Устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой

 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано для геодезических и маркшейдерских измерений при передаче горизонтального направления с одного горизонта на другой или внутрь объекта. Устройство содержит зрительные трубы с вертикальными осями вращения. Зрительные трубы установлены на разных горизонтах, оптически связаны друг с другом и механически связаны с телекамерами. Телекамеры содержат ПЗС-матрицы, матрицы источников света и объективы. Оптические оси объективов телекамер совмещены с вертикальными осями вращения зрительных труб. Матрицы источников света и ПЗС-матрицы установлены в горизонтальной плоскости. Технический результат состоит в упрощении конструкции, повышении надежности и точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к технической физике, в частности к геодезическому приборостроению.

Известны устройства для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, содержащие передатчик направления, установленный на одном горизонте, и оптически связанный с ним приемник направления, установленный на другом горизонте. При этом передатчик направления снабжен рейкой со светящимися щелями, установленными соосно, а приемник направления - зрительной трубой в виде теодолита. Искомое направление отсчитывается как угол между оптической осью зрительной трубы теодолита и продольной осью упомянутых светящихся щелей /1/.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является поляриметрическое устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, состоящее из передатчика направления и оптически связанного с ним приемника направления. Передатчик направления снабжен зрительной трубой с вертикальной осью вращения (в виде теодолита) и соединенными с ней лазером, поляризационным фильтром, коллимирующей оптикой и поляризатором, создающими плоско-поляризованный свет. Приемник направления снабжен модулятором, генератором, анализатором, узкополосным интерференционным фильтром, фотоумножителем и фазочувствительным выпрямителем, позволяющими отсчитывать искомый угол между оптической осью теодолита и плоскостью поляризации лазерного луча /2/.

Прототип обладает недостатками: недостаточной надежностью и точностью измерений в соответствии с современными требованиями и содержанием большого количества сложных настраиваемых и юстируемых узлов.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в упрощении конструкции, повышении надежности и точности измерений.

Для решения этой задачи в предлагаемом устройстве, содержащем оптически связанные и установленные на разных горизонтах, на которые передается горизонтальное направление, передатчик и приемник направления, снабженные зрительными трубами с вертикальными осями вращения, согласно изобретению и в отличие от прототипа в передатчик и в приемник направления введены матрицы источников света и телекамеры с ПЗС-матрицами (матрицами приборов с зарядовой связью), соединенными со зрительными трубами, при этом оптические оси объективов телекамер совмещены с вертикальными осями вращения зрительных труб, а матрицы источников света и ПЗС-матрицы установлены в горизонтальной плоскости.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлено предлагаемое устройство. Оно состоит из передатчика направления А1, установленного на верхнем горизонте, и приемника направления А2, установленного на нижнем горизонте.

Передатчик направления содержит соединенные друг с другом зрительную трубу 1, телекамеру 2 с ПЗС-матрицей 3 и объективом 4 и матрицу источников света 5.

Приемник направления содержит соединенные друг с другом зрительную трубу 6, телекамеру 7 с ПЗС-матрицей 8 и объективом 9 и матрицу источников света 10.

Оптические оси объективов 4 и 9 (соответственно телекамер 2 и 7) совмещены друг с другом и с вертикальными осями Н-Н вращения зрительных труб 1 и 6, а ПЗС-матрицы 3 и 8 и матрицы источников света 5 и 10 установлены в горизонтальной плоскости. В результате изображение матрицы источников света 5 передатчика направления проецируется на ПЗС-матрицу 8 приемника направления и изображение матрицы источников света 10 приемника направления - на ПЗС-матрицу 3 передатчика направления.

Матрицы источников света 5 и 10 могут быть выполнены, например, в виде светодиодных матриц или матриц с элементами в виде освещаемых круглых марок - светлых на темном фоне или темных на светлом фоне. Количество этих элементов (светодиодов или круглых марок) устанавливается, исходя из требуемой точности и скорости измерений. Чем больше элементов в матрице, тем (в определенных пределах) выше точность и больше время измерений и наоборот.

Особенностью предлагаемого устройства является то, что и передатчик, и приемник направления выполнены по идентичной схеме, ввиду чего искомое направление А1 с верхнего горизонта передается на нижний и наоборот - направление А2 с нижнего горизонта - на верхний.

Устройство работает следующим образом. В выходном телевизионном сигнале телекамеры 2 формируется изображение матрицы источников света 10, а в выходном телевизионном сигнале телекамеры 7 - матрицы источников света 5. Эти телевизионные сигналы передаются в отсчетное устройство (компьютер), не показанный на чертеже, обрабатываются в нем и вычисляется горизонтальный угол между оптическими осями А1 и А2 зрительных труб 1 и 6 и тем самым горизонтальное направление передается с одного горизонта на другой.

Предлагаемое устройство может применяться, например, для решения маркшейдерских задач, а также задач, связанных с передачей азимута извне вовнутрь сооружения.

Предлагаемое устройство в сравнении с аналогами и прототипом обладает более высокой точностью и меньшим временем измерений. По результатам экспериментальных исследований средняя квадратическая погрешность передачи направления с одного горизонта на другой составила 1,8 угл.с при времени измерений не более 30 с. Аналогичные показатели у прототипа - 10 угл.с и 30 мин.

Кроме того, оно проще прототипа и содержит меньшее число стандартных промышленных узлов (телекамера, светодиодная матрица), характеризуемых высокой надежностью (согласно паспортным данным телекамеры с ПЗС-матрицей ее наработка на отказ составляет не менее 100000 ч), низковольтным (=12 B) и слаботочным (0,2А) электропитанием.

Источники информации 1. Маркшейдерско-геодезические приборы и инструментоведение, Н.Ф.Гусев, "Углетехиздат", М., 1958, стр.452.

2. Авторское свидетельство СССР N 1514027, Устройство передачи азимута с одного горизонта на другой, кл. G 01 С 15/00, 1991 г. (прототип).

Формула изобретения

Устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, содержащее установленные на этих горизонтах и оптически связанные друг с другом зрительные трубы с вертикальными осями вращения, отличающееся тем, что введены матрицы источников света и телекамеры с ПЗС-матрицами, соединенные со зрительными трубами, причем оптические оси объективов телекамер совмещены с вертикальными осями вращения зрительных труб, а матрицы источников света и ПЗС-матрицы установлены в горизонтальной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1