Устройство для измерения вертикальных углов с коррекцией влияния рефракции

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

! ь

1 тк; -; .; .ЛЯ библиоте,„h,ьд

Qnp

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

i l428206

Союз Советских

Соцкалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидстельства— (22) Заявлено 20.11.71 (21) 1718755/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (32) Приоритет—

Опубликовано 15;05.74. Бюллетень ¹ 18

Дата опубликования описания 03.01.75 (51) М,Кл. G Olc 1/00

G 01п 21/46

Гоетдаротвенный комитет

Совета Министров CG::Ð по делам изобретений и открытий (53) УДК 528.6(088.8) (72) Авторы изобретения

М, T. Прилепин, Н. А. Затравкин и И. С. Св.ешникова (71) Заявитель

Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ УГЛОВ

С КОРРЕКЦИЕЙ ВЛИЯНИЯ РЕФРАКЦИИ

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

Известны ус1ройства для измерения вертикальных углов с коррекцией влияния рефракции путем измерения приоащсния разности оптических пу1еи or двух вторичных когерентных источников. г1едостаток э ого устройс;ва состоит в том, что для обеспечения возможности наблюдения интерференционной картины при различных положениях источников, излучение от вторичных источников намеренно рассеивается в большом телесном угле, 1то приводиг к снижению дальности деиствия.

ДЛя уВЕЛИчЕЬИя даЛЬНОС1 И дЕйСтВИя В предлагаемом устроистве оптическая система для создания вторичных когерентных пучков света выполнена в виде параллельно устанавливаемых полупрозрачного и отража1ощего еркал, кинематически связанных с поворотнои системой углоизмерительного устройства соо гношенисм I:2.

r1a фиг. 1 показана блок-схема описываемо1о ус ройства, где (— теодолит, 2 — насадка, д — лазер, 4 — оптический клин, 5— приемная оптическая система, б — фиксированнаii диафрагili2, 7 — устройство Iro1II cBQT3 интерференционных полос.

Кинсматическая схема насадки, создающей два вторичных когерентных источника, изображена на фиг. 2.

1-1асадка вкл;очает в себя лазер Ь, установлен1,ые параллельно полупрозрачное 9 и отражающее Ы зеркала. Ось 11 насадки через редук1ор 12 с коэффициентом передачи 2:1 связана с горизонтальной осью вращения полупро рачного зеркала 9 и через тягу 13 с осью зеркала 10.

У строиство для измерения приращения раз ioclи оптических путеи раоотает следующим ооразом. Насадку скрепляют с горизональнои осью вращения теодолита, а зеркала 9 и Ж (см. риг. 3) регулируют таким об15 разом, 11обы в точке приема излучения (плоскость иафрагмы 6 на фиг. 1) получить интерфере .циош1ую кар l ину, Далее включают электропривод теодолита, который вращает

ClO ГорИЗОНтаЛЬНуЮ ОСЬ, а ВМЕСТЕ С НЕИ И Насадку;ак еди 1ое целое на некоторый угол (1е — p, l o Ilo. 1ожения зеркал 9, 1U. 1 IOCKOIÛI1 редуктор имеет передаточное число 2:1, 1о сне1овые пучки, идущие от зеркал 9 и 10, будут всегда направлены в определяемую точ2„- ку. Измеряемое устройством 7 количество ин;ерференционных полос является мерой приращения разности оптических путей, по которой определяют влияние рефракции.

Как следует из принципа действия устройЗр ства, пзмереш;ыми величинами являются:

428206

3 приращение разности оптических путей Л6 и углы р1 и р>, которые составляет линия базы интерферометра с горизонтом. Задача определения вертикального угла ао, свободного от влияния рефракции, измеряемого в точке 0 на точку А (см. фиг. 4, а, б) решается следующим образом.

Оптический путь луча, идущего от точки l базы интерферометра (см. фиг. 4, а) к точке

А приемника в соответствии с принципом Ферма может быть выражен формулой /о (S1) o = J n1 о, (1) и где

n1 — текущее значение показателя преломления вдоль траектории;

dSo — дифференциал дуги траектории.

В атмосфере при геодезических измерениях направление касаз ельной к траектории в любой точке отличается от направления хорды S, весьма незначительно (3 — 5 мин дуги).

В связи с этим дифференциал дуги d$0 траектории с пренебрегаемой погрешностью может быть заменен дифференциалом dS хорды и интегрирование выполнено по хорде в пределах 0 — Ь 1, т. е. можно вместо формулы (1) написать:

$, (S1)o = 1 n1 dS (2) о

Аналогично, для верхнего луча 1 А запишем:

$, ($ 1)0 = i n 1 dS (3) и где n, — текущее значение показателя преломления по лучу 1 А.

Для разности оптических путей нижнего и верхнего лучей будем иметь:

Ь, (S1)o — ($ 1)o = 6 1 = ) (n1 — и,) dS + о

+ Л51„ по, (4) где AS,, — разность геометрических путей верхнего и ниж11его луча, по — показатель преломления в точке О.

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

$, 1

) (n1 — П 1) dS = 1 — COS аоб/ dS, (5) о ,) dz о где b, — текущее значение расстояния между нижним и верхним лучами, Поскольку b, = b,- ° sin(p! — ао)

5/

S формулу (5) можно записать в виде

$, (n! — и 1) dS = r4 ° b ° з1п (p! — ао)> (6)

4 где г,4 — вертикальная рефракция при измерении угла в точке // на точку А.

Разность геометрических путей AS1, выразится формулой

AS1, — — - // cos(p1 — ао) +

+ уо 1 ° b ° sin (p! — ао), (7) где уо,1 — малый (порядка 5") параллактический угол на точке // и 1 базы из

10 точки А.

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

601 — — поb cos(p! — ао) +

+ /.! b sin(J31 — ао) + f1(у), (8)

15 где f1(у) = 1/0,1noÜ sin(p! — ао).

Приращение разности оптических путей

Л60 при повороте базы из положения 1,1 до положения 2,2 может быть измерено путем счета числа интерферепционных полос.

J)

60г — 60, = A60 =3 6. а 13 = Л" ° Х (9) где

25 6; — текущее значение разности оптических путей.

У вЂ” число интер ференционных полос, прошедших через фиксированную диафрагму, з/! ).— длина волны излучения лазера.

Разность оптических путей Л6 для конечного положения базы (угол с горизонтом Pq) будет:

A6 — nolb cos (pg ао) +

+ r„: b sin (I1 — ао) + f ®, 110)

1де )2 (y) = 1/0,2 no b sin (2 — аО) .

Формула (9) для приращения разности оптических путеи можно записать с учетом фор4О мул (10) и (8) в виде:

/ 2 г . j !З2+Pl

2 ) 2

+ 2r b sin сов — ao +Af (11) где Ai = f (V) — 11(у)

Если измерение разности оптических пу1ей осуществляется чсрез клин, устанавливаемый после источников (см, фиг. 4б), то для разности оптических путей A6" по аналогии с формулой (11) можно написать, учтя рефракцию лучей в клине:

11 /г р /г ./г „° /г

+ 2(r1+ r/,,) b s1n — - — — cos — - — — — ао I+

2 2

+ Af/г (12) бО Полагая pl —— — p! и p — — ", вычитая из формулы (12) формулу (11), получим: г/г /г !/г „ /г

A6= - 2г bsin

/г cos — ао + 2+ 1

2 2 б5 Я, (13) 428206

При малых углах по

Ьб М ао =

2ть Ь sin 45

10 (15) чувствительности

= 3КДб

Фиг. 1 где Д = Д/ь — Д/О.

Формула (13) и решает вопрос об определении ац по измеренным величинам M и р. В частном случае, при P = 45 и р2 = 135, получим

Дб =- 2 r ь b sin 45 sin а + ф. (14) Задаваясь приемлемыми для полевого прибора величинами

Ь=О,5 м, r = 12, ор = 2", получим для определения устройства (при ao = 3 ) с/До (d<: 0),Я—

2гь Ь sin 45 (duo) „=- О, 5 (даю) ь = О,"1 (дао) — — О,"I. б

Эти соотношения показывают, что для определения аю с погрешностью не более 1", 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 изобретения

Устройство для измерения вертикальных углов с коррекцией влияния рефракции, coi5 держащее устанавливаемые на одном конце линии теодолит, оптическую систему для создания вторичных когерентных источников света, оптический клин, а также счетчик числа интерференционных полос, устанавливаемый

2р 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.

@)к (1 (иг Ф

Составитель Е. Лазанов

Техред Г. Васильева

Корректор Л. Орлова

Редактор С, Хейфиц

МОТ, Загорский цех

Заказ № 5344 Изд. № 7628 Тираж 760 Подписно -

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5