Устройство для измерения углов наклона

(56) Авторское свиМ 2082 О 01 етельство СС С 9/02, 1989. 91, кл. 1 1 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАКЛОНА(57) Изобретение относится к области астрономо-геодезии для измерения углов наклона. Сущность изобретения: при наклоне камеры 1 луч от коллиматора 2, отражаясь от ртутного горизонта 6 и зеркала 3, попадает в точку Рп на экране 4, по отношению точки от нулевой точки Рп определяют угол наклона камеры 1, 4 ил,Изобретение относится к уровням, применяемым как самостоятельные приборы и как принадлекности тех или иных маркшейдерских и астрономогеодезических инструментов.Действие известных уровней основано на том, что пузырек воздуха или какого-либо газа, заключенный в сосуд, наполненный жидкостью, при установлении равновесия занимает наивысшее положение, Основнми частями таких уровней являются: стеклянная закрытая с обоих концов трубка ампула), внутренняя поверхность которой вышлифована бочкообразно так, что ее продольное сечение является дугой окружности большого радиуса, и металлическая оправа, Ампула такого цилиндрического уровня наполняется серным эфиром, Пузырек уровня образуется из паров эфира.Недостатками известных уровней являются: большая инерционность пузырька: фиксированная для данного уровня цена деления; узкий диапазон работы. Возможность измерения углов наклона в одном выбранном направлении; сложность технологии изготовления точных и высокоточных уровней. Последний недостаток относится, главным образом, к операции шлифовки ампулы,Известны также устройства для контроля прямолинейности поверхностей и для измерения угла поворота изделия, . включающие автоколлимэтор, зеркальный умножитель и отсчетные приспособления,Ближайшим по техническому решению и достигаемому результату является устройство для измерения углов поворота изделия.Устройство для измерения угла поворота содержит автоколлиматор, зеркальный умножитель, одно из зеркал которого выполнено поворотным, другое - неподвижным, При этом поворотное зеркало установлено на поворотной опоре, снабженной отсчетным устройством.Недостатком указанного устройства являются: возможность измерения углов наклона в одном выбранном направлении; фиксированный коэффициент зеркального умножителя (т,е. постоянная цена деления уровня),Целью изобретения является повышение точности измерений и расширение функциональныхх возможностей.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения углов наклона, содержащем камеру, коллиматор, зеркальный умножитель выполненный из зеркала и ртутного горизонта, и отсчетное устройство, последнее выполнено из матового стекла и установлено с возможностью перемещения вдоль зеркала,Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что по сравнению с известными эа счет особого выполнения отсчетного устройства возможно изменение коэффициента зеркального умножителя, что обеспечивает расширение функциональных возможностей и повышает точность измерений,По данным патентной и технической литературы не обнаружейа заявленная совокупность признаков, что позволяет судить о существенйости заявленных признаков.На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства продольный разрез; на фиг,2 - то же, вид в плане; на фиг.2 - схема хода лучей в камере при отсутствии и при наличии угла наклона а,Устройство фиг.1) состоит из камеры 1, внутри которой в верхней ее части расположены: коллиматор 2, установленный под углом Я; зеркало 3; экран (шкалц) 4, изготовленный из матового стекла и установленный с возможностью перемещения вдоль зеркала 3, подсветка 5, обеспечивающая видимость шкалы за счет распространения света в стекле экрана, Дно камеры 1 покрыто слоем ртути, создающим ртутный горизонт б. Для предохранения от паров ртути предусмотрено защитное стек)о 7,Устройство работает следующим образом,При отсутствии угла наклона (а =О) луч от коллиматора 2 точка В, фиг,З) иройдет путь, показанный пунктирной линией, и придет в точку Р, на экране 4. Вследствие наклона камеры 1 на угол а луч, вышедший из точки В и отразившись и раз от ртутного горизонта б и зеркала 3, пройдет путь, показанный сплошной линией (фиг,З) и попадет в точку Рп на экране 4, Наблюдатель в оку 1ляр коллиматорэ 2 в перекрестии сетки нитей увидит штрих, удаленный от точки Р (нулевого штриха) на расстояние О=РпРП, соответствующее углу наклона камеры 1 на угол а,При условии малости угла аэто расстояние 0 на экране будет О= 2 с-ас-а-с)а)хЬ - б (Ь - с 3)Я д р 2 сд Р 2 сдг Р Р1Здесь Ь - длина камеры, с - расстояниеот зеркала до ртутного горизонта НН, а -высота наполнения ртути в камере, и - числоотражений, р - радиан,Величина угла зависит от диаметра обьектива коллиматора и рассчитывается из условия ухода луча после первого отражения от ртутного горизонта за оправу обьектива (фиг.4), Из фиг.4 видно, чтоБП 3=- .+1, (3)Если принять с=80 мм и д = 16 мм, пол"учим 3=5 41,По фоРмулам (2) и (3) можно подобратьпараметры устройства для получения нужных диапазона работы и точности измерения углов наклона.Проанализируем потери света в предлагаемой оптической системе,Как известно(Н.П.Кузнецов, И.Ю,Васюинский, Х,К,Ямбаев. Геодезическое инст 1рументоведение, М.: Недра, 1984, с,75),общий коэффициент светопропу кания опгической системы, характеризующий поте 1ри света при отражении и поглощении сучетом зеркал, имеет вид(для предлагаемойсистемы)и+1и т:(1 - У) х йр, 2 х Вр, г (4)где ут - коэффициент поглощения светастеклом толщиной 1,Ярт - коэффициент отражения поверхностью ртути,Йзерк - коэффициент отражения зерка)ла,В современных сортах оптическогоЬтекла непрозрачные частицы вызывают потерю света 10/, на 1 см хода луча, следовательно, коэффициент прозрачности О= 0,99,, тогда 1 Ь = 1-0,99,Коэффициенты отражения ртути и зеркала серебра) зависят от длины волны иугла радения. Из исследований установлено, что длина волны А = 0,555 мкм (ангстрем)соответствует максимальной чувствительности человеческого глаза, Для угла падения, близкого к нулю и данной длины волныЯрт=0,72, Взерк=0,96,Свет поглощается еще и защитным5 стеклом, герметизирующим ртуть, и стекломзеркала, Примем толщину этих стекол - 1мм.С учетом изложенного подсчитаем общий коэффициент све.ог,ропускания уст 10 ройства, напримезо для п=5. Имеемт =0,99 х 0,72 х 0,96 =0,341 (34,1 оь),Для оптических геодезич ских инструментов г = 40; считается приемлемым.Длине волны А = 540 мкм соответствует15 зеленый цзт,г= 590 мкм - желтый,Таким образом для подсветки экрана.можно испол зоьать лампы накаливания,натриевую л;мпу (г = 589 мкм) или свето 20 фильтр зеленого цвета;Заявленное техни еское решение засчет отличительных особенностей обеспечивает точность измерений за счет отличитель ых особенностей обеспечивает25 точность измерений и изменение диапазона габот , что иллюстрируется примеромрасчета параметров,Примем п=7, 1 д ф =0,0995 ф =-5-6 )=Ь - д30 Тогда = прад,В = 0,6965= 0,7,2 сЕсли принять с=80 мм, то Ь - 0=112 мм,Пусть 0=1=40 мм, тогда Ь=152 мм,Подсчитаем цену деления шкалы, Пусть0=1 мм, тогда35О э 1 х 206265 26133лгс 160 х 49то есть 1 мм шкалы экрана будет соответствовать угол наклона 26, Диапазон работывустройства (для измерения положительныхуглов наклона) будет от 0 до авах==26 х 40=17,5,Таким образом, меняя число отражений(путем перемещения экрана изменяетсядлина отражательной поверхности зеркала)можно менять цену деления, а, следовательно, и диапазон работы устройства,Расчет экономической эффективностине представляется возможным так как эффект выражается в качественных показателях,1793222 ЮЗ г Составитель Ю,СоколаТехред М.Уоргентал ктор С.Кулако орректор С,Патрушева Заказ 494 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Г а,1 Формула изобретения Устройство для измерения углов наклона. содержащее камеру, коллиматор, зеркальный умножитель, содержащий два зеркала, отсчетный механизм, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, одно иэ зеркал зеркального умножителя выполнено в виде ртутного горизонта, а отсчетный механизм выполнен из маового секла, установленного на зеркале умножителя с возможностью перемещения вдоль него,