Устройство для эталонирования гиротеодолита

 

О П И -6 — "А — "Й М Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

« >708154

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 281177 (21) 2547752/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 05.0180 Бюллетень М 1

Дата опубликования описания 050180 (51) М. Кл.

G 01 С 25/00

Государстаенный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 528.526, .2 (088.8) (72) Автор изобретения

И. С. Дуб (71) Заявитель (5 4 ) УСТРОЙСТВО ДПЯ 3ТАЛОНИРОВАНИЯ ГИРОТВОДОЛИТА

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности, к устройствам для ориентирования опорных элементов (например, зеркал) в пространстве относительно поверхности Земли или базового хранителя направления при эталонировании гиротеодолитов.

Известны устройства для эталонирования гиротеодолитов (1), состоящие из обратных отвесов, жезла, несущего на себе опорные элементы (зеркала), и датчиков, размещенных на жезле контролирующих положение его концов относительно струн обратных отвесов.

Устройство обладает температурной нестабильностью, так как при изменении температуры происходят деформации самого жезла и узлов крепления опорных элементов, вызывающих, в конечном счете, изменение положения опорных элементов относительно хранителя направления, выполненного в виде 25 струи обратных отвесон, Наиболее близким к изобретению по технич е кой сущности является устройство лля эта о.пирования гиротеодолитов, состоящее;.э дв". < i е дезичес30 ких знаков, например обратных отвесов, укрепленных на них диафрагм, формирующих и стабилизирующих в пространстве узкий пучок лазерного излучения, попадающего на анализатор, изготовленный из двулучепреломляющего материала, фотоприемника и поляроида перед ним, следящего привода, вход которого подключен к фотоприемнику, а выходной вал ориентирует анализатор относительно оси лазерного излучения (2) .

Устройство обладает температурной нестабильностью. Основным источником температурной нестабильности является анализатор, изготовленный из двулучепреломляющего материала. Нестабильность появляется вследствие температурного изменения коэффициентов преломления вдоль осей лвулучепреломляющего кристалла, являющегося материалом анализатора.

В результате изменения коэффициентов преломления лля обья.новенного и необыкновенного лучг й, на которые расщепляется падающ е на анализатор лазерное излучение, происходит изменение разности хола этих лучей в анализаторе, вызываю l (иерем- е—

708154 иие интерференционной картины, образующейся на фотоприемнике. В результате следящий привод понорачивает анализатор до момента, когда устанавливается нулевая разность хода обыкновенного и необыкновенного лучей н анализаторе. Этот угол поворота и является температурной нестабильностью опорного. элемента (зеркала),расположенного на анализаторе.

Целью изобретения является повыше- !О ние точности ориентирования опорного элемента относительно.хранителя направления, путем исключения температурных влияний.

Это достигается выполнением анализатора иэ двух плоскопараллельных 15 пластин, разделенных третьей пластиной, изменяющей направление полярности лучей на 90", причем главные оси кристаллического материала пластин анализатора расположены симмет- gQ рично относительно третьей пластины.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — оптическая схема анализатора.

Устройство состоит из источника д

1 модулированного когерентного излучения, например лазера с модулятором, формирующих диафрагм 2 и 3, установленных на геодезических знаках 4,являющихся базовыми хранителями налрав- Зо ления, анализатора 5, расположенного между диафрагмами и имеющего воэможность поворота в.горизонтальной плоскости с помощью серволринода б. Выход фотоприемника 7 связан с входом сервопривода, перед фотоприемником установлен поляроид 8.

Анализатор 5 содержит ллоскопараллельные пластины 9 и 10 из двулучепреломляющего материала. Размеры этих пластин одинаковы, а главные 40 оптические оси (кристаллов) лежат в одной плоскости, в частном случае горпэонтальной ° Направление главных осей 11 и 12 таково, что они симмеrричны относительно плоскости 13, пер- 45 пендикулярной оптической оси устройства. Между плоскопараллельным пласнами 9 и 10 расположена пластина 14 . предназначенная для поворота поляризованных пучков лучей на 90 . Такой пластиной может служить кварцевая пластина, главная (кристаллическая) ось которой совпадает с оптической осью устройства. На боконую поверхность анализатора нанесено отражающее покрытие 15, которое является опорным элементом при эталонировании гиротеодолитов.

Устройство работает следующим образом.

Модулированное излучение лазера 60

1 попадает на диафрагму 2, которая вырезает узкий пучок из всего излучения лазера. За счет малых размеров диафрагмы возникает дифракция, причем дифракционное изображение нроек 65 тируется через анализатор 5 на диафрагму 3. В случае, когда направление поляризации лазерного излучения расположено под 45© к горизонтальной плоскости, падающий на анализатор

5 луч .расщепляется пластиной 9 на обыкновенный и необыкновенный лучи, которые поляризованы под прямым углом друг к другу. Так как обыкновенный луч не преломляется на передней грани пластины 9, а необыкновенный преломляется, то лучи расходятся и на второй грани пластины 9 приобретают разность хода (разность фаэ) .

Пластина 14 поворачивает плоскости поляризации обыкновенного и необыкновенного лучей на 90 . При этом оказывается, что луч, который был обыкновенным в пластине 9, становится необыкновенным в пластине 10 и наоборот. На фиг ° 2 обыкновенные лучи обозначены двойной стрелкой. Так как толщина пластин 9 и 10 одинакона, то разности хода, создаваемые пластинами 9 и 10, одинаковы, но они имеют разные знаки, то есть суммарная разность хода лучей в анализаторе 5 равна нулю. Если происходят температурные изменения коэффициентон преломления обыкновенного и необыкновенного лучей, то разности хода, нносимые каждой из пластин, изменяются, но суммарная разность хода остается равной нулю. Поэтому температурные изменения коэффициентов преломления обыкновенного и необыкновенного лучей не вносят дополнительной суммарной разности хода,т.е.не вносят погрешности н положение интерференционной картины, которая образуется после лоляроида 8 в плоскости фотоприемника 7.

Так как диафрагмы 2 и 3 формируют пучок излучения, ориентированный относительно геодезических знаков 4, суммарная разность хода лучей после ана— лизатора будет равной нулю только в случае, когда передняя грань пластины 9 будет перпендикулярна оси пучка излучения, сформированного диафрагмами

2 и 3. Поворот анализатора 5 обеспечивается сервоприводом 6 н зависимости от положения интерференционной кар. тины, образующейся на фотоприемнике

Интерференционная картина образуетс после интерференции (сложения) обыкновенного и необыкновенного лучей, выходящих иэ анализатора 5.. Eсли входная грань пластины 9 анализатора не перпендикулярна оси лазерного излучения, то разности хода, возникающие из-за поворота анализатора 5 в пластинах 9 и 10, складываются, и суммарная разность хода на выходе анализатора 5 соответствует ра:!Ности хода, которую можно получить, используя анализатор в виде одной пласгинн!

9 с удвою нной тох!ш1! ной .

708154

1Ф (Йг, с

Подписн о е

Тираж 801

ЦНИИПИ Заказ 8470134

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная,4

Таким образом, сказывается, что разность хода лучей на выходе анализатора 5 зависит от его ориентации относительно пучка лазерного излучения и не зависит от изменения коэффициентов преломления пластин при изменении температуры анализатора 5.

Пластина 14 может быть выполнена различными способами, например, иэ кристалла кварца толщиной преимущественно 4, 14 мм и главной оптической осью, совпадающей с оптической осью устройства. В этом случае поворот д плоскости поляризации на 90 лучей, вышедших иэ пластины 9,осуществляется эа счет эффекта естественного вращения плоскости поляризации излучения в кристаллическом кварце. Как было сказано выше, в плоскости фотоприемника 7 получается интерференционная картина, положение которой зависит от разности хода лучей, соэ- 2О даваемых анализатЬром 5. Если разность хода лучей равна 0, то плоскость поляризации излучения на выходе анализатора совпадает с плоскостью поляризации падающего на 25 анализатор излучения. Поляроид 8 установлен так,что его главная полость скрещена с направлением поляризации падающего на анализатор излучения. В результате на фотоприемни- ЗО ,ке 7 буцет минимум освещенности.При изменении разности хода лучей эа анализатором 5 окажется, что излучение имеет не линейную поляризацию, а эллиптическую, поэтому за поляроидом 8 на фотоприемнике 7 будет увеличиваться освещенность с увеличением разности хода лучей за анализатором 8. Появившийся сигнал на фотоприемнике 7 подается на сернопривод 6, поворачивающий анализатор

5 в направлении, соответствующем уменьшению сигнала с фотоприемника

7. Направление поворота легко определяется с помощью обычных средств (синхронного детектора) при моду- 45 ляции излучения в источнике излучения 1 по плоскости поляризации.

Таким образом, эталонный элемент 15 (зеркало) всегда строго определенным образом ориентируется и стабилизируется относительно направления, заданного геодезическими знаками 4.

Изобретение позволяет реализовать высокую угловую чувствительность анализатора на основе двулучепреломляющих материалов, составляющую 0,1 - 0,01, и получить стабильность положения опорного элемента 15, близкой к величине угловой чувствительности устройства.

Формула изобретения

Устройство для эталонирования гиротеодолита, содержащее источник модулированного когерентного излучения,. в потоке которого на стабильных геоэнаках закреплены диафрагмы, а между ними — угловой анализатор иэ двупучепреломляющего материала, за которым последовательно расположены поляроид и фотоприемник, соединенный с сервоприводом анализатора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью ,повышения точности путем исключения температурных влияний, в нем анализатор выполнен в виде двух плоскопараллельных пластин, главные оптические оси которых симметричны относительно плоскости, перпендикулярной оптической оси анализатора, а между пластинами помещен оптический элемент„ поворачивающий плоскость поляризации излучения на 90

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рязанцев Г.Е. и др. Хранитель направления на основе обратных отвесов. Вопросы атомной науки и техники.

Серия * Проектирование, 1976, вып.1 (12), с. 91 — 94 .

2. Авторское свидетельство СССР .М 499756, И.„ кл. G 01 С 25/00, 1978 (прототип) .