусть мм, тогда Ь 152 мм.

Подсчитаем цену деления шкалы. Пусть мм, тогда - a JD LX|064|5 26l,3)

2 if

160 Х49

то есть 1 мм шкалы экрана будет соответствовать угол наклона 26 . Диапазон работы устройства (для измерения положительных углов наклона) будет от 0 до Отах 26||х40 17|,5.

Таким образом, меняя число отражений (путем перемещения экрана изменяется длина отражательной поверхности зеркала) можно менять цену деления, а, следовательно, и диапазон работы устройства.

Расчет экономической эффективности не представляется возможным так как эффект выражается в качественных показателях,

Формула изобретения Устройство для измерения углов наклона, содержащее камеру, коллиматор, зеркальный умножитель, содержащий два зеркала, отсчетный механизм,о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью расширения

Редактор С.Кулакова

Составитель Ю.Соколов

Техред М.МоргенталКорректор С.Патрушева

диапазона измерений, одно из зеркал зеркального умножителя выполнено в виде ртутного горизонта, а отсчетный механизм выполнен из матового секла, установленного на зеркале умножителя с возможностью перемещения вдоль него.

«гн

фиг.4