Интерференционное устройство для измерения углов наклона объекта

 

Изобретение позволяет измерять углы наклона прибора относительно местного горизонта. Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при наклоне объекта. Направляют коллимированный монохроматический пучок излучения под острым углом на плоскопараллельную пластину 3 с отрожающим покрытием 4 на внешней ее стороне. Делят пластинкой 3 пучок на две части, одну из которых отражают от ее входной грани, а другую - от отражающего покрытия 4 на ее выходной грани. Посылают обе части разделенного пучка под острым углом на плоское зеркало 5, соединенное с узлом искусственного горизонта 6, выполненным из кюветы, которая частично заполнена ртутью. Переотражают плоским зеркалом 5 обе части пучка на плоскопараллельную пластину 3. Вновь делят каждую часть на две. Пространственно совмещают части пучков с равной интенсивностью, фофрмируют их результирующее поле и по сформированной интерференционной картине на позиционно-чувствительном фотоприемнике 8 судят о положении устройства относительно местного горизонта и об угле наклона устройства. ил.1.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

s G 01 В 11/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4612362/24-28 (22) 11.11.88 (46) 23.08.90. Бюл, ¹ 31 (71) Московский институт инженеров геодезии,азрофотосъемки и картографии (72) А.А.Арефьев, Ю.П.Здоркин, Д,И.Варфоломеев, А.Б.Шерешев и P,О.Канашкин (53) 531.715,1 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 502213, кл. G 01 B 9/02, 1976. (54) ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА

ОБЪЕКТА (57) Изобретение позволяет измерять углы наклона прибора относительно местного гориэонта. Целью изобретения является повышение чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при наклоне объекта.

Направляют коллимированный монохроматический пучок излучения под острым углом

„„59„„1587330 А1 на плоскопараллельную пластинку 3 с отражающим покрытием 4 на внешней ее стороне. Делят пластинкой 3 пучок на две части, одну из которых отражают от ее входной грани, а другую — от отражающего покрытия

4 на ее выходной грани. Посылают обе части разделенного пучка под острым углом на плоское зеркало 5, соединенное с узлом искусственного горизонта 6, выполненным из кюветы, которая частично заполнена ртутью. Переотражают плоским зеркалом 5 обе части пучка на плоскопараллельную пластину 3. Вновь делят каждую часть пучка на две. Пространственно совмещают части пучков с равной интенсивностью, формируют их результирующее поле и по сформиро- ванной интерференционной картине на позиционно-чувствительном фотоприемнике 8 судят о положении устройства относительно местного горизонта и об угле наклона устройства. 1 ил, 1587330

20

35

Изобретение относится к измерительНой технике и может быть использовано для измерения ориентации геодезических приборов и учета ошибки наклона вертикальной оси и определения углов превышения.

Цель изобретения — повышение чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при наклоне объекта. !

На чертеже приведена принципиаль(ная схема устройства.

Устройство содержит источник 1 монохроматического излучения, например лазер, телескопическую оптическую систему

2, плоскопараллельную пластинку 3 с отра. жающим покрытием 4 на ее выходной поверхности, плоское зеркало 5, узел 6 искусственного горизонта, выполненный из кюветы, частично заполненной ртутью, приемный объектив 7, координатно-чувствительный фотоприемник 8, например

ПЗС-матрицу, корпус 9 и блок обработки (не показан), На чертеже также обозначены де. мпфирующая жидкость 10, например масло, на поверхности ртути, поляроид 11, исполь-. зуемый для повышения контраста интерференционной картины при применении линейно поляризованного источника, и окна 12, обеспечивающие герметизацию части устройства, Источник и фотоприемник установлены подострым углом к плоскопараллельной пластинке 3 и зеркалу 5, которые в начальном положении параллельны друг другу.

Все элементы устройства жестко закреплены в корпусе 9 за исключением плоского зеркала 5. Корпус предназначен для установки его на контролируемом объекте, - На чертеже также обозначены углы 11, 12 первичного и. вторичного падения излучения на плоскопараллельную пластинку, углы 01, 9z преломления соответствующих пучков в плоскопараллельной пластинке.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок от источника 1 коллимируют телескопической системой 2 и направляют под фиксированным углом i> через оптическое окно 12 кюветы на переднюю поверхность плоскопараллельной пластины

3. Пучок частично отражается от передней поверхности, а частично преломляется под углом 0>, после чего, отразившись от отражающего покрытия 4 и вт9рично преломив. шись на передней поверхности, выходит из пластины 3 параллельно первичному пучку с некоторым смещением. Далее оба пучка направляют на горизонтальную поверхность зеркала 5, соединенного с узлом 6 искусственного горизонта. Отразившись.от „ зеркала, пучки вновь направляются в плоскопараллельную пластину 3, на поверхностях которой повторяется последовательное деление, отражение и преломление пучков. В результате из пластины 3 выходят четыре световых пучка, два центральных из которых имеют одинаковую интенсивность благодаря равному количеству отражений и преломлений, Эти пучки проходят второе оптическое окно 12 кюветы, налагаются и образуют интерференционную картину, формируемую объективом 7 на светочувствительной поверхности фотоприемника 8.

Разность хода этих пучков определяется по известному выражению, описывающему разность хода в интерферометре

Жамена

Л=2 и h(cos% — cos 0>) =2 nh sin 0д0, где h — толщина пластины 3;

n — показатель преломления материала пластины;

01, 0 — углы первичного и вторичного преломления лучей на передней поверхности пластины 3, При строгой параллельности.поверхностей пластины 3 и зеркала 5, получаемой путем предварительной юстировки пластины 3, соблюдается условие:11=1г; 0> = ; д0=0; b,=0.

При этом поле зрения объектива 7 равномерно освещено и на поверхности фотоприемника 8 формируется интерференционная полоса бесконечной ширины, так что на все светочувствительные площадки фотоприемника 8 падают световые потоки равной интенсивности.

В случае наклона контролируемого объекта (не показан) происходит наклон корпуса 9 и всех элементов устройства относительно горизонтальной отражающей поверхности зеркала 5, которое сохраняет свое положение неизменным благодаря узлу

6 искусственного горизонта, что приводит к появлению угла рассогласования а между горизонтальной поверхностью зеркала 5 и поверхностями плоскопараллельной пластины 3 и формированию интерференционных полос на фотоприемнике 8, При этом, учитывая, что 1г= 11 +.2 а, гдето и iz — первичный и вторичный углы падения на переднюю поверхность пластины 3, при малости углов а получаем

sin 11+2а д0=% — 01 =arcsin и

1587330 6

Формула изобретения

mil n sin ц .

2 h sin 1

Приведенная зависимость позволяет получить расчетную формулу для определения толщины h плоскопараллельной пластины 3 при заданной угловой чувствительности аз устройства, соответствующей одной интерференционной полосе, т.е.

А и sin

2 аз sin 2 i

При фиксированном угле падения света на поверхность пластины i= 45 выражение упрощается до вида I

Составитель Н.Солоухин

Техред М.Моргентал . Корректор И.Муска

Редактор B.Äàíêî. Заказ 2412 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ón.Гагарина, 101 — arcsln = 2 а (arcsin

sin 11 I sin I>. 1 и (n )

= 2а cos 11 (и — sin 1 ) .

Тогда выражение для разности хода интерферирующих пучков преобразится, Sin il учитывая, что sin Îl =, к виду п

Л = 2 h а sin 2 i (и — sin i>)

Исходя из условия максимумов интерференционной картины К Ь = 2 ла, где m=

= 1; =" 2, +-3 ...; К = 2 л/А, где А — длина волны излучения, угол наклона устройства а при смещении интерференционной картины на целое число полос определяется следующей зависимостью

А л — 0.5

2аз

Устройство позволяет осуществлять привязку угловых отклонений объекта к ме5 стному горизонту.

Интерференционное устройство для иэ10 мерения углов наклона объекта, содержащее плоскопараллельную пластинку, корпус, установленные в нем и оптически связанные источник излучения, ориентированный под острым углом к плоскопарал15 лельной пластинке, телескопическую систему, зеркало, расположенное параллельно плоскопараллельной пластинке, и фотоприемник с блоком обработки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что. с целью повышения

20 чувствительности путем увеличения разности хода между интерферирующими пучками при наклоне объекта, оно снабжено узлом искусственного горизонта, соединенным с зеркалом, плоскопараллельная

25 пластинка соединена с корпусом, предназначаемым для установки на контролируемом объекте, а зеркало расположено в обратном ходе излучения от плоскопараллельной пластинки, выходная поверхность

30 которой выполнена с отражающим покрытием,