Лазерный нивелир

 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к приборам для задания лазерным пучком горизонтального направления, и может быть использовано при проведении высокоточных инженерно-геодезических работ. Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния разъюстировки. Световой пучок от лазера 1 формируется коллимирующей оптической системой 2, проходит оптический компенсатор 11 и попадает на второй светоделитель 3-4, в результате чего одна часть светового пучка проходит сквозь него, образуя референтное направление, а другая часть отклоняется под прямым углом. Отклоненный вторым светоделителем 3-4 световой пучок попадает на первый светоделитель 5, в результате чего одна часть проходит сквозь него, отражается в обратном направлении искусственным горизонтом 7, снова отражается первым светоделителем 5 и собирается в плоскости анализа фотоэлектрического датчика 9 с помощью фокусирующего элемента 8, а другая часть - отражается первым светоделителем, попадает в световозвращатель 6, после чего также собирается в плоскости анализа фотоэлектрического датчика 9 с помощью фокусирующего элемента 8. В плоскости анализа образуются два световых пятна, расстояние между которыми прямо пропорционально наклону к плоскости горизонта референтного направления. Электрический сигнал с выхода фотоэлектрического датчика 9 поступает на вход блока управления 10, выход которого электрически соединен с приводом оптического компенсатора 11. Устройство обеспечивает задания горизонтального референтного направления в автоматическом режиме. 1 ил.

(19) (1!) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (5I)5 G 01 С 5/00 « :«»».

:, ." » ;.

«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-:. «-О»««»,. .» ) 1ереринтныц сдапооои лусон

Плоскоспи онопыа

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4448166/25-10 (22) 17.05.88 (46) 15.07.90. Бюл. И - 26 (71} Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) А.E.Здобников, А.M.Æèëêèí, В.A.Èëþõèí, А.Н.Илюхин,II È.Савостин, g.В.Тарасов и Т.А.Фадеева (53) 529.541.2 (088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1357716, кл. G 01 С 5/02. 1985.

Зацарапанный А.В. Автоматизация высокоточных инженерно-геодезических измерений. — M. Недра, 1976, с.187, рис.123.

2 (54) ЛАЗВРНЬ1И НИВЕЛИР (57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к приборам для задания лазерным пучком горизонтального направления, и может быть использовано при проведении высокоточных инженерно-геодезических работ. !(елью изобретения является повышение точности за счет уменьшения влияния раэъюстировки.

Световой пучок от лазера 1 формируется коллимируюц»ей оптической системой 2, проходит оптический компенсатор 11 и попадает на второй светоделитель 3-4, в результате чего одна часть световс го пучка проходит сквозь него, образуя референтное

15784? 2 направление, а другая часть отклоняется под прямым углом. Отклоненный вторым светоделителем 3-4 световой пучок попадает на первый светоделитель 5, в результате чего одна часть

5 проходит сквозь него, отражается в обратном направлении искусственным горизонтом 7. снова отражаетс» первым. светоделителем 5 и собирается в плоскости анализа фотоэлекарического дитчика 9 с помощью ФокусиРующего элемента 8„ а другая часть— отражается первым светодели1елем, попадает в световозвращатель 6. после чего также собирается в плоскости

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности 25 к приборам для задания лазерным пучком горизонтального направления, и может быть использовано при проведении высокоточных инженерно-геоде зических работ. . 30

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг.1 представлена схема лазерного нивелира; на фиг.2 — внутренняя структура блока управления.

Лазерный нивелир состоит из по,следовательно расположенных лазера 1 коллимирующей оптической системы 2, нерасстраиваемого ответвителя, выполненного, например, в ниде 40 пентаприэмы 3, дополненной до плоскопараллельной пластины клином 4, светоделителя 5, выполненного, на- пример, в виде кубпризмы, нерасстраиваемого двухгранного отражателя 6, 45 плавающего зеркала 7, фокусирующего элемента 8, позиционно-чувствительного датчика 9, блока управления 10 и оптического компенсатора 11, расположенного между коллимирующей оптической системой 2 и нерасстраиваемым ответвителем 3-4., Блок управления 10 состоит из

:электрически связанных между собой привода компенсатора 1 1, порогового устройства 12, пикового детектора 13, счетчика импульсов 14,.триггера 15, схемы синхронизации 16 и схемы управления 17. анализа фотоэлектрического датчика 9 с помощью фокусирующего элемента 8.

В плоскости анализа образуются .два световых пятна, расстояния между которыми прямо пропорциональны наклону к плоскости горизонта референтного направления. Электрический сигнал с выхода фотоэлектрического датчика 9 поступает на вход блока управления 10, выход которого электричес-ки соединен с приводом оптического компенсатора 11. Устройство обеспечивает задания горизонтального референтного направления в автоматическом режиме. 2 ил, Устройство работает следующим образом.

Световой пучок от лазера 1 формируется коллимирующей оптической системой 2, проходит оптический компенсатор 11 и попадает на нерасстраиваемый ответвитель 3-4, после чего часть светового пучка проходит, а часть, отражаясь от грани пентапризФ мы 3, отклоняется под углом 90 к исходному направлению распространения светового пучка, т.е. направлению Распространения светового пучка, прошедшего через пентапризму 3 с клином 4, которое явяляется референтным.

Отклоненный пентапризмой 3 световой пучок попадает на светоделительную грань кубпризмы 5, где происходит, в свою очередь, его деление на две части. Прошедшая часть светового пучка (пучок А ) направляется на пЛавающее зеркало 7 и, отразившись от него, снова попадает на светоделительную грань кубпризмы 5, которая: отражает его на фокусирующий элемент

8.Отраженная от светоделительной грани кубприэма 5 другая часть светового пучка (пучок В) попадает на нерасстраиваемый двухгранный отражатель

6 и отразившись от него, также попадает на фокусирующий элемент 8, который фокусирует прошедший (пучок А) и отраженный (пучок В) световые пучки в своей фокальной плоскости, совмещенной с плоскостью анализа позиционно-чувствительного фотодат8472

157 чика 9,Размеры и положение нерасстраиваемого отражателя 6 выбраны таким образом, чтобы отраженный {пучок В) от него световой пучок диафрагировался светоделительной кубприэмой

5. Далее в позиционно-чувствительном фотодатчике 9 происходит преобразование светового потока н электрический сигнал.

В том случае, когда референтный световой пучок параллелен отражающей поверхности:плавающего зеркала, фокусирующий элемент 8 собирает оба световых пучка (прошедший пучок А и отраженный пучок В) в плоскости анализа в одну точку. В этом случае расстояние между сфокусированными точками световых пучков А и В в плоскости анализа равно нулю, т.е. направление распространения референтного светового пучка горизонтально, В том случае, когда в плоскости анализа образуются две точки, референтное направление не горизонтально, при этом расстояние между ними пропорционально угловому отклонению референтного светового пучка, по отношению к горизонтальному направлению, задаваемому отражающей поверхностью плавающего зеркала 7.

Электрический сигнал с позиционно-чувствительного фотодатчика 9, в качестве которого может быть использован, например, линейный ПЗСфотодатчик, поступает в блок управления 10, одновременно на пороговое устройство 12 и пиковый детектор 13.

В пороговсм устройстве .12, состоящем и простейшем случае, например, из двух компараторон с уровнями срабатывания, различающимися между собой в два раза, осуществляется формирование сигнала разрешения счета счетчика 14 и сигнала знака рассбгласова ния,устанавливающего триггер знака

15.На второй опорный вход порогового устройства 12 поступает сигнал с пикового детектора 13. с. помощью которого происходит автоматическая подстройка порогов срабатывания компараторов при.изменении выходной мощности лазера 1. В результате обеспечивается высокая точность измерений т расстояния между световыми пятнами независимо от колебаний мощности источника излучения 1. С помощью схемы синхронизации 16 обеспечивается попеременный,.11ежим работы порогового устройст5

50 ва 12 и пикового детектора l3, а также синхронизация работы остальных узлов блока 10. В первом такте рабо- 1 ты осуществляется измерение амплитуды сигнала с выхода фотодатчика 9 и запоминание этой величины до конюца второго такта в пиковом детекторе

13. В начале такта осуществляется сброс сигнала пикового детектора 13.

В первом такте может также. осуществляться отработка рассогласования гринодом оптического компенсатора 17. величина которого перед этим была, например, измерена.. Во нтором такте работы блока управления 10 пороговое устройство 12 вырабатывает импульсы управления счетчиком 14 и триггером

15, а пиковый детектор находится т3 режиме хранения.Синхронизаш я работы блока 16 с работой фо- „ .::aò÷èка 9 может осуществляться импульсами конца строки ПЗС 9, а импульсы счeòa, соответствующие расстоянию между пятнами на поверхности фотодатчика

9, могут также подаваться со схемы управления ПЗС, например, с вывода соответствующего тактовым сигналам

ПЗС-элементы строки. В начале такта измерения схема управления 16 обеспечивает сброс счетчика 14 и триггера 15 н исходное состояние,В пороговом устройстве l2 с помощью двух компараторон с разными порогами осуществляетс» формирование импульса рассогласования лучей. В уст.— ройстве световые пучки А н В различаются между собой по интенсивности приблизительно в два разя (интенсивность светового пучка В больше интенсивности пучка А). Следовательно, если с выхода фотодатчика 9 первым поступает, например, сигнал от светового пучка В, то на выходе порогового устройства 12 формируется импульс установки триггера 15, в противном случае этот импульс не формируется. Импульс знака запоминается триггером знака 15 и совместно с кодом величины расстояния между пятнами поступает на схему управления принодом 17 оптического компенсатора 11 может быть выполнен, например, н» основе шагового двигателя с соответствующими схемами управления. Код рассогласования с учетом знака, поступивший на привод компенсатора 17, приводит к изменению углоного положения исходного светового

1578472 пучка так, чтобы пятна на поверхности фотодатчика 9 совпали. В этом случае реАерентный световой пучок нивелира примет. горизонтальное направление.

При сборке данного устройства не требуется специальных мер для точной юстировки одтических элементов. На точность горизонтирования не сказывается также нестабильность взаимного положения элементов .в конструкции. Погрешность в изготовлении отдельных оптических элементов определяет постсянную систематическую ошибку горизонтирования, которая может быть учтена или скомпенсирована, например, наклоном отражающей поверхности плавающего зеркала 7 по отношению к .поверхности жидкости.

Систематическую погрешность, внссимую непараллельностью граней склеенной пентапризмы 3 с клином 4, можно всегда учесть или скомпенсировать оптическим компенсатором 11.

Таким образом, устройство является автоматическим в режиме ориентирования и способно автоматически компенсировать нестабильность направления излучения лазера, при этом на точность задания референтного направления не влияют деформации устройства и разъюстировка оптических элементов.

Формула и з о б р е т с н и я

Лазерный нивелир, содержащий лазер и коллимирующую систему, последовательно установленные на оптической оси, искусственный горизонт, установленный над ним первый светоделитель, в рабочей плоскости которого расположена оптическая ось, Аокусирующий элемент с фокальной плоскостью, фотоэлектрический датчик, оптически сопряженный с искусственным горизонтом через первый светоделитель, и блок. управления с входом и выходом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности эа счет уменьшения влияний разъюстирс вки., в него .введены второй светоделитель, установленный на оптической оси после коллимирующей системы над первым светоделителем и оптически сопряженный с лазером и .искусственным горизонтом, световозвращатель с разнесенными входным и выходным окнами, установленный напротив первого светоделителя, с п-,отивоположной стороны по отношению к Аотоэлектрическому датчику

25 и оптически сопряженный с ним, и оптический компенсатор с приводом, установленный на оптической оси между коллимирующей системой и вторым светоделителем, причем фокусирую- . ц щий элемент расположен между первым светоделителем и Аотоэлектрическим датчиком, расположенным в фокальной плоскости фокусирующего элемента, входное окно световозвращателя обращено к первому светоделителю, а выходное окно к фокусирующему элементу, вход блока управления электрически соединен с выходом фотоэлектрическо"o датчика, а выход — с привоgp дом оптическо о компенсатора.

1578472

РОГ Е

Составитель В.Соловьев

Редактор Л.Пчолинская Техред Л, Сержанова .. Корректор T,Ìàëåö

Заказ 1905 Тирай 397 Подписное

ВНИИПИ Государственного -комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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