Устройство для определения изменений рефракции

Устройство для определения изменений рефракции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: для определения изменений атмосферной рефракции в условиях торных выработок. Сущность изобретения: устройство содержит телескопическую систему 1, оптический клин 2, микрометр 4, рейку 5, содержащую V-образные и прямые штрихи. 5 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 С 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4938783/10 (22) 24;05.91 (46) 07.02.93. Бюл. М 5 (71) Комсомольский-на-Амуре политехнически институт (72) Ю.И,Беспалов, М.Н.Голованов, В.И.Зайков и Т,Ю.Терещенко

- (56) Авторское свидетельство СССР 8& 1485014, кл, G 01 С 5/00, 07.06.89.

1,,5U„, 1793220 А1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ИЗМЕНЕНИЙ РЕФРАКЦИИ (57) Использование: для определения изменений атмосферной рефракции в условиях горных выработок. Сущность изобретения: устройство содержит телескопическую систему 1, оптический клин 2, микрометр 4, рейку 5. содержащую V-образные и прямые штрихи. 5 ил.

1793220

Изобретение относится к оптическому приборостроению, а именно к геодезическим приборам для определения изменений атмосферной рефракции в условиях горных выработок, .,: .. — 5

Известны методические приемы, осно- ванные, на использовании геодезических приборов, позволяющие оценивать уровень рефракции по наблюдениям колебаний изо- бражений штрихов нивелирных реек. Такие способы используются в геодезии, однако они не позволяют получить количественную характеристику явления и при производстве маркшейдерских работ применения не нашли. 15

Более удобными для измерения величины рефракции в горных выработках являются устройства, основанные на использовании свойства наклоняющегося оптического клина, компенсирующего "ди-.. 20 вергенцию" пучка световых лучей, Известно также выбранное в качестве прототипа устройство для определения изменений рефракции, содержащее последовательно расположенную телескопическую 25 систему, узел смещения визирного луча с микрометром, оптический клин и визирйую цель, в котором оптический клин жестко сВАзан с узлом смещения визирного луча, Устройство позволяет определить величину 3 рефракции на основании расчетных формул.

Недостатком известного устройства для определения изменений рефракции является необходимость выполнения специаль- 3 ных расчетов для получения количественной характеристики рефракции. Кроме того, точность определения величины рефракции снижается вследствие нелинейного характера ее зависимости от основного метеорологического параметра — вертикального градиента температуры.

Целью изобретения является повышение точности измерений.

Для достижения цели в устройстве оптический клин ахроматизирован и укреплен неподвижно в пределах cBGTGBolo отверстия объектива, свободного от узла смешения; а определяемая величина удовлетворяет соотношению

lnд при 1 <д «д, пд, +К(д-д.), (3) где до = 20 дел, бараб.; К=0,156, Таким образом, для получения поправки.за рефракцию при геометрическом нивелировании известным устройством необходимо использовать выражения (1), (2)

5 и (3), что при полевых вычислениях несколько обременительно.

Горизонтальный луч, отклоненный. оптическим клином (фиг.5) на угол а в.однородной среде с постоянным коэффициентом

40 преломления пересекал бы рейку, отстоящую на расстоянии от нивелира в точке M.

При наличии в среде постоянного верти-. . кального температурного градиента тлуч, ..искривляясь, попадает в точку N, смещен45 ную относительно точки М, на величину Ь . !

Полагаем, что визирный луч распространяется s среде с показателем преломле ния и и является частью дуги S окружности радиуса В с центром в точке О. Величина и

50 определяется из выражения (cM. Распространение лазерного пучка в атмосфере./Под ред. Д.Стробена. M.: Мир, 1981)

n=1+77,6(1+7,52 10 А ) . 10 х хр Т (4) где А — длина волны излучения, мкм.

Радиус кривизны R луча связан с градиентом температуры соотношением (см. Учет атмосферных влияний на астрономо-геодезические измерения./А.Л,Островский, Л=-39,64 - Р 02 . -Т-2 т соз-за < х10, м где P — атмосферное давление, мбар;

Т вЂ” температура воздуха, К;

D — расстояние до визирной цели, м; а — угол отклонения луча оптическим клином, градусы;

r — вертикальйый градиент температуры воздуха, К/м.

Поправка за рефракцию при геометрическом нивелировании может быть вычислена по формуле, предложенной Х. Страубом:

О 293, В х

2 273 +2 t 760

Хт 106,м . - (1) где  — атмосферное давление, мм рт.ст.;

t — температура воздуха, С.

Поскольку основным параметром внешней среды, определяющим влияние рефракции; явл яется вертикальный градиент температуры воздуха, то для нахождения его средней величины вдоль наблюдаемой линии с помощью известного устройства (см.прототип) предложена формула

= 3,68. дг,-Р . Р-1 . А- . D 1, 103

К/м :... (2) где д — отсчет по шкале микрометра, деления барабана;

А — коэффициент.

Величина коэффициента А определяет- . ся из выражения

1793220

Б.Д.Джуман,Ф.Д.Заблоцкий, Н.И.Кравцов, М.: Недра, 1990, с.45)

R = (dn/dz) ()

} де г - вертикальная координата, Или, заменяя в выражении (5) dn 4z чеdn ез — — т, получим

d t ! R =-(— т}

Из геометрических соотношений на фиг.5 получим

h, =Л cosa; BN= CM= D/cosa, Тогда (R — Л ) + (ВN) =>R = (R — Л cos а) +

D2

+ — =R .

cos2 а

Пренебрегая слагаемым Л cos а ввиду

2 его малости, получим

D2

Л = -, (7)

2 R cos3à

Подставляя в выражение (7) формулу (6), п}олучим

dl

6=0 z (2cos а)

Заменив в этом выражении производную

dn — ее значением, найденным дифференции раванием выражения (4), находим (6) г т cps а

2. 3 д С ° Тг сааза 10 б г—

39 64 0 P где С вЂ” цена деления барабана микрометра.

Тогда погрешность определения величИны градиента температуры воздуха тпредлагаемым устройством в зависимости от погрешности отсчета д равна

С Т cps a 10 6

3964 D P где тд — погрешность отсчета. (8)

Принимая для визуальных приборов Х=

= 0,589 мкм, выражение (8) преобразуем оКончательно к виду

Л=-3964 D Р т Т cos ах х10, м (9)

Численное значение величины, рассчитываемой по формуле (9), практически равно поправке эа рефракцию при геометричеckoM нивелировании, определяемой из выражения (1). . Для оценки точности определения рефракции предлагаемым устройством на ос новании полученного выражения (9) .преобразуем последнее к виду

Погрешность определения величины градиента температуры воздуха г известным устройством в зависимости от погрешности отсчета д на основании выражения (2):

5 может быть определена как з

7,36 д Т (12)

P А D 10

Поскольку для нивелира НА-1 при использовании барабана микрометра, имеющего С= 0,005 мм и ахроматизированного клина с отклоняющим углом а = 1, погрешность тд =1,8 дел. барабана, то при метеоусловиях Р=1012,1 мбар, Т=300 К и т = 0,98

К/м получим для предлагаемого устройства при д = 135 дел. бар и 0 = 40,958 м по формуле (11) гпг =0,012 К/м, для известного устройства при д = 19 дел. бар и том же значении D по формуле (12) тт.=0,182 К/м.

20 Таким образом, устройство позволяет на порядок повысить точность определения рефракции.

На фиг.1 изображена принципиальная схема заявляемого устройства, вид сбоку;

25 на фиг.2 — вид сверху; на фиг.3 — рейка, используемая для наблюдений; на фиг.4— вид штрихов рейки при их совмещении; на фиг.5 — схема, поясняющая вывод рабочей формулы.

30 Устройство для определения изменений рефракции состоит иэ телескопической системы 1, оптического клина 2, плоскопаралелльной пластинки 3 микрометра, барабана 4 микрометра и рейки 5. Рейка

35 содержит V-образные штрихи А и прямые штрихи В, изображение которых совмещается в поле зрения телескопической системы методом биссектирования. Оптический клин 2 ахроматизирован и укреплен относи40 тельно обьектива телескопической системы

1 неподвижна.

Оптический клин 2 и плоскопараллель-. ная пластинка 3 микрометра устанавливаются перед обьективом зрительной трубы

45 нивелира и наклонам оптического клина 3 совмещают изображения штрихов А и В, в этот момент снимается отсчет по барабану

4 микрометра.

Устройство работает следующим обра50 зом, Предварительно исследуют устройство в момент изометрии, т.е. определяют отсчет д по барабану 4 микрометра, соответствуюI щий т = О, при заданном расстояния Н до рейки 5. Устанавливая затем нивелир на расстоянии 0 в горной выработке, совмещают изображения штрихов в поле зрения трубы нивелира и снимают отсчет по барабану микрометра, Величина Л = С(д — д) соот1793220 аетствует поправке за рефракцию при геометрическом нивелировании, для дневной отратификации приземного слоя воздуха поправка имеет знак минус.

Выражение (9) в его преобразованном виде (10) может быть использовано, например, для нахождения основного метеопараметра градиента температуры воздуха в горных выработках. Причем, как было покаФормула изобретения

Устройство для определения изменений рефракции, содержащее последовательно расположенные телескопическую систему, узел смещения визирного луча с микрометром, оптический клин и узел обработки результатов измерений, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено узлом измерения вспомогательных параметров, оптический клин выполнен ахроматизированным и жестко соединен с телескопической системой, а узел обработки результатов измерейий вы- . зано выше, точность таких измерений возрастает на порядок, Штрихи А и В (см, фиг.3) могут быть нанесены в виде дополнительной шкалы на

5 рейках при нивелировании, а микрометр с плоскопараллельной пластинкой 3 при зашторенном оптическом клине 2 устройства может быть использован для взятия отсчетов по основной шкале рейки методом "со10 вмещения" при нивелировании. полнен с возможностью нахождения значения функции

h.=.— 39,64 P 0 Т . т cosзах х10, м, где Л- величина изменения рефракции, Р,0, t — вспомогательные параметры: соответственно атмосферное давление, расстояние до визирной цели, вертикальный градиент температуры; а — угол отклонения визирного луча оптическим клином.

1793220

Составитель М.Терещенко

Техред М.Моргентал -Корректор А.Мотыль

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 494 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5