Автоматическое устройство для нивелирования Советский патент 1993 года по МПК G01C5/00 

Изобретение относится к геодезическим приборам, а именно к устройствам для автоматического нивелирования.

Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и упрощение конструкции устройства.

На фиг. 1 приведена схема предложенного автоматического нивелира. Нивелир имеет рейку 1, разделенную на п равных горизонтальных участков (п 3-5), имеющих общие вертикальные штрихи, например, края рейки, и наклонные штрихи между ними на каждом участке, объектив 5 с фокусным расстоянием ГоБ., компенсатор 6, выполненный в виде свободного подвешенного на расстоянии f об/2 от объектива плоского вертикального зеркала, светоделительный блок 7, который может быть укреплен на последней поверхности объектива, визирный 8 и измерительный 9 оптические тракты.

В измерительном тракте в фокальной плоскости объектива установлена горизонтальная узкая диафрагма поля зрения 10, сопряженная оптически компонентами 11 с вертикальной щелью 12. Между компонентами 11 расположено развертывающее устройство 13 (например, вращающееся вокруг вертикальной оси плоское зеркало). За вертикальной щелью 12 установлен фотоприемник 14, включенный в электронно- логический блок 15.

Электронно-логический блок 15 может быть выполнен, например, с использованием известного в технике метода времяим- пульсной обработки сигнала, что дает возможность получить выходную информацию в цифровом виде. В этом случае он должен включать усилитель фототока 16, амплитудный дискриминатор 17, дифференцирующие цепи 18, 25, детекторы 19, 26, триггеры 20, 27, кварцевый генератор 21, генератор заполняющий импульсов 22, схемы совпадения 23, 28. счетчики 24, 29 устройство ввода грубого отсчета (п) 30, вычислитель 31, индикатор 32, память 33.

со С

со со

OI

CJ

к

Работает нивелир следующим образом. После наведения на рейку 1 и фокусировки, которая осуществляется осевым перемещением компенсатора 6, включается развертывающее устройство 13. При попадании изображений штрихов рейки на вертикальную щель 12 с фотоприемника 14 снимаются импульсы фототока, которые поступают в электронно-логический блок 15.

Последовательность преобразования сигналов в электронно-логическом блоке показана на фиг.2.

С выхода усилителя 1 б сигналы поступают на амплитудный дискриминатор 17 и через дифференцирующую цепь 18 подаются на детектор 19. Импульсы положительной полярности управляют работой триггера 20, формирующего стробирующий импульс с длительностью t. Выход триггера 20 подключен к одному из входов схемы совпадения 23, другой вход которой связан с генератором заполняющих импульсов 22, стабилизированным с помощью кварцевого генератора 21. Таким образом, с выхода схемы совпадения 23 на счетчик 24 поступает пачка импульсов N, число которых соответствует измеряемому на рейке отрезку Г (см.фиг.3). Для получения пачки импульсов No, число которых соответствует отрезку I (ширина рейки), стробирующий импульс с выхода триггера 20 подается на дифференцирующую цепь 25. Далее через детектор 26 импульсы подаются на триггер 27, с выхода которого снимается стробирующий импульс, длительностью to. Так как выход триггера 27 подключен к схеме совпадения 28, на другой вход которой поступают импульсы заполняющей частоты, на вход счетчика 29 поступит пачка импульсов N0. Величины N и No, а также грубый отсчет п соответствующий номеру целого участка рейки и подаваемый с устройства ввода 30, поступают на вычитатель 31. В результате обработки в вычитателе 31 получают отсчет по рейке, соответствующий горизонту инструмента,

HI A L (n + -rr-), а также расстояние до

No

I/ рейки D (-:-- +1) f o6 + 5. В эти формулы

No

входят постоянные конструктивные параметры:

Д L - длина участков рейки;

| ум

К , где в свою очередь, I ширина рейки, ум - частота заполняющих импульсов, Гц - увеличение сопрягающей системы 11, Р - число оборотов зеркала 13, f o6. - фокусное расстояние обьектива 5, д - расстояние от передней фокальной плоско0

сти объектива нивелира до вертикальной оси вращения прибора.

Все результаты измерений обрабатываются далее в соответствии с программной и режимом работы, отображаются на индикаторе 32 и регистрируются в запоминающем устройстве 33.

Практически возможен случай когда горизонтальная линия визирования попадает на границу раздела участков рейки или очень близка к ней. В этом случае измерения будут затруднены, так как отношение N/No может очень мало отличаться от 0 или от 1. Для исключения неоднозначности

5 таких измерений в фокальной плоскости измерительного канала могут быть расположены две горизонтальные диафрагмы поля зрения 10 симметрично относительно оптической оси обьектива (фиг.4), а за вертикальной щелью 12 установлены в вертикальной плоскости соответственно два фотоприемника 14, симметрично относительно оптической оси, причем каждый из них включен в свою цепь формирования па5 чек импульсов N , No и N, No, которые соединены с вычислительным устройством 31. В этом случае вычислительное устройство 31 определяет два значения отсчетов по рейке Н и Н для каждой диаф0 рагмы (см.фиг.5) и затем осредняют их. Так как

0

-Ј-) и Н

ч

Nc

-ДЦп+И

ТО

Н|Н +Н

AL(n

Д+ N +N) 2 2 No

5

0

Естественно, что в случае строгого совпадения линии визирования с границей раздела участков рейки, как это изображено на

0 фиг.5, и тогда HI АЦп+1).

Такой вариант выполнения заявляемого устройства снижает также влияние на точность измерений местных ошибок (непрямолинейности) штрихов рейки. Указанное осреднение выполняется также и при вычислении расстояния до рейки.

В вариантах выполнения заявляемого устройства, описанных выше, значение грубого отсчета п, соответствующего целому числу участков рейки, необходимо, как и у аналога, вводить через клавиатуру устройства ввода грубого отсчета 30. Для полной автоматизации процесса измерений, т.е. исключения необходимости вводить гру5 бый отсчет вручную, поля участков рейки окрашены в различные цвета, а в плоскости развертки измерительного тракта расположены дополнительные фотоприемники по числу участков рейки с соответствующими цветными фильтрами перед ними: приемники оптически сопряжены с развертыва- ющим устройством и включены в электронно-логический блок.

На фиг. 6 фотоприемники 34 с фильтрами 35 расположены по дуге в плоскости развертки и включены в устройство ввода грубого отсчета 30. В это устройство будет попадать сигнал, соответствующий п, только от рабочего участка рейки.

Формула изобретения 1. Автоматическое устройство для нивелирования, содержащее рейку со шкалой и нивелир с объективом, компенсатором, визирным каналом, измерительным каналом, фотоприемный блок которого подключен к электронному блоку обработки, отличающееся тем, что, с цель ю упрощения конструкции, шкала рейки выполнена разделенной на несколько равных горизонтальных участков, каждый из которых выполнен с двумя вертикальными штрихами и наклонным штрихом между ними, измерительный канал выполнен с последовательно расположенными на оптической оси перед фотоприемным блоком одной или

двумя горизонтальными диафрагмами поля зрения, размещенными в фокальной плоскости объектива, узлом развертки и вертикальной щелью, сопряженной с фокальной плоскостью объектива, при этом приемный

блок выполнен с количеством фотоприемников, равным количеству горизонтальных диафрагм.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что поверхность каждого из участков шкалы рейки окрашена в цвет, отличающийся от цветов-поверхностей других участков, фотоприемный блок выполнен с дополнительными фотоприемниками, оптически сопряженными с узлом развертки, а

количество фотоприемников с соответствующими цветными фильтрами перед ними равно количеству участков шкалы рейки.

Применение в геодезических измерениях. Сущность изобретения: устройство содержит шкалу рейки, выполненной разделенной на несколько равных горизонтальных участков, каждый из которых выполнен с двумя вертикальными штрихами и наклонными штрихом между ними, измерительный канал выполнен с последовательно расположенными одной или двумя диафрагмами, узлом развертки и вертикальной щелью, бил.

8

J

Фиг.З

7

1818532

/;

|

//