Устройство для измерения вертикальных углов с коррекцией влияния рефракции
! 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
