Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования Советский патент 1979 года по МПК G01C5/02 

полного отражения цветовых лучей на отражающей поверхности жидкой пластинки или под ней была бы равна при помещении в бесконечность - f-sin 2 А 2.Vli где n - коэффициент преломления ма териала отражающей системы f - фокусное расстояние телеобъектива;коэффициент преломления жи кости ; А - угол между входной и гипотенузной сторонами входной прямоугольной призмы. Компенсатор установлен с возможностью смещения по высоте и поворот вокруг вертикальной оси вращения ин струмента, а также с возможностью перемещения по направлению пр-одольной оси зрительной трубы. На фиг, 1 изображен нивелир, общий вид; на фиг, 2 - схема нивелира на фиг. 3 - одна часть оптического блока; на фиг, 4 - схема, показываю щая принцип действия прибора; на фиг. 5 - вариант выполнения схемы нивелира, аналогичный фиг.2; на фиг. 6-8 - варианты исполнения компенсирующего устройства. Нивелир (фиг,1) содержит зритель ную трубу 1, основание 2, триггер с подъемными винтами 4, сферически уровень 5. Зрительная труба 1 (фиг.2) включает пластинку 6 с пар лельными гранями, на которую посту пают световые лучи; пластинка уста новлена поворотно относительно горизонтальной оси 7 и образует опти ческий микрометр для измерения с т ностью частей градуировки рейки, т леобъектив с переменной фокусировкой, содержащий объектив 8, за кот ptJM установлена еще одна или пара фокусирующих линз 9, служащих для регулировки четкости изображения рейки; сетку нитей 10, окуляр 11 с линзами 12. Между линзами 9 и сеткой 10 установлено компенсирующее устройство 13, состоящее из емкост 14, частично заполненной жидкостью с козффициентом преломления п образующей слой жидкости 15, пластин ка с параллельными гранями 16 из материала с козффициентом п,который соприкасается с дном 17 емкости 14, и двух призм 18 и 19, приклеенных к грани 20 пластинки 16 на расстоя 1ии от пластинки, соприкасающейся с дном 17 емкости 14. При ма 18 с коэффициентом преломления представляет собою прямоугольную призму с продольным, вертикальным и трапецивидными сечениями, гранью 21, на которую поступгиот световые лучи, перпендикулярной грани 20 пластинки 16, и отражающей гранью покрытой металлом, образующей с гр нью 21 угол примерно в 22°3. Двугр ый угол, который образован гранями 1 и 22, усечен гранью 23, которой ризма прилегает к пластинке с пааллельными Гранями 16. Грань 23 ризмы 1В лежит на половине длины емкости 14, расположенной параллельно к направлению угла падения световых лучей. Грань 24 призмы образована пересечением граней 22 и 23, лежит точно в плоскости, перпендикулярной к направлению падения световых лучей со стороны емкости 14. Призма 19 выполнена из того же материала, что и призма 18, и пластинка 16 (см.фиг.3), а выходная грань призмы 19 перпендикулярна к грани 20 плрстинки 16. Против грани расположены грани 25 и 26, выполненные в виде крышки,преимущественно покрытые металлом, пересекающиеся под прямым углом вдоль грани 27. Сечение призмы по ее продольной плоскости симметрии 28 идентично сечению призмы 18. Вершина 29 грани 27 находится на грани 20 пластинки 16, в контакте с гранью 24 призмы 18. Емкость 14 пластинки с параллельными гранями 16 и призмы 18 и 19 образуют единую систему. Ось симметрии 30 системы смонтирована.в зрительной трубе 1 так, чтобы она могла перемещаться по высоте и опрокидываться по отношению к вертикальной оси вращения прибора. Система смонтирована так, что она может перемещаться в направлении продольной оси зрительной трубы регулировочным винтом 31. Имеются также средства, поворачивающие систему компенсирующего устройства на полуоборот вокруг его оси 30 симметрии. Призма 19 становится в этом случае призмой, на которую поступают световые лучи, а призма 18 призмой, из которой эти лучи выходят. Когда зрительная труба 1 находится в горизонтальном положении, горизонтальный луч, проникающий в нее, проходит через узловую точку О объектива 8, после параллельного смещения в оптическом микрометре 6 проходит сквозь рассеивающую линзу или линзы 9 в точке d -и проникает в призму 18 в точке G. После отражения в точке Я от грани 22 световой луч подвергается полному отражению в точке 1 на входной стороне, если коэффициент преломления составного материала призмы 18 выбран таким,чтобы предельный угол полного преломления был бы менее 45°, зто значение является значением угла падения в точке I, т.е., если коэффициент п больше 1,414, это условие всегда выполнимо оптическими стеклами, коэффициенты преломления которых не ниже 1,45. После полного отражения в точке 1от грани 21 призмы 18 (см.фиг.1) световой луч выходит на грань 23 указанной призмы в точке J, составляя угол 45° с радиусом падения ODG. Световой луч перес кает в этом случае пластинку с пара |Лельными сторонами 16, из которой он выходит в точке К, где подвергается преломлению переходя из среды с коэффициентом п, которая является средой призмы и пластинки с параллельными сторонами, в среду с коэффициентом п , которую представляет собою слой жидкости 15, содержащийс в емкости 14, Жидкость 15 выбираетс так, чтобы ее коэффициент преломления был выше 1,414, световой луч пр этом условии подвергается полному отражению в точке L, под свободной стороной жидкого слоя 15 снова проходит сквозь слой жидкости 15 между точками L и М, где он проникает в пластинку с параллельными сторонами 16. На выходе из поел-дней в точке световой луч проникает в призму 19, в которой после полного отражения в точке Р, на выходной грани 32 свето йой луч подвергается двойному отражению в Q, Q, на гранях, выполненны в виде крьлики 25 и 26, чтобы выйти из указанной призмы в точке R ее стороны 32 и образовать в центре сет ки 10 изображение в результате отражений в точках Н, D L, Ри Q, Q. Если углы призм 18 и 19 имеют величины, указанные выше, а рабочие сто роны пластинки 16 параллельны между собою, то луч, выходящий из призмы 19, параллелен лучу, поступающему в компенсирующее устройство. То же самое происходит, если отклонение, создаваемое призмой 18, отличается от 45°, при условии, что число отражений световых лучей в ука занной призме четное и что углы отражения в точках Л и L меньше угЛа полного отражения, имеющего порядок 41°48, а коэффициент преломления среды равен 5. Когда ось зрительной трубы наклонена к горизонтали под углом i (см,фиг.4), горизонтальный световой луч h, проходящий через заднюю узловую точку телеобъектива, проникает в призму 18 в точке G, В связи с тем, что этот луч имеет не обычный угол падения на выходную грань 21 призмы 18, он преломляется по радиусу GH, который в результате отражения от грани 22 посылает луч НЗ, который после полного отра жения от грани 21 в точке з выходит из призмы в точке j. Далее он проходит сквозь пластинку с параллельными сторонами 16 между точкамк j и к , где он проникает в жидкий слой 15, содержащийся в емкости 14, преломляясь по радиусу KL, В точке L свободной поверхности слоя жидкости 15 световой луч подвергается полному отражению, проходит сквозь слой жидкости 15 между точками L и м . Последняя точка М представляет собЪй точку входа в пластинку 16, когда луч проникает в жидкость, подвергаясь новому преломлению. На выходе из пластинки 16 в точке N световой луч проникает в призму 19, подвергается полному отражению в точке р и выходит на грани 32 призмы 19 в точке R где он снова подвергается преломлению. Компенсирующее устройство помещается между фокусирующей линзой 9 и сеткой 10 так, чтобы оптический путь С от фокуса F сетки в точке L полного отражения световых лучей под свободной поверхностью жидкого слоя 15 был бы равен при установке на бесконечность iVSh -п Z где f - фокусное расстояние телеобъектива, образованное объективом 8 и одной или несколькими рассеивающими фокусирующими линзами (S) 9. В этом случае световой луч, преломленный в точке R на выходной грани 32 призMbi 19, проходит через точку F сетки 10. Чтобы учесть изменения коэффициента преломления жидкости в зависимости от температуры, необходимо соблюсти условие равенства коэффициента преломления жидкости коэффициенту преломления составного материбипа призм и пластинки с параллельными сторонами при средней температуре применения, например 20 С, а для того, чтобы соблюсти условие, определяемое уравнением, данным выше, и изменить значение оптического пути 6 необходима возможность перемещения компенсирующего устройства 13 с помощью винта 31. Другим фактором, влияющим на эффект компенсирования также за счет температурных изменений, является расширение жидкости, содержащейся в емкости 14. Это расширение выражается перемещением точки L полного отражения под свободной поверхностью жидкого слоя. Чтобы исключить систематическое нарушение горизонтальности за счет этого фактора можно прибегнуть к рабочему методу уравнения дальнего и ближнего ргщиусов действия для каждого пункта измерения, как это делается обычно в операциях нивелирования, либо прибегнуть к средствам, которые предусматривает изобретение, позволяющее изменить высоту компенсирующего устройства по отношению к оси зрительной трубы, посредством крепления компенсирующего устройства на направляющей, имеющей наклон вперед примерно в 1°, и позволяющей корректировать одновременно эффект изменения коэффициента прелсжшения,

возникающий за счет изменений температуры, и эффект расширения жидкости На фиг. 5 приведена схема другого варианта исполнения нивелира где сосfrasHbie. элементЫ прибора, кроме компенсирующего устройства идентичны элементам предыдущего варианта. Компенсирующее устройство 33 содержит емкость 34, в которой содержится слой

35ртути, покрывающий слой жидкости

36с коэффициентом преломления п Емкость 34 закрывается в своей верхней части пластинкой с параллельными Гранями 37 из материала с коэффицл-ентом преломления п. Устройство предусматривает обеспечение свободного расширения ртути 35 и слоя жидкости 36 в случае изменения температуры. На верхней грани 38 пластинки 37 наклеивается призма 39 из материала с коэффициентом преломления п, грань 40 (входная для световых лучей) которой расположена перпендикулярно к рабочим сторонам пластинки 37,. а угл при вершине преимущественно равны или около 90,60 и 30, Грань 41 призмы и нижняя половина грани 40 выполнены отражательными

Линия 42 призмы 39 являющаяся линией пересечения грани 41, гран:л пластинки 37, лежит точно в плоскости си.«1метрии поперечной пластине 37. К ней примыкает грань 43, которая является гранью пересечения сторон в виде крыши призмы 44. Призма 44, выполненная из материала с тахим же коэффициентом преломления п, как и коэффициент составного материала призмы 39 и пластинки 37, приклеивается к стороне 38 пластинки 37.Грани призмы 44, выполненные в виде крыши являются отражательными.

Луч, выходящий из призмы 38, отражается на свободной стороне ртути 35 вместо полного отражения под свободной поверхностью слоя жидкости 15, а компенсирующее устройство 33 может перемещаться по отношению к сетке нитей, чтобы учесть окружающие атмосферные условия, в которых применяют нивелир.

Формула изобретения

1. Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования, содержащий

корпус, трегер, зрительную трубу с телеобъективом, сеткой нитей,, окуляром и компенсатором, расположенным между объективом и сеткой нитей и выполненным в виде емкости с жидкостью, образующей жидкую пластинку, имеющую постоянно горизонтальную отражающую поверхность, и связанной с ней оптической системы с отражающими поверхностями, включаюQ щей в себя входную и выходную призмы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности эксплуатации, входная и выходная призмы выполнены

S IB виде прямоугольных призм, вертика.ьная и горизонтальная стороны которых служат входдньп / И и выходными гранями для световЕ х лучей, наклонные стороны - отражающими гранями, а

компенсатор установлен гаки;- образом,

,

ITO длина оптического луча от центра сетки нитей до точки полного отражения световых лучой на отражающей поверхности жидкой пластинки или под ней была бы раина при помещении в бесконечность

f sin 2А

где п - коэффициент прелоь-шения

материала отражающей системы;

f - фокусное расстояние телеобъектива;

I - коэффициент преломления

жидкости;

А -- угол между входной и гипотенузной сторонами входной прямоугольной призмы, 2, Нивелир по п., 1, отлича ющ и и с я тем, что компенсатор установлен с возможностью смещения по высоте и поворота вокруг вертикальной оси вращения инструмента, а также

с возможностью перемещения по направлению продольной оси зрительной трубы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 440220, кл, G 01 С 5/02, 1960.

2.Авторское свидетельство СССР № 412254, кл. G 01 С 5/02, 1972.

3.Патент Франции ft 874021, 5 кл, G 01 С 5/04, 1940 (прототип)

12

9 гб