Устройство для эталонирования гиротеодолита Советский патент 1980 года по МПК G01C25/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ЭТАЛОНИРОВАНИЯГИРОТЕОЛОЛИТА

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности, к устройствам для ориентирования опорных элементов (например, зеркал) в пространстве относительно поверхности Земли или базового хранителя направления при эталонировании гиротеодолитов.

Известны устройства для эталонирования гиротеодолитов (1, состоящие из обратных отвесов, жезла, несущего на себе опорные элементы (зеркала) , и датчиков, размещенных на жезле контролирующих положение его концов относительно струн обратных отвесов.

Устройство обладает температурной нестабильностью, так как при изменении температуры происходят деформации самого жезла и узлов крепле ния опорных элементов, вызывающих, в конечном счете, изменение положения опорных элементов относительно хранителя направления, выполненного в виде струи обратных отвесон.

Наибопее близким к изобретению по техн1Г еской сущности является устройство для эта.чоннрорания гиротеодолитов , ссстоящео .з дЕзух геодезических знаков,например обратных отвесов укрепленных на них диафрагм, формирующих и стабилизирующих в пространсве узкий пучок лазерного излучения, попадающего на анализатор, изготовленный из двулучепреломляющёго материала, фотоприемника и поляроида перед ним, следящего привода, вход которого подк.гпочен к фотоприемнику, а выходной вал ориентирует анализатор относительно оси лазерного излучения 2 .

Устройство обладает температурной нестабильностью. Основным источником температурной нестабильности является анализатор, изготовленный из двулучепреломляющёго материала. Нестабильность появляется вследствие температурного изменения коэффициентов преломления вдоль осей лвулучепреломляющего кристалла, являющегося материалом анализатора.

В результате изменения коэффициентов преломления для обыьновенного и необыкновенного лучей, на которые расщепляется падающее на анализатор лазерное излучение, происходит изменение разности хола этих лучей в анализаторе, в 11зываюи1 иеремр1 ,оиие интерференционной картины, образующейся на фотоприемнике. В результ те следящий привод поворачивает анализатор до момента, когда устанавливается нулевая разность хода обыкновенного и необыкновенного лучей в анализаторе. Этот угол поворота и является температурной нестабильностью опорного-элемента (зеркала),расположенного на анализаторе.

Целью изобретения является повышение точности ориентирования опорного элемента относительно.хранителя направления, путем исключения температурных влияний.

Это достигается выполнением анализатора из двух плоскопараллельных пластин, разделенных третьей пластиной, изменяющей направление полярности лучей на 90, причем главные оси кристаллического материала пЛастин анализатора расположены симметрично относительно третьей пластины.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - оптическая схема анализатора.

Устройство состоит из источника 1 модулированного когерентного излучения, например лазера с модулятором формирующих диафрагм 2 и 3, установленных на геодезических знаках 4,являющихся базовыми хранителями направления, анализатора 5, расположенного между диафрагмами и имеющего возможность поворота вгоризонтальной плоскости с помощ: ю сервопривода 6. Выхо фотоприемника 7 связан с входом сервопривода, перед фотоприемнихом установлен поляроид 8.

Анализатор 5 содержит плоскопараллельныо пластины 9 и 10 из двулучепреломляющего материала. Размеры этих пластин одинаковы, а главные оптические оси (кристаллов) лежат в одной плоскости, в частном случае горизонтальной. Направление главных осей 11 и 12 таково, что они симметричны относительно плоскости 13, перпендикулярной оптической оси устройства. Между плоскопараллельнымл пласнамл 9 и 10 расположена пластина 14, предназначенная для поворота поляризованных пучков лучей на 90. Такой пластиной может служить кварцевая пластина, главная (кристаллическая) ось которой совпадает с оптической осью устройства. На боковую поверхность анализатора нанесено отражающее покрытие 15, которое является опорным элементом при эталонировании гиротеодолитов.

Устройство работает следующим образом.

Модулированное излучение лазера 1 попадает на диафрагму 2, которая вырезает узкий пучок из всего излучения лазера. За счет малых размеров диафрагмы возникает дифракция, причем дифракционное изображение проек

тируется через анализатор 5 на диафрагму 3. В случае, когда направление поляризации лазерного излучения расположено под 45 к горизонтальной плоскости, падающий на анализатор 5 луч .расщепляется пластиной 9 на обыкновенный и необыкновенный лучи, которые поляризованы под прямым углом друг к другу. Так как обыкновенный луч не преломляется на передней грани пластины 9, а необыкновенный преломляется, то лучи расходятся и на второй грани пластины 9 приобретают разность хода (разность фаз). Пластина 14 поворачивает плоскости поляризации обыкновенного и необыкновенного лучей на 90. При этом оказывается, что луч, который был обыкновенньм в пластине 9, становится необыкновенным в пластине 10 и наоборот. На фиг. 2 обыкновенные лучи обозначены двойной стрелкой. Так как толщина пластин 9 и 10 одинакова, то разности хода, создаваемые пластинами 9 и 10, одинаковы, но они имеют разные знаки, то есть суммарная разность хода лучей в анализаторе 5 равна нулю. Если происходя температурные изменения коэффициенто преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, то разности хода, вносимые каждой из пластин, изменяются, но суммарная разность хода остается равной нулю. Поэтому температурные изменения коэффициентов преломления обЬ1кновенного и необыкновенного лучей не вносят дополнительной суммарной разности хода,т.е.не вносят погрешности в положение интерференционной картины,которая, образуется после поляроида 8 в плоскости фотоприемника 7.

Так как диафрагмы 2 и 3 формируют пучок излучения, ориентированный отнсительно геодезических знаков 4, суммарная разность хода лучей после анализатора будет равной нулю только в случае, когда передняя грань пластины 9 будет перпендикулярна оси пучка излучения, сформированного диафрагма 2 и 3. Поворот анализатора 5 обеспечивается сервоприводом 6 в зависимости от положения интерференционной катины, образующейся на фотоприемнике Интерференционная картина образуете после интерференции (сложения) обык- новенного и необыкновенного лучей, выходящих из анализатора 5.. Если входная грань пластины 9 анализатора не перпендикулярна оси лазерного излучения, то разности хода, возникающие из-за поворота анализатора 5 в пластинах 9 и 10, складываются, и суммарная разность хода на выхоле анализатора 5 соответствует разности хода, которую можно, по.пучить, используя анализатор в виде одной пластины 9 с удвоешной толщиной. Таким образом, сказывается, что разность хода лучей на выходе анали затора 5 зависит от его ориентации относительно пучка лазерного излуче и не зависит от изменения коэффицие тов преломления пластин при изменен температуры анализатора 5, Пластина 14 может быть выполнена различными способами, например, из кристалла кварца толщиной преимущес венно 4, 14 мм и главной оптической осью, совпадающей с оптической осью устройства, В этом случае поворот плоскости поляризации-на ЭО лучей, вышедших из пластины 9,осуществляет за счет эффекта естественного вращения плоскости поляризации излучения в кристаллическом кварце. Как было сказано выше, в плоскости фотоприемника 7 получается интерферен ционная картина, положение которой зависит от разности хода лучей, соз даваемых анализатЬром 5. Если разность хода лучей равна О , то плоскость поляризации излучения на выходе анализатора совпадает с плос костью поляризации падающего на анализатор излучения.Поляроид 8 уст новлен так,что его главная полость скрещена с направлением поляризации падающего на анализатор излучения , В результате на фотоприемни,ке 7 будет минимум освешенности .При изменении разности хода лучей за анализатором 5 окажется, что излучение имеет не линейную поляризацию, а эллиптическую, поэтому за по ляроидом 8 на фотоприемнике 7 будет увеличиваться освещенность с увеличением разности хода лучей за анализатором 8. Появившийся сигнал на фотоприемнике 7 подается на сервопривод 6, поворачивающий анализатор 5 в направлении, соответствующем уменьшению сигнала с фотоприемника 7, Направление поворота легко определяется с помощью обычных средств (синхронного детектора) при модуляции излучения в источнике излучения 1 по плоскости поляризации. Таким образом, эталонный элемент 15 (зеркало) всегда строго определенным образом ориентируется и стабилизируется относительно направления, заданного геодезическими знаками 4, Изобретение позволяет реализовать высокую угловую чувствительность анализатора на основе двулучепреломлякмдих материалов, составляющую 0,1 - 0,01, и получить стабильность положения опорного элемента 15, близкой к величине угловой чувствительности устройства. Формула изобретения Устройство для эталонирования гиротеодолита, содержащее источник модулированного когерентного излучения,Б потоке которого на стабильных гео знаках закреплены диафрагмы, а между ними - угловой анализатор из двулучепреломляющего материала, за которым последовательно расположены поляроид и фотоприемник, соединенный с сервоприводом анализатора, о т л и чающееся тем, что, с целью .повышения точности путем исключения температурных влияний, в нем анализатор выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин, главные оптические оси которых симметричны относительно плоскости, перпендикулярной оптической оси анализатора, а между пластинакш помещен оптический элемент, поворачивающий плоскость поляризации из лучения на 90 . Источники инфо{ ации, принятые во внимание при экспертизе 1.Рязанцев Г.Е, и др. Хранитель направления на основе обратных отвесов. Вопросы атомной науки и техники. Серия Проектирование, 1976, вып. (12), с. 91 - 94. 2.Авторское свидетельство СССР 499756, М., кл. G 01 С 25/00, 1978 (прототип).