Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования

 

<и)697060

Союз Советскнк

Соцнапнстнчесмнх

Респубннк

К ПАТ1;ИТУ (6 t ) ЯополнительныЙ к патРнту (51) М. Кд.

С 01 С 5/02 (22) Заявлено120374 (21) 2007229/

/2177558/18-10 (23) 1)риоритет (82 ) 13 .0 3 . 73 (13) Франция (81) 7308943

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) Уд 528.546 (088, 8) Опубликовано 05.117g. Бюллетень Ж 41 дата опубликования описания 051179 (72) Автор изобретення

Иностранец

Виктор Луи Поль Ришарм (Франци я) Иностранная фирма Эссилор Энтернасьональ (Франция) (71) Заявитель (54) НИВЕЛИР С САМОУСТАНАВЛИВАК1ЩЕДСЯ

ЛИНИЕЯ ВИЭИРОВАНИЯ

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для нивелирования.

Известны нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования, содержащие зрительную трубу с объективом, окуляром, сеткой нитей и с компенсатором в виде стеклянного сосуда, частично заполненного жидкостью и связанного с оптической системой.

Стекло, чз которого изготовлены сосуд и призма, имеет одинаковый пока-. затель преломления с применяемой жидкостью. Объектив и окуляр центрированы по оси прибора, при этом корпус зрительной трубы прямолинеен (1) .

Известны также нивелиры с самоустанавливающейся линией визирования, с жидкостными компенсаторами, в которых верхняя поверхность жидкости, находящаяся под действием силы тяжести, занимает постоянно горизонтальное положение независимо от наклона прибора (23 .

Ближайшим по ехнической сущности является нивелир с самоустанавливающейся линией визирования, содержащий корпус, трегер, зрительную трубу с телеобъективом, сеткой нитей, окуляpQM и компенсатором, расположенным между объективом и сеткой нитей и выполненным в виде емкости с жидкостью, имеющей постоянно гориэон— тальную отражающую поверхность, и оптическую систему, связанную с ней (3). Компенсатор устройства содержит большое количество оптических элементов, в которое входят две пятиугольные призмы, представляющие собой дорогие элементы. Кроме того, трапециевидная призма должна иметь очень точные углы, которые зависят от коэффициента преломления применяемой жидкости. Последний зависит от изменения окружающей температуPhl .

Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности эксплуатации.

Цель эта достигается тем, что в оптической системе входная и выходная призмы выполнены в виде прямоугольных призм, вертикальная и горизонтальная стороны которых служат входными и выходными гранями для световых лучей, наклонные стороны — отражающими гранями, а компенсатор установлен таким образом, что длина оптического луча от центра сетки нитей до точки

697060 полного отражения световых лучей на отражающей поверхности жидкой пластинки или под ней была бы равна при помещении в бесконечность

sin 2А где n — коэффициент преломления материала отражающей сиатемн;

f — фокусное расстояние телеобъектива;

n — коэффициент преломления жид- l0

I кости;

A — угол между входной и гипотенузной сторонами входной

Ipямоугольной призмы.

Компенсатор установлен с возможнОстью смещения по высоте и поворота вокруг вертикальной оси вращения инструмента, а также с возможностью пЕремещения по направлению продольной оси зрительной трубы, На фиг. 1 изображен нивелир, общий вид; на фиг. 2 — схема нивелира; на фиг, 3 — одна часть оптического блока; на фиг. 4 — схема, показывающая принцип действия прибора; на фиг. 5 — вариант выполнения схемы 25 нивелира, аналогичный фиг.2; на фиг, 6-8 — варианты исполнения компенсирующего устройства.

Нивелир (фиг.l) содержит зрительную трубу 1, основание 2, триггер 3, g(} с подъемными винтами 4, сферический уровень 5. Зрительная труба 1 (фиг.2) включает пластинку б с параллельными гранями, на которую поступают световые лучи) пластинка уста- 35 нОвлена поворотно относительно горизонтальной оси 7 и образует оптический микрометр для измерения с точностью частей градуировки рейки, телеобъектив с переменной фокусировкой, содержащий объектив 8, за котоРым установлена еще одна или пара фокусирующих линз 9, служащих для регулировки четкости изображения рейки; сетку нитей 10, окуляр ll c линзами 12. Между линзами 9 и сет- 45 кой 10 установлено компенсирующее устройство 13, состоящее из емкости

14, частично заполненной жидкостью с коэффициентом преломления и образующей слой жидкости 15, пластин- 50 ка с параллельными гранями 16 из материала с коэффициентом п,который соприкасается с дном 17 емкости 14, и двух призм 18 и 19, приклеенных к грани 20 пластинки 16 на 55 расстояйии от пластинки, соприкасающейся с дном 17 емкости 14. Призма 18 с коэффициентом преломления и представляет собою прямоугольную призму с продольным, вертикальным и трапецивидными сечениями, гранью

21, на которую поступают световые лучи, перпендикулярной грани 20 пластинки 16, и отражающей гранью 22, покрытой металлом, образующей с гра.— нью 21 угол примерно в 22 3. Двугрзнный угол, который образован гранями

21 и 22, усечен гранью 23, которой

l призма прилегает к пластинке с параллельными гранями 16. Грань 23 призмы 18 лежит на половине длины емкости 14, расположенной параллельно к направлению угла падения световых лучей. Грань 24 призмы образована пересечением граней 22 и 23, лежит точно в плоскости, перпендикулярной к направлению падения световых лучей со стороны емкости 14.

Призма 19 выполнена из того же материала, что и призма 18, и пластинка 16 (см.фиг.3), а выходная грань призмы 19 перпендикулярна к грани 20 пластинки 16. Против грани расположены грани 25 и 26, выполненные в виде крышки, преимущественно покрытые металлом, пересекающиеся под прямым углом вдоль грани 27. Сечение призмы по ее продольной плоскости симметрии

28 идентично сечению призмы 18. Вершина 29 грани 27 находится на грани 20 пластинки 16, в контакте с гранью 24 призмы 18.

Емкость 14 пластинки с параллельными гранями 16 и призмы 18 и 19 обРазуют единую систему. Ось симметрии

30 системы смонтирована в зрительной трубе 1 так, чтобы она могла перемещаться по высоте и опрокидываться по отношению к вертикальной оси вращения прибора. Система смонтирована так, что она может перемещаться в направлении продольной оси зрительной трубы регулировочным винтом 31.

Имеются также средства, поворачивающие систему компенсирующего устройства на полуоборот вокруг его оси

30 симметрии. Призма 19 становится в этом случае призмой, на которую поступают световые лучи, а призма 18 призмой, из которой эти лучи выходят

Когда зрительная труба 1 находится в горизонтальном положении, горизонтальный луч, проникающий в нее, проходит через узловую точку 0 объектива 8, после параллельного смещения в оптическом микрометре 6 проходит сквозь рассеивающую линзу или линзы

9 в точке П -и проникает в призму 18 в точке G. После отражения в точке Н от грани 22 световой луч подвергается полному отражению в точке 1 на входной стороне, если коэффициент преломления составного материала призмы 18 выбран таким, чтобы предельный угол полного преломления был бы менее 45, это значение является значением угла падения в точке I т.е. если коэффициент и больше 1,414, это условие всегда выполнимо оптическими стеклами, коэффициенты преломления которых не ниже 1,45. После полного отражения в точке 1 от грани 21 призмы 18 (см.фиг.l) световой луч выходит на грань 23 указанной призмы в точке J, составляя угол 450 с радиу69 7060 сом падения 00С. Световой луч пересекает в этом случае пластинку с парал,лельными сторонами 16, из которой он выходит в точке К, где подвергается преломлению, переходя из среды с коэффициентом и которая является 5 средой призмы и пластинки с параллельными сторонами, в среду ".. коэффициентом и которую представляет ! собою слой жидкости 15, содержащийся в емкости 14. Жидкость 15 выбирается так, чтобы ее коэффициент преломления был выше 1,414, световой луч при этом условии подвергается полному отражению в точке Ь, под свободной стороной жидкого слоя 15 снова проходит сквозь слой жидкости 15 между точками L и М, где он проникает в пластинку с параллельными сторонами

16. На выходе из посл дней в точке N световой луч проникает в призму 19, в которой после полного отражения в точке P на выходной грани 32 свето вой луч подвергается двойному отражению в Q, Q на гранях, выполненных в виде крышкй 25 и 26, чтобы выйти из указанной призмы в точке R ee стороны 32 и образовать в центре сетки 10 иэображение в результате отражений в точках Н, 0 L, Р и Q, Q<.

Если углы призм 18 и 19 имеют величины, указанные выше, а рабочие сто- ЗО роны пластинки 16 параллельны между собою, то луч, выходящий из призмы

19, параллелен лучу, поступающему в компенсирующее устройство.

То же самое происходит, если от- 35 клонение, создаваемое призмой 18, отличается от 45, при условии, что число отражений световых лучей в укаэанной призме четное и что углы отражения в точках и L меньше 4р угйа полного отражения, имеющего порядок 41О 48, а коэффициент преломления среды равен 5.

Когда ось зрительной трубы наклонена к горизонтали под углом 45 (см.фиг.4), горизонтальный световой луч h, проходящий через заднюю узловую точку телеобъектива, проникает в призму 18 в точке G, В связи с тем, что этот луч имеет не .обычный угол падения на выходную грань 21 призмы 18, он преломляется

no p H c G H который в результате отражения от грани 22 посылает луч Н J, который после полного отраI жения от грани 21 в точке J вы-! ходит из призмы в точке J, Далее он проходит сквозь пластинку с параллельными сторонами 16 между точками J и К, где он проникает в жидкий слой 15, содержащийся в ем- 60 кости 14, преломляясь по радиусу

К L. В точке L свободной поверхности слоя жидкости 15 световой луч подвергается полному отражению, npoxîäèò сквозь слой жидкости 15 между 65 точками Ь и М. Последняя точка М представляет собой точку входа в пластинку 16, когда луч проникает в жидкость, подвергаясь новому преломлению. На выходе из пластинки 16 в точке N световой луч проникает ! в призму 19, подвергается полному отражению в точке P и выходит на грани 32 призмы 19 в точке R, где он снова подвергается преломлению.

Компенсирующее устройство помещается между фокусирующей линзой 9 и сеткой 10 так, чтобы оптический путь C от фокуса F сетки в точке Ь полного отражения световых лучей под свободной поверхностью жидкого слоя

15 был бы равен при установке на бесконечность

e= - "I 2 м - ff * где f — фокусное расстояние телеобъектива, образованное объективом 8 и одной или несколькими рассеивающими фокусирующими линзами (S) 9. В этом случае световой луч, преломленный в точке R на выходной грани 32 призмьi 19, проходит через точку F сетки 10. Чтобы учесть изменения коэффициента преломления жидкости в зависимости от температуры, необходимо соблюсти условие равенства коэффициента преломления жидкости коэффициенту преломления составного материала призм и пластинки с параллельными сторонами при средней температуре применения, например 20 С, а для того, чтобы соблюсти условие, определяемое уравнением, данным выше, и изменить значение оптического пути Г необходима возможность перемещения компенсирующего устройства 13 с помощью винта 31.

Другим фактором, влияющим на эффект компенсирования также за счет температурных изменений, является расширение жидкости, содержащейся в емкости 14. Это расширение выражается перемещением точки Ь полного отражения под свободной поверхностью жидкого слоя. Чтобы исключить систематическое нарушение горизонтальности за счет этого фактора можно прибегнуть к рабочему методу уравнения дальнего и ближнего радиусов действия для каждого пункта измерения, как это делается обычно в операциях нивелирования, либо прибегнуть к средствам, которые предусматривает изобретение, позволяющее изменить высоту компенсирующего устройства по отношению к оси зрительной трубы, посредством крепления компенсирующего устройства на направляющей,-имеющей наклон вперед примерно в lо, и позволяющей корректировать одновременно эффект изменения коэффициента преломления, 697060 возникающий за счет изменений температуры, и эффект расшир ния жидкости.

На фиг. 5 приведена схема другого варианта исполнения нивелира где =асЬавные элементы прибора> кроме компенсирующего устройстна идентичны элементам предыдущего варианта. Компенсирующее устройство 33 содержит емкость 34, в которой содержится слой

35 ртути, покрывающий слой жидкости

36 с коэффициентом преломления и

Емкость 34 закрывается в своей верхней части пластинкой с параллельными гранями 37 иэ материала с коэффициентом преломления п, Устройство предусматривает обеспечение свободного расширения ртути 35 и слоя жидкости

36 в случае изменения температуры.

На верхней грани 38 пластинки 37 наклеивается призма 39 из материала с коэффициентом преломления и, грань

40 (входная для световых лучей) которой расположена перпендикулярно к рабочим сторонам пластинки 37, а углы при вершине преимущественно равны или около 90,60 и 30. Грань 41 прлз— мы и нижняя половина грани 40 выполнены отражательными, Линия 42 призмы 39 являющаяся линией пересечения грани 41, грани пластинки 37, лежит точно н плоскости cvi. метрии поперечной пласти:яе

37. К ней примыкает грань 43, которая является гранью пересечения сторон в виде крыши призмы 44„ Призма

44, выполненная из материала с та:<им же коэффициентом преломления и„ как и коэффициент составного материала призмы 39 и пластинки 37, приклеивается к стороне 38 пластинки 37,Грани призмы 44, выполненные в виде крыши„ являются отражательными .

Луч, выходящий из призмы 38, отражается на свободной стороне ртути

35 вместо полного отражения под сзободной поверхностью слоя жидкости

15, а компенсирующее устройство 33 может перемещаться по отношению к сетке нитей, чтобы учесть окружаю— щие атмосферные условия, н которых применяют нивелир., Формула изобретения

1. Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования, содержащий корпус, трегер, зрительную трубу с телеобъективом, сеткой нитей,. окуляром и компенсатором, расположенным между объективом и сеткой ни— тей и выполненным н виде емкости с жидкостью, образующей жидкую пластинку, имеющую постоянно горизонтальную отражающую поверхность, и связанной с ней оптической системы с отражающими поверхностями, включающей н себя входную и выходную при,эмь>, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности эксплуатации, входная и выходная — ðèçìû выполнены в виде прямоугольных призм, верти— ка ьная и горизонтальная стороны которых служат входными и выходными гранями для световых лучей, наклонные стороны — отражающими гранями, а компенсатор установлен гаким образом„ что длина оптического луча от центра сетки нитей до точки полного отражения световых лучей на отражаюяей поверхности жидкой пластинки или под ней была бы равна при помеще: ии н бесконе ность

s>>> 2.А

2)и --и cos 2А где n — коэффициент преломления материала отражающей систеMbl; — фокусное расстояние телеобъектива;

n — коэффициент преломления жидкости;

А — угол между входной и гипо- енузной сторонами входной прямоугольной призмы.

4>) 2. Нивелир по п,l, о т л и ч а ю1 и и с я тем, что компенсатср установлен с возможностью смещения по высоте и поворота вокруг вертикаль— ной оси вращения инструмента, а также

45 с воэможностью перемещения по на— правлению продольной оси зрительной трубы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5(3 1. Авторское свидетельство СССP

9 440220, кл. С 01 С 5)02, 1960, 2. Авторское свидетельстно СССР

М 41?254, кл, G 01 С 5/02, 1972.

3. Патент Франции )» 8740?1, кл. G 01 С 5/04, 1940 (прототип) 697060

lб

Юи<. 4

Уит 5

Qui б

02СИИПИ 3.от<аз 66 16/60

Тир аж 59 1 Подпи <:н< <.

<2<и UM 3.