Приспособление к теодолиту для определения направления меридиана по солнцу

Приспособление к теодолиту для определения направления меридиана по солнцу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

¹ 59480

Класс 42 с, 39„, 39„

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРС КОКУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зарегистрировако в Бюро изооретений Госп

В. В. Каврайский.

Приспособление н теодолиту для определения направления меридиана по солнцу.

Заявлено 9 января 1940 года в НКВМФ аа № 2557.

Опубляковано 31 марта 194! года.

Известны приборы для определения меридиана по широте места наблюде-; ния и по склонению солнца под названиями «солнечное приспособление» и .соляр», которые описаны, например, в книге Девис, Фут и Рейнер — Геодезия, теория и практика, и в переводе этой книги под редакцией профессора

Чеботарева.

Предлагаемое приспособление того же назначения, согласно изобретению, отличается от известных тем, что в нем полярной осью служит визирная ось трубы теодолита и для визирования солнца используется труба самого теодолита, на объективный конец которой оно (приспособление) насаживается с возможностью вращения вокруг оси, приблизительно совпадающей с визирной осью теодолита. Для этого визирная ось трубы теодолита отклоняется от первоначального направления на угол, равный полярному расстоянию солнца, при посредстве одной или более отражающих плоскостей.

На фиг. 1 чертежа изображена теоретическая схема, обосновывающая построение приспособления; фиг. 2 — изображает приспособление с одним зеркалом; фиг. 3 то же с двумя зеркалами; фиг. 4 — двухпризменное приспособление в продольном разрезе; фиг. 5 — то же в плане; фиг. 6, 7 и 8 изображают видоизменение двухнризменпого приспособления в трех проекциях.

В приспособлении к теодолиту для определения направления меридиана по солнцу (условимся для краткости в дальнейшем называть его просто «меридианоскоп») существенным является применение одной или более отражаюцих плоскостей, представляющих зеркала нли отражательные призмы. В случае двух или трех отражающих плоскостей они располагаются так, что при сохранении их взаимного расположения изменение их ориентировки относительно визирной линии трубы теодолита на малые углы первого порядка вызывает изменение угла отклонения лишь на малые углы второго порядка (как наклон трубы в секстантах).

При выполнении этого условия угол отклонения визирной линии трубы системой зеркал или призм будет 0c àваться практически постоянным при вращении меридианоскопа вокруг его

59480 оси даже в том случае, если эта ось не совсем параллельна визирной оси трубы и даже если меридианоскоп имеет некоторое шатание на своей оси ! вращения.

Меридианоскоп практически может, быть выполнен в простейшем виде с одним зеркалом (фиг. 2). В этом слу- чае он состоит из патрубка 1, надеваемого на объективный конец трубы 2 теодолита и закрепляемого на нем при цосредстве винта 3. Конец патрубка 1 имеет вытянутый кольцевой буртик, внутренняя канавка которого служит для подвижного сочленения с фланцем, патрубка, несущего диск 4 с окном и откидываюшимся на шарнире 6 зерка-,. лом 5. Однако, такой меридианоскоп имеет существенный недостаток: если ось вращения диска 4 не параллельна визирной линии, а образует с ней малый угол Е, то при вращении диска 4 угол Р, который должен быть по- l стоянным, па самом деле будет коле- . баться с амплитудой 2Е.

В меридианоскопе по фиг. 3 чертежа, этот- недостаток устраняется примене-, нием двух зеркал. В этом случае на объективный конец труоы 1 теодолита падет, с возможностью свободного вращения, патрубок 3 с жестко прикрепленным к нему диском 2 с окном в центре. К этому диску 2 прикрепле-, ны не изменяющее своего положе- ния зеркало 4 и зеркало 5, имеющее 1 грубое и мелкое вращение вокруг оси 6, связанной с диском 2. При таком устройстве меридианоскопа, если визирная линия трубы перпендикулярна к линии взаимного пересечения плоскостей обоих зеркал, то, как известно из теории секстанта, угол P, I на который зеркала отклоняют визир- ную ось, равен двойному углу между зеркалами и изменяется на малую ве- „ личину второго порядка и даже при нарушении вышеуказанного условия — на малую величину первого порядка, угол между зеркалами сохрапяется не- изменным. В виду сказанного отпадает необходимость в точном совпадении или параллелизме оси вращения меридианоскопа с визирной осью трубы и можно допустить его вращение просто вокруг объективного конца трубы 1 теодолита, В мсридианоскопе вместо плоских отражательных зеркал могут быть применены отражательные призмы (фиг. 4, = чертежа).

Меридиапоскоп при тако;I выполнении состоит из коробки 1 с патрубком 2 для надевания на объективный конец трубы 3 теодолита. На задней стенке коробки 1 укреплена неподвижно прямоугольная равнобедренная призма 4, закрывающая небольшую асть объектива и дающая возможность наблюдать земные предметы через отверстие 5 в верхней стенке коробки.

В правой стороне коробки монтирована прямоугольная равнобедренная призма б, вращающаяся в пределах

23,5" вокруг оси 7, приблизительно перепендикулярной к ребру 8 прямого двухгранного угла призмы и к визирной оси трубы теодолита.

Вращение призмы 6 производится при посредстве червячного винта 9, головка 10 которого с отверстием для шпильки выступает из коробки, сцепленного с зубчатым сектором, надетым жестко на ось 7 призмы б. Застопоривание призмы 6 в приданном положении осуществляется прижатием сектора к стенке коробки, проходящим через кулису, и винтом 13, затягиваемым гайкой 12. Путь преломляемых лучей показан ломаной линией а, 1>, с, d. Мер идианоскоп снабжен уровнями 17 и 18 для ориентировки его установки. Как известно, направление луча (с) получается из направления луча (а) поворотом на 180"- вокруг ребра 8 призмы 6. Поэтому, если визирная линия трубы, ребро 8 и нормаль к гипотенузе призмы 4 пара",лельны одной плоскости (плоскости фиг. 4), то, подобно тому, как в теории секстанта, можно доказать, 1) что отклонение визирной линии трубы обеими призмами равно двойному углу между ребром 8 призмы 6 и гипотенузой неподвижной призмы 4 и 2) что при нарушении вышеуказанного yc:ювия, т. е. при наклонении визирной линии трубы к плоскости, параллельной ребоу 6 и нормали к гипотенузе призмы 4 на малый угол Е первого порядка, угол отклонения (р) изменится на величину F - агс Г ctg P., второго поряд59480 ка, т. е. практически останется постоянным.

Выгода применения здесь призмы 6 с двумя отражениями заключается в, том, что призма 4 не загораживает лу-, ча (а) и при лучах нормальных к граням входа и выхода (при р = 90 ).

Видоизменение двухпризменного меридианоскопа изображено на фиг. 6, 7 и 8 чертежа. В этом варианте призма 2 с одним отражением выполнена вращаемой вокруг оси 1, перпендикулярной к оси трубы теодолита, а вторая призма 3 с двумя отражениями укре-, плена неподвижно в крышке 4 цилин- дрической насадки. Обе призмы 2 и 3 имеют расположение вне насадки, сво- бодно поворачиваемой вместе с обеими призмами вокруг объективного конца трубы теодолита.

Пользование теодолитом с надетым меридианоскопом сводится к следующему:

1) приводим вертикальную ось тео- долита в действительно отвесное по- ложение и устанавливаем алидаду горизонтального круга на отсчет, равный нулю;

2) взяв из астрономического еже- годника (лучше морского, где координаты солнца даются на каждый четный час Гринвичского гражданского времени) склонение о солнца на время наблюдения, устанавливаем подвижное зеркало или призму меридианоскопа так, чтобы угол, на который отражатели меридианоскопа отклоняют визирную ось теодолита, стал равен поляр- ному расстоянию р = 90 — солнца.

Как именно производится такая установка, будет подробно объяснено нижевп.6;

3) при помощи вертикального круга теодолита даем его трубе наклон к го- ризонту, равный известной широте р места наблюдения. Иными словами, устанавливаем визирную линию трубы теодолита (не отклоненную отражателями меридианоскопа) на зенитное расстояние 0 = 90 = — ;

4) вращением теодолита вместе с лимбом вокруг вертикальной оси, т. е. вокруг визирной линии трубы, приводим изображение солнца в поле зре- ния трубы и наводим перекресток ни-, тей на центр изображения солнца (или па суточную параллель центра солнца, о чем сказано ниже в п. 7). Для облегчения этой операции желательно направить трубу приблизительно на полюс по буссоли, обычно имеющийся на теодолите. Тогда ориентировку теодолита по азимуту лишь немного придется изменить.

По выполнении указанных действий труба теодолита будет направлена на .олюс мира, т. е. будет находиться в плоскости меридиана; место меридиана на горизонтальном круге будет равно нулю, и мы отсчитаем на горизонтальном круге азимут любого предмета, на который наведем затем трубу вращением алидадной части теодолита, не меняя ориентировки лимба.

Для исключения влияния коллимационной ошибки и ошибок от неперпендикулярности осей теодолита и от неточного знания места зенита на вертикальном круге следует перевести трубу теодолита через зенит и повторить наблюдение как солнца, так и зенитного предмета.

5) В результате действий, указанных в п. 4 визирная ось трубы, отклоненная меридианоскопом будет направлена на солнце. Следовательно, не отклоненная визирная линия трубы образует угол (р), а с отвесной линией она образует угол 0 в силу п. 3, но те же самые углы с направлением на солнце и с отвесной линией образуют направление на полюс. Этим, в сущности, и обосновывается действие прибора.

Точку V, соответствующую на небесной сфере направлению трубы теодолита, мы определяем таким образом, как точку пересечения двух окружностей: описанной вокруг солнца (фиг. 1) сферическим радиусом SP =р, и описанной вокруг зенита Z сферическим радиусом ZP О.

Таких точек, очевидно будет две:

V, и V . Одна из них, например, V, совпадает с полюсом мира, ибо и полюс мира удален от S u Z на р и д, соответственно, другая же — симметрично с полюсом мира относительно вертикала солнца. Чтобы направить трубу именно на полюс мира (P V,), а не на точку V, симметричную с ним относительно вертикала ZS солнца S, очевидно достаточно знать, произво59480 дится ли наблюдение до истинного местного полдня или после него или же заранее приближенно определить направление меридиана по буссоли, как уже было рекомендовано выше.

Таким образом, смещение точек V, и V, было бы возможно лишь в том случае, если наблюдение производится около полудня, когда точки V„ и V, близки между собой, но в этом слугае, т, е. при S, близком к продолжению большого круга PZ, как ясно из фиг. 1, окружности с полюсами Z u S пересекутся под весьма острым углом и, следовательно, точки V, и V определятся вообще неточно. Поэтому близ полдня вообще нельзя определять направление меридиана этим способом;

6) установка подвижного отражателя по склонению солнца производится следующим образом.

1. Способ установки по отдаленному предмету. Установить на горизонтальном круге отнивеллированного теодолита отсчет р =90 — rr и застопорить алидадный круг по отношению к лимбу. а) вращая трубу вместе с лимбом, навести ее визирную линию, не отклоненную меридианоскопом (т. е. пользуясь лучами, идущими через отверстие 5 на фиг. 5 мимо призмы 4) на далекий (дальше 1 км) отчетливо ви- димый предмет, удаленный от истинлого горизонта не более, чем kI3 Я (при этом условии разница между плоским углом р,,, 113Я и измеряемым теодолитом приближением этого угла на горизонтальную плоскость бу- j дет меньше 0,5); б) вращением алидады сделать отсчет горизонтального круга равным нулю и закрепить алидаду в этом по- j ложении; I в) вращением меридианоскопа во- круг трубы и вращением подвижной призмы вокруг ее оси 7 (фиг. 5) привести изображение того же земного предмета в лучах, отраженных призмами, на перекресток нитей трубы, обра-, щая особое внимание на точное прн- ведение его на вертикальную нить.

Теперь визирная линия трубы будет отклонена отражателями меридиано-, скопа от ее первоначального направления, очевидно, на заданный угол (р).

Ц. Способ установки при помощи уровней меридианос к о п а. Пусть на приборе имеются. два (одноминутных) уровня, из которых один 17 на фиг. 4 укреплен на стенке прибора и через нее жестко связан с неподвижной призмой 4, другой же 18 — на оси 7, через которую связан с подвижной призмой 6. Уровни регулируются так, чтобы их оси были параллельны между собой, когда ребро 8 подвижной призмы параллельно гипотенузе неподвижной призмы (точке, когда угол отклонения визирной оси трубы призмами равен 90 ).

При помощи таких уровней можно будет установить отражатели на заданный угол отклонения р = 90 — б, и в закрытой местности, где нет подходящего отдаленного предмета. Для этого ставим стенку с уровнями вертикально при помощи специально сделанных для этого меток на корпусе трубы и на патрубке 2; затем, вращая трубу вокруг горизонтальной оси, приводим пузырек уровня 17 на середину трубки и отсчитываем вертикальный круг (е). Изменяем отсчет вертикального круга па Я и в надлежащую сторону, отдаем гайку 12, вращением головки 10 приводим на середину трубки пузырек уровня 18 и снова застопориваем подвижную призму гайкой 13.

7) Двойная призма для визирования элемента суточной параллели солнца. Из обоснования действия меридианоскопа, изложенного в и. 3, ясно, что можно наводить визирную линию трубы не па центр солнца, а на какую-нибудь другую точку его суточной параллели.

С целью заменить визирование ничем не отмеченного центра солнечного диска более удобным и более точным визированием малой дуги его параллели в пучок лучей может быть введена (поворотом рукоятки 16 фиг. 5) примерно нормальная к осевому лучу о«призма 14 с ребрами, перпендикулярными к оси трубы. Ее углы отклонения — около 13 каждый, причем равенство их друг другу должно быть соблюдено с точностью около 0,2 .

Призма удвоит изображение солнца,.

59480 фигЭ,0 ФиГ4 фиг.6,фиг.3

Отв. редактор П. В. Никитин

Тип. «Сов. печ.». М 49557. Зак. _#_0 2438 †5

Госплаииздат

Цена 35 коп. отклонив одно изображение по кругу склонения к северу, а другое к югу на 13 от первоначального положения. Эти два изображения будут перекрываться приблизительно на 6 (так как угловой диаметр солнца изменяется от 15 48" в июле до 16 18" в январе). Общую хорду обоих дисков, т. е. ось симметрии фигуры перекрытия с достаточной точностью можно считать за малую дугу парал-: лели солнца. Визировать эту вообра- жаемую линию крестом нитей будет точнее, чем центр солнца, так как наиболее широкая часть фигуры пере- . крытия имеет ширину лишь 6 . Ее бу- 1 дет и проще визировать, чем центр солнца, так как вообще проще наво-, дить перекресток нитей на линию, чем па точку.

Предмет изобретения.

1. Приспособление к теодолиту для определения направления меридиана по солнцу, выполненное в виде поворотной вокруг оси, совпадающей с визирной линией зрительной оси теодолита, насадки, отличающееся тем, что насадка снабжена одним поворотным зеркалом или призмой 5 для отклонения визирной оси теодолита во время наблюдения на угол, равный полярному расстоянию солнца.

2. Форма выполнения приспособления по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью устранения влияния погрешности установки насадки по отношеничо к визирной оси теодолита, применено второе зеркало (или призма) 4, причем одно из зеркал (или призм) 4 или 5 выполнено неподвижным относительно насадки.