УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ С КОРРЕКЦИЕЙ ВЛИЯНИЯ РЕФРАКЦИИ Советский патент 1974 года по МПК G01C1/00 G01N21/45 

1

Изобретение относится к области геодезических измерений и, в частности, к области измерения вертикальных углов.

Известны устройства для измерения вертикальных углов с коррекцией влияния рефракции путем измерения приращения разности оптических путей от двух вторичных когерентных исшчников.

недостаток эюго устройства состоит в том, что для обеспечения возможности наблюденин интерференционной картины при различных положениях источников, излучение от вторичных источников намеренно рассеивается в большом телесном угле, что приводит к снижению дальности действия.

Для увеличения дальнос1и действия в предлагаемом устройстве оптическая система для создания вторичных когерентных пучков света выполнена в виде параллельно устанавливаемых полупрозрачного и отражающего зеркал, кинематически связанных с поворотной системой углоизмерительного устройства соотношением 1:2.

На фиг. 1 показана блок-схема описываемого устройства, где 1 - теодолит, 2 - насадка, 3 - лазер, 4 - оптический клин, 5 - приемная оптическая систе.ма, 6 - фиксированная диафрагма, 7 - устройство для счета интерференционных полос.

Кинематическая схема насадки, создающей два вторичных когерентных источника, изооражена на фиг. 2.

Ьасадка включает в себя лазер 6, установленные параллельно полупрозрачное 9 и отражающее JU зеркала. Ось П насадки через редуктор 12 с коэффициентом передачи 2:1 связана с горизонтальной осью вращения полупрозрачного зеркала 9 и через тягу 13 с осью зеркала 10.

Устройство для измерения приращения разности оптических путей работает следующим образом. Насадку скрепляют с горизон1альнои осью вращения теодолита, а зеркала 9 и 10 (см. фиг. 3) регулируют таким образом, чюоы в точке приехма излучения (плоскость диафрагмы 6 на фиг. 1) получить интерфере1 ционную картину. Далее включают электропривод теодолита, который вращает его горизонтальную ось, а вместе с ней и насадку как еди11ое целое на некоторый угол {J-2-|3i до положения зеркал 9, 10. Поскольку редукгор имеет передаточное число 2:1, то световые нучки, идущие от зеркал 9 и 10, будут всегда направлены в определяемую точку. Измеряемое устройством 7 количество интерференционных полос является мерой приращения разности оптических путей, по которой определяют влияние рефракции.

Как следует из принципа действия устройства, измеренными величинами являются:

приращение разности оптических путей Дб и углы PI и Р2, которые составляет линия базы интерферометра с горизонтом. Задача определения вертикального угла ао, свободного от влияния рефракции, измеряемого в точке О на точку А (см. фиг. 4, а, б) решается следующим образом.

Оптический путь луча, идущего от точки / базы интерферометра (см. фиг. 4, а) к точке Л приемника в соответствии с принципом Ферма может быть выражен формулой

(5,)„ (5,)о J «, .d5o,(1)

о где

Л - текущее значение показателя преломления вдоль траектории;

dSo - дифференциал дуги траектории.

В атмосфере при геодезических измерениях направление касательной к траектории в любой точке отличается от направления хорды Si весьма незначительно (3-5 мин дуги).

В связи с этим дифференциал дуги dSo траектории с пренебрегаемой погрешностью может быть заменен дифференциалом dS хорды и интегрирование выполнено по хорде в пределах О - il, т. е. можно вместо формулы (1) написать:

(5,)о f ni-dS(2)

о

Аналогично, для верхнего луча ГЛ запишем:

Sl

(5,)о J n,.dS

(3)

где «1 - текущее значение показателя преломления по лучу ГЛ.

Для разности оптических путей нижнего н верхнего лучей будем иметь:

(5,)о-(Si)o 60i J(n,-ni) +

и + AS,,/ -По,(4)

где A5,i- разность геометрических путей

верхнего и нижнего луча, По - показатель преломления в точке О.

Выразив разность показателей преломления верхнего и нижнего лучей градиент показателя преломления, получим:

г (tti -rti) t/S Г-- cosaob.dS, (5) иJ 1г

и

где и; -текущее значение расстояния между нижним и верхним лучами.

Поскольку 6, bf sin(pi -«о) -Ч

формулу (5) можно записать в виде j (nj-nl) йг5 гл-й-8ш(р1 -ао), (6)

где ГА - вертикальная рефракция при Измерении угла в точке О на точку Л. Разность геометрических путей ASi,/ выразится формулой А 5,,/ b-cos(pi -ао) +

+ Yo,i 6-sin(pi -ао),(7)

где Yd,i -малый (порядка 5) параллактический угол на точке О и 1 базы из точки Л.

С учетом формул (6) и (7) запишем формулу (4) в виде:

б°1 fto&cos(pi -ао) + + ГА 6sin(pi -ао) +/I(Y),(8)

где /I (Y) Yo, 1 «о 6 sin (Pi - ао) Приращение разности оптических путей Аб при повороте базы из положения 1,Г до положения 2,2 может быть измерено путем счета числа интерференционных полос.

2

бОг -б°1 Аб° J ,(9)

где

б;-текущее значение разности оптических путей.

Л - число интерференционных полос, прошедших через фиксированную диафрагму, Я - длина волны излучения лазера.

Разность оптических путей Аб°2 Для конечного положения базы (угол с горизонтом рг) будет:

Аб°2 об cos (Р2 - ао) + + ГА (p2 -ао) +/2(у).UO)

где /2(Y) Yo,2 fto6sin((32 -ао).

Формула (9) для приращения разности оптических путей можно записать с учетом формул (10) и (8) в виде:

л.п о . /fe+Pi ,

Аб° -2по6зш1 -jsinl2-- a.(,-i,0 , /

-aoj+A/o, 4-2 ГАЙ sin - COS

I

(И) где (Y)-/i{Y).

Если измерение разности оптических путей осуществляется через клин, устанавливаемый после источников (см. фиг. 46), то для разности оптических путей Аб по аналогии с формулой (11) можно написать, учтя рефракцию лучей в клине:

я N. |5 + fl

Аб -2 По 6 sin ( j

sin

-1- ЦгА+г,)Ь sinl -- -„---i )cos( -0., +

+ Af.(12)

Полагая Pi p и P2 P| , вычитая из формулы (12) формулу (11), получим:

ft ok

/eft

(C Йft «

Аб 2r,6shJ , L.-

- l-l . ,

/ COS - «0 (13) 2 / V 2 /

+ f.

где Д/ Af - А/°.

Формула (13) и решает вопрос об определении ао по измеренным величинам Дб и р. В частном случае, при pf 45° и р 135°, получим

Дб 2 гд, b sin 45° sin При малых углах ао ДбДГ

ао

2ГА & sin45°

Задаваясь приемлемыми для полевого прибора величинами

db

b 0,5 м,

10-5, , dr,..2. dp 2,

получим для определения устройства (при ао « 3°)

, , ,

2.,. Sin 45° (da,), 0,5

(rfao) 0,l

(dao)p 0,1.

Эти соотношения показывают, что для определения Со с погрешностью не более Г , приращения разности оптических путей нужно измерять с ошибкой не более 0,5 интерференционной полосы (0,3 мкм). Такая точность может быть обеспечена в условиях слаботурбулентной атмосферы, которые обычно и выбираются для высокоточных геодезических измерений.

Предмет изобре1ения

Устройство для измерения вертикальных углов с коррекцией влияния рефракции, содержащее устанавливаемые на одном конце линии теодолит, оптическую систему для создания вторичных когерентных источников света, оптический клин, а также счетчик числа интерференционных полос, устанавливаемый на другом конце линии, отличающееся тем, что, с целью увеличения дальности действия, оптическая система для создания вторичных когерентных пучков света выполнена в виде параллельно устанавливаемых полупрозрачного и отражающего зеркала, кинематически связанных с поворотной системой углоизмерительного устройства соотношением 1:2.

Фиг. 1