Устройство для задания направления Советский патент 1993 года по МПК G01C15/00 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для использования в качестве нивелира, зенита, лота и их комбинациях, особенно эффективно при резких перепадах температур порядка 10°С.

Цель изобретения - повышение точности задания направления, за счет умень- 4шения температурных воздействий, а также - уменьшение габаритов устройства.

Сопоставительный анализ предлагаемого лазерного прибора с прототипом, позволил определить новые признаки, которые заключаются в том, что вторая кювета расположена между объективом и первой кюветой;

- уровни жидкости кювет рассчитываются из соотношения:

П2

f

r7- Tff-r7 T-hl-H2ч02

-2Hi + 2h+o(n- 1 ,

где И 2 а(п

1)ftl+4l

Mn m

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен общий вид устройства для задания направления.

Устройство содержит: лазер 1, коллими- рующую систему, состоящую из окуляра 2 с объективом 3, и жидкостной компенсатор, состоящий из первой и второй кювет 4, которые расположены между окуляром 2 и объективом 3. Кювета 5 расположена между объективом 3 и преломляющим элементом 6. Устройство для задания направления действует как нивелир и отвес, при помощи горизонтального 7, и вертикального 8 лучей, В качестве преломляющего элемента 6 может послужить, например, пентапризма с клином.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне вертикальной оси устрой- ства в каком-либо направлении на малый угол о. порядка 5°, лазерный луч, проходяё

00

о о о

00

со

щий через первую и вторую кюветы 4 с жидкостью, и через обьектив 3 коллимирующей системы, будет отклонен в обратную сторону, а обьектив 3 частично отклонит его в противоположную сторону, затем жидкост- ный клин кюветы 5 отклонит луч в обратную сторону от направления наклона, т.е. произойдет компенсация. Суммарное отклонение луча будет равно величине угла наклона прибора в том случае, когда правильно от- регулирована высота h2, которая определяется из упомянутого соотношения:

h2%-o(n-lff-Trb-hl-H2- -2Hi + 2li+a(n-1) ..

Преломляющий элемент 6 изменит на- правление отклонения луча, т.е. произойдет компенсация наклона, поэтому лазерный луч автоматически стабилизируется в направлении горизонтальной 7, либо вертикальной 8 линии.

Приточных измерениях и перепаде температур порядка 10°С (при работе в помещении и на улице) возникает необходимость регулировки коэффициента компенсации путем изменения толщины слоя жидкости в первой кювете 4 компенсатора. С изменением температуры меняется коэффициент преломления жидкости, что прямо влияет на величину углов компенсации при наклонах устройства, поэтому при точных измерени- ях в широком интервале температур, в устройстве предусмотрена регулировка величины углов компенсации путем изменения высоты h2 уровня жидкости в первой кювете 4 путем добавления или удаления части жидкости (например, с помощью медицинского шприца).

Слои жидкости и дно в первой и второй кюветах 4 работают в-сходящемся ходе лу- чей. Это нарушает гомоцентричность лучей. Чем дальше от центра находятся лучи, тем больше они прижимаются к центру после прохождения через кюветы 4. Это приводит к расфокусировке периферийных лучей, прошедших через объектив 3, но этот обьек- тив сам обладает повышенными сферическими аберрациями, что в результате приводит к улучшению контрастности кольцевой структуры лазерного луча в ближней зоне за счет приближения периферийных лучей к центру, Наклоны устройства приводят к изменению фокусировки в параксиальной области, что практически не влияет на точность и изменение направления луча.

Предлагаемое устройство имеет меньшие габариты по сравнению с прототипом, т.к. за объективом находится только одна кювета с жидкостью.

Необходимость выноса одной кюветы 5 за объектив 3 обусловлена возможностью использования кремнийорганических жидкостей, имеющих коэффициент преломления порядка 1,4, Использование этих жидкостей чрезвычайно важно, т.к. при изменении температуры среды от -50°С, до +70°С, кинематическая вязкость лучших минеральных масел изменяется в 400 раз, тогда как вязкость полидиметилсилоксановых жидкостей, отличающихся наиболее пологой кривой, зависит от температуры лишь в 30 раз. Это повышает точность за счет уменьшения температурных воздействий,

Пример. Устройство было использовано в качестве нивелира при установке сложного технологического оборудования на Волжском трубном заводе, и показало стабильность задания направления порядка 2, при температурах от -10°С до +35°С. Диа- пазон наклонов прибора при этом составлял 3 - 5 .

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в повышении точности определения направления лазерного луча и уменьшении габаритов устройства.

Формула изобретения Устройство для задания направления, содержащее лазер, коллимирующую систему с объективом и окуляром, преломляющий оптический элемент, жидкостный компенсатор с тремя кюветами, частично заполненными жидкостью, первая из котор ых расположена между окуляром и объективом, а вторая между объективом и преломляющим элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, вторая кювета расположена между объективом и первой кюветой, причем уровни жидкости первой и второй кювет рассчитываются из соотношения

Ь2

f

n-o(n -1)3f Нг

&

-2Hi + 2li + o(n-1) ,

где hi - высота слоя жидкости во второй кювете;

h2 - высота слоя жидкости в первой кювете;

f - фокусное расстояние объектива;

51809918 6

n - коэффициент преломления жидко-п -- коэффициент преломления материа

сти;ладна кюветы;

Hi - высота между дном второй кюветыh - коэффициент, определяемый из со

и главной плоскостью объектива;отношения

На - расстояние между доньями первой5

и второй кювет; /hi йЛ

а- угол наклона устройства от верти- n niy кальной оси;

da - толщина дна первой кюветы;где di - толщина дна второй кюветы.

Использование: в качестве нивелира, зенита, лота и их комбинаций. Сущность изобретения: устройство содержит лазер 1, объектив 3 и окуляр 2, преломляющий оптический элемент 6, три кюветы с жидкостями 4 и 5, причем вторая кювета расположена между объективом и первой кюветой, а уровни жидкости в кюветах рассчитываются q учетом коэф-та преломления жидкости п, ко- эф-та преломления материала п1, расстояниями между доньями кювет. 1 ил,