Устройство для измерения азимутального направления Советский патент 1993 года по МПК G01C1/00 

Изобретение относится к оптико-механическому приборостроению и может быть использовано для точной азимутальной привязки (измерения) азимутального угла визирной оси автоколлиматора, произволь-. но Ориентированного в пространстве, к заданному направлению.

Известно устройство для оптического переноса исходного направления, содер- жафее два коллиматора (эвтоколлимато- ра). Недостатком данного устройства является то, что оно обеспечивает передачу (или измерение) только параллельного направления и не обеспечивает решения задфч при произвольной ориентации авто- кол иматора.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является устройство для передач азимута в подземные сооружения, ко- предназначено для определения горизонтального направления по отноше- нию:к заданному и последующей передачи его $ подземное сооружение с изменением высоты.

Данное устройство содержит два базовых зеркала, закрепленных на стенах таким образом, что нормали к отражающим поверхностям зеркал горизонтальны; автоколлимационный теодолит и два зеркала для оптического сопряжения теодолита с одним из базовых зеркал. Зеркала устройства оптического сопряжения установлены на поворотных устройствах и образуют перископ, в котором должно выполняться условие, согласно которому все отрезки визирного луча от теодолита до базового зеркала должны лежать в вертикальной плоскости.

Устройство обеспечивает передачу (или измерение) азимутального направления при условии что зенитные расстояния нормалей базовых зеркал примерно равны. Это условие вместе с требованием о нахождении отрезков визирного луча, связанных с перископом, в вертикальной плоскости не позволяет измерить азимутальный угол произвольно ориентированного автоколлиматора.

ел

С

Х|

ю

СП

ю

xj 00

Цель изобретения - расширение области использования путем обеспечения возможности передачи азимута или измерения азимутального угла при произвольном расположении автоколлиматора относительно базового направления при сохранении точности измерений.

Это достигается тем, что устройство для измерения.азимутального направления, содержащее первое и второе базовые зеркала, нормали которых горизонтальны, оптический измерительный узел, узел оптического сопряжения, расположенный между оптическим измерительным узлом и вторым базовым зеркалом, согласно изобретению, дополнено двумя автоколлиматорами, первый из которых расположен произвольно (его азимут измеряется) и оптически сопряжен с первым базовым зеркалом, которое выполнено с возможностью наклона и соединено с введенной кюветой с жидкостью. Оптический измерительный узел выполнен в виде измерительного автоколлиматора, установленного на подставке с возможностью изменения высоты и оптически сопряженного с первым базовым зеркалом через введенный второй узел оптического сопряжения. При этом первый узел оптического сопряжения выполнен в виде двух шарнирно соединенных друг с другом и оптически сопряженных перископических трубок, а входное зеркало первой трубки выполнено со светоделительным покрытием и расположено на оптической оси измерительного автоколлиматора между двумя окнами, выполненными в стенках трубки. Второй узел оптического сопряжения выполнен с входным и выходным отражательными элементами, причём входной отражательный элемент расположен на оптической оси измерительного автоколлиматора, а выходной - на нормали к отражающей поверхности первого базового зеркала и выполнен сменным. Измерительный автокрллиматор оптически связан с первым базовым зеркалом через входное окно первой перископической трубки, све- тоделительное зеркало. Выходное окно первой перископической трубки, входной и выходной отражательные элементы второго узла оптического сопряжения, а со вторым базовым зеркалом связан через входное окно первой перископической трубки, свето- делительное зеркало, выходное окно второй перископической трубки.

Визирная ось второго автоколлиматора установлена перпендикулярно отрэжаю- щей поверхности второго базового зеркала. На фиг.1 представлена схема пространственного размещения всех элементов, составляющих устройство для измерения азимутального направления; на фиг.2 - схема взаимосвязанных перископических трубок и их размещение относительно второго базового зеркала; на фиг.З, 4 и 5 - процесс выставления первого базового зеркала относительно первого автоколлиматора; на фиг.6 - схема второго узла оптического сопряжения и его размещение относительно

первого базового зеркала.

Устройство для измерения азимутального направления содержит первое базовое зеркало 1, кювету 2, второе базовое зеркало 3, оптический измерительный узел 4, первый узел оптического сопряжения 5, два автоколлиматора 6 и 7, второй узел оптического сопряжения 8.

Первое базовое зеркало 1 соединено с кюветой2.содержащейжидкость, и закрепленр на автоколлиматоре 6, азимутальное направление которого необходимо измерить.

Второе базовое зеркало 3 расположено в отвесной плоскости и жестко закреплено

на основании 9. . ..

Оптический измерительный узел 4 закреплен на основании 10 с возможностью изменения положения по высоте, при этом его визирная ось перпендикулярна отражающей поверхности базовых зеркал 1 и 3.

Первый узел оптического сопряжения 5 состоит из двух шарнирно соединенных друг с другом перископических трубок 11 и 12, закрепленных на штативе 13 так, что

центр входного окна 14 расположен на визирной оси оптического измерительного узла 4.

Входное зеркало 15 трубки Л1, расположенное между окнами 14 и 16,выполнено со

светоделительным покрытием, выходное окно 17 трубки 12 расположено на нормали к базовому зеркалу 3.

Перископическая трубка представляет собой устройство коллинеарного переноса

лучей (УКП), которое сохраняет коллинеарность в различных пространственных положениях.

Второй узел оптического сопряжения 8 представляет собой перископический блок и выполнен с входным отражательным элементом, состоящим из зеркал 18 и 19 и выходным отражательным элементом, состоящим из зеркал 20 и 21. Зеркала 18 и 19,20 и 21 образуют угловые зеркала, ребра которых ориентированы вертикально. Зеркала 20 и 21 установлены на основании 22, сьемном по отношению к основанию 23 второго узла оптического сопряжения 8. Узел оптического сопряжения 8 размещен на

подставке 24 с возможностью изменения высоты.

Оптический измерительный узел 4 оптически связан с первым базовым зеркалом 1 через входное окно 14 перископической трубки 11, светоделительное зеркало 15, выходное окно 16, зеркала 18, 19, 20, 21.

Оптический измерительный узел 4 оптически связан со вторым базовым зеркалом 3 через входное окно 14 перископической трубки 11 светоделительное зеркало 15, выходное окно 17 перископической трубки 12,

Обслуживаемый автоколлиматор 6 закреплен на подставке 25, автоколлиматор 7 - на подставке 26. Подставки всех частей устройства могут опираться как на один об- идой фундамент, так и на несколько независимых фундаментов.

Устройство работает следующим образом..

На автоколлиматоре 6 (фиг. 1 и 3), азиму тальное направление визирной оси которого нужно измерить, закреплено базовое зеркало 1 с кюветой 2. Кювета 2 заполняется маслом,

| Световой поток от автоколлиматора 6 делят на 2 части, одна из которых сначала отражается от зеркала 1, затем от масла в 2, а другая наоборот. Поле зрения окуляра автоколлиматора 6 при этом изо; бражено на фиг.4, где в центре перекрестие се|ки, а в стороне два автоколлимационных изображения этого перекрестия, которые раздвинуты на угол 4 о вследствие непер- пейдикулярности. зеркала 1 к поверхности марла на величину б (фиг.З) и смещены на угол 2 у вследствие неперпендикулярности ребра двугранного угла, образованного зер- 1 и поверхностью масла к визирной оси автоколлиматора 6. Приспособление для закрепления зеркала с кюветой содержит устройства для точного приведения зеркала 1 в положение, когда оно перпендикулярно свободной поверхности масла и когда ребро двугранного угла или образе- ванного, перпендикулярно визирной оси автоколлиматора 6 (фиг. 5). При этом два отраженных перекрестия сводятся в одно и совладают с перекрестием сетки эвтрколли- мат ора 6. Нормаль к поверхности зеркала 1 параллельна проекции визирной оси автоколлиматора 6 на горизонтальную плоскость (или совпадает с ней).

Базовое зеркало 3 устанавливается на подставке 9 таким образом, что нормаль к его отражающей поверхности задает известное направление. Для.поверки положения зеркала 3 используется длиннофокусный автоколлиматор 7, который является хранителем направления.

Измерение азимута автоколлиматора 6 выполняется оптическим измерительным узлом 4, визирный луч которого, войдя во входное окно 14 перископической трубки 11, падает на зеркало 15, на котором часть его, пройдя сквозь светоделительное по- .крытие, выходит через выходное окно 16 (луч А фиг. 1, 2 и 6) и попадает на зеркало 18. узла оптического сопряжения 8. Отразившись последовательно от зеркал 18, 19, 20и 21, он принимает направление А , причем все отрезки визирного луча в пределах перископического блока 88 лежат в ropvison- тальной плоскости, что контролируется уровнем, установленным на основании 23 (на фиг. не показан).

Первый блок зеркал 18 и 19 поворачивает луч А на угол а , второй блок зеркал 20 и 21 падающий на него луч - на угол а 2, таким образом угол между лучами А и А составляет а «1 + «2 . При этом луч А должен падать нормально к отражающей поверхности зеркала 1 (/ 90° фиг.6), что достигается регулировкой с последующей фиксацией взаимного положения зеркал 20 и 21, расположенных на съемном основании 22, что делает возможным точное измерение угла а.2 на гониометре.

Угловые зеркала имеют то преимущество, что они могут быть построены в процессе подготовки к измерению азимута, аттестованы на гониометре с погрешностью не боле 1. и сохраняют угол между зеркалами достаточно надежно..

Исполнение углового зеркала, составленного из зеркал 20 и 21 на отдельном основании 22 позволяет также путем заме-. ны одного блока выполнять измерения азимутов, отличающихся один от другого на величину более величины поля зрения оптического измерительного узла 4 относительно одного положения базового зеркала 3.

Другая часть визирного луча оптического измерительного узла 4 светоделительным покрытием 15 отражается внутрь перископической трубки 11, из которой попадает в перископическую трубку 12, сочлененную с первой трубкой с возможностью изменения расстояния между выходными окнами 16 и 17 (фиг.1). Возможность изменения растоя- ния между выходными окнами перископических трубок и возможность изменения высоты подставок 10 и 24 позволяют при неизменном положении автоколлиматора 7 производить передачу азимута при различной высоте взаимного положения базовых зеркал 1 и 3, что вполне актуально при привязке азимутов автоколлиматоров различного положения в пространстве к одному направлению,

Измерение заключается в определении углового расстояния между бликами от базовых зеркал, выполняемом в плоскости .сетки оптического измерительного узла 4. При этом используются в качестве констант угол а перископического блока и поправки за пространственное положение перископических трубок 11 и 12,

По сравнению с прототипом (базовый объект) предполагаемое изобретение позволяет без снижения точности выполнять

измерение азимутальных направлений автоколлиматоров, визирные оси которых по отношению к известному направлению ориентированы произвольно, а их смещение по отношению к нормали базового зеркала, задающего известное направление, находится в пределах нескольких метров.

Применение данного устройства для точной передачи азимутального направления делает его универсальным средством аттестации измерительных приборов, визирные оси которых произвольно расположены в пространстве.

Использование: в оптико-механическом приборостроении. Сущность изобретения: устройство содержит первое и второе базовые зеркала 4 и 5, первый узел оптического сопряжения 7, расположенный между оптическим измерительным узлом и вторым базовым зеркалом, два автоколлиматора 2 и 3, первый из которых оптически сопряжен с первым базовым зеркалом, которое выполнено с возможностью наклона и соединено с кюветой с жидкостью 5, второй узел оптического сопряжения, состоящий из входных 9. 10 и выходных 11,12 отражательных элементов. 6 ил.

Ф о рмула изобретения

Устройство для измерения азимуталь- нога направления, содержащее первое и второе базовые зеркала, второе из которых расположено в отвесной плоскости и жестко закреплено на основании, оптический измерительный узел и первый узел оптического сопряжения, расположенный между оптическим измерительным узлом и вторым базовым зеркалом, отличающееся тем, что, с целью расширения области использования, оно снабжено двумя автоколлиматорами, первый из которых оптически сопряжен с первым базовым зеркалом, которое выполнено с возможностью наклона и соединено с введенной кюветой с жидкостью, оптический измерительный узел выполнен в виде измерительного автоколлиматора, установленного на основании и оптически

сопряженного первым базовым зеркалом через введенный второй узел оптического сопряжения, первый узел оптического сопряжения выполнен в виде двух шарнирно закрепленных друг с другом и оптически сопряже.нных перископических трубок, входное зеркало первой трубки выполнено со светоделительным покрытием и расположено на оптической оси измерительного автоколлиматора между двумя окнами, выполненными в стенках трубки, второй узел оптического сопряжения выполнен с входным и выходным отражательными элементами, причем входной отражательный элемент расположен на оптической оси измерительного автоколлиматора, а выходной отражательный элемент расположен на оси, перпендикулярной к отражающей поверхности первого базового зеркала и выполнен сменным.

Фиг. 2

ФиаЗ