Устройство для задания направления

Авторы патента:

G01C15 - Топографические приборы и принадлежности, не отнесенные к группам G01C 1/00-G01C 13/00

Использование: в качестве нивелира, зенита, лота и их комбинаций. Сущность изобретения: устройство содержит лазер 1, объектив 3 и окуляр 2, преломляющий оптический элемент 6, три кюветы с жидкостями 4 и 5, причем вторая кювета расположена между объективом и первой кюветой, а уровни жидкости в кюветах рассчитываются с учетом коэффициента преломления жидкости n, коэффициента преломления материала n1, расстояниями между доньями кювет. Фиг.1

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и предназначено для использования в качестве нивелира, зенита, лота и их комбинациях, особенно эффективно при резких перепадах температур порядка 10°С.

Цель изобретения - повышение точности задания направления, за счет уменьшения температурных воздействий, а также, уменьшение габаритов устройства.

Сопоставительный анализ предполагаемого лазерного прибора с прототипом (а.с. 1760322), позволил определить новые признаки, которые заключаются в том, что вторая кювета расположена между объективом и первой кюветой; - уровни жидкости кювет рассчитываются из соотношения:

где h₁ - высота слоя жидкости во второй кювете;

h₂ - высота слоя жидкости в первой кювете;

f - фокусное расстояние объектива;

n - коэффициент преломления жидкости;

H₁ - высота между дном второй кюветы и главной плоскостью объектива;

H₂ - расстояние между доньями первой и второй кювет;

- угол наклона устройства от вертикальной оси;

d₂ - толщина дна первой кюветы;

n₁ - коэффициент преломления материала дна кюветы;

j₁ - коэффициент, определяемый из соотношения

, где d₁ - толщина дна второй кюветы.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен общий вид для задания направления.

Устройство содержит: лазер 1, коллимирующую систему, состоящую из окуляра 2 с объективом 3, и жидкостный компенсатор, состоящий из первой и второй кювет 4, которые расположены между окуляром 2 и объективом 3. Третья кювета 5 расположена между объективом 3 и преломляющим элементом 6. Устройство для задания направления действует как нивелир и отвес, при помощи горизонтального 7 и вертикального 8 лучей. В качестве преломляющего элемента 6 может послужить, например, пентапризма с клином.

Устройство работает следующим образом.

При наклоне вертикальной оси устройства в каком-либо направлении на малый угол порядка 5°, лазерный луч, проходящий через первую и вторую кюветы 4 с жидкостью, и через объектив 3 коллимирующей системы, будет отклонен в обратную сторону, а объектив 3 частично отклонит его в противоположную сторону. Затем жидкостный клин кюветы 5 отклонит луч в обратную сторону от направления наклона, т.е. произойдет компенсация. Суммарное отклонение луча будет равно величине угла наклона прибора в том случае, когда правильно отрегулирована высота h₂, которая определяется из упомянутого соотношения:

Преломляющий элемент 6 изменит направление отклонения луча, т.е. произойдет компенсация наклона, поэтому лазерный луч автоматически стабилизируется в направлении горизонтальной 7, либо вертикальной 8 линии.

При точных измерениях и перепаде температур порядка 10°С (при работе в помещении и на улице), возникает необходимость регулировки коэффициента компенсации путем изменения толщины слоя жидкости в первой кювете 4 компенсатора. С изменением температуры меняется коэффициент преломления жидкости, что прямо влияет на величину углов компенсации при наклонах устройства, поэтому при точных измерениях в широком интервале температур, в

устройстве предусмотрена регулировка величины углов компенсации путем изменения высоты h₂ уровня жидкости в первой кювете 4 путем добавления или удаления части жидкости (например, при помощи медицинского шприца).

Слои жидкости и дно в первой и второй кюветах 4 работают в сходящемся ходе лучей. Чем дальше от центра находятся лучи, тем больше они прижимаются к центру после прохождения через кюветы 4. Это приводит к расфокусировке периферийных лучей, прошедших через объектив 3, но этот объектив сам обладает повышенными сферическими абберациями, что в результате приводит к улучшению лазерного луча в ближней зоне за счет приближения периферийных лучей к центру. Наклоны устройства приводят к изменению фокусировки в параксиальной области, что практически не влияет на точность и изменение направления луча.

Предлагаемое устройство имеет меньшие габариты по сравнению с прототипом, т.к. за объективом находится только одна кювета с жидкостью.

Необходимость выноса одной кюветы 5 за объектив 3 обусловлена возможностью использования кремнийорганических жидкостей, имеющих коэффициент преломления порядка 1,4. Использование этих жидкостей чрезвычайно важно, т.к. при изменении температуры среды от -50°С, до +70°С. Кинематическая вязкость лучших минеральных масел изменяется в 400 раз, тогда как вязкость полидиметилсилоксановых жидкостей, отличающихся наиболее пологой кривой, зависит от температуры лишь в 30 раз. Это повышает точность за счет уменьшения температурных воздействий.

Пример. Устройство было использовано в качестве нивелира при установке сложного технологического оборудования на Волжском трубном заводе, и показало стабильность задания направления порядка 2" при температурах от -10°С до +35°С. Диапазон наклонов прибора при этом составлял 3-5°.

Технико-экономические преимущества предлагаемого устройства заключаются в повышении точности определения направления лазерного луча и уменьшении габаритов устройства.

Устройство для задания направления, содержащее лазер, коллимирующую систему с объективом и окуляром, преломляющий оптический элемент, жидкостный компенсатор с тремя кюветами, частично заполненными жидкостью, первая и вторая из которых расположены между окуляром и объективом, а третья между объективом и преломляющим элементом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, вторая кювета расположена между объективом и первой кюветой, причем уровни жидкости первой и второй кювет рассчитываются из соотношения