Устройство для определения изменений рефракции

(51)5 НТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) АН ОПИ К АВТО И Кадру КОМ ЕДЕЛЕН ДЛЯ ОПАКЦИИдля опререфракц ущн остьт телеско клин 2,ю Ч-абра ехничеванов,СОЮЗ СОВГТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИЕ ИЗОБРЕ ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ(57) Использование:нений атмосфернойгорных выработок. Сустройство содержитему 1, оптическийрейку 5, содержащуштрихи. 5 ил. делени ии в ус изобр пическ микро ные и измеовиях ения: ю систр 4, ямыеИзобретение относится к оптическомуприборостроению, а именно к геодезическим приборам для определения измененийатмосферной рефракции в условиях горныхвыработок, . ,:- 5Известны методические приемы, осно-ванные, на использовании геодезическихприборов, позволяющие оценивать уровеньрефракции по наблюдениям колебаний изо-бражений штрихов нивелирных реек, Такие 10способы используются в геодезии, однакоони не позволяют получить количественнуюхарактеристику явления и при производстве маркшейдерских работ применения ненашли. 15Более удобными для измерения величины рефракции в горных выработках являются устройства, основанные наиспользовании свойства наклоняющегосяоптического клина, компенсирующего "дивергенцию" пучка световых лучей,Известно также выбранное в качествепрототипа устройство для определения изменений рефракции, содержащее последовательно расположенную телескопическую 25систему, узел смещения визирного луча смикрометром, оптический клин и визирйуюцель, в котором оптический клин жестко свя- .зан с узлом смещения визирного луча, Устройство позволяет определить величину 3рефракции на основании расчетных формул.Недостатком известного устройства дляОпределения изменений рефракции является необходимость выполнения специальных расчетов для получения количественной характеристики рефракции. Кроме того,точность определения величины рефракцииснижается вследствие нелинейного характера ее зависимости от основного метеорологического параметра - вертикальногоградиента температуры.Целью изобретения является повышение точности измерений,Для достижения цели в устройстве оптический клин ахроматизирован и укрепленнеподвижно в пределах светового отверстия обьектива, свободного от узла смешения; а определяемая величина удовлетворяет соотношению 1 пд при 1 д д,1 пд, +К(д-д,),(3) 0 где д 0=20 дел, бараб.; К=0,156,Таким образом, для получения поправки.за рефракцию при геометрическом нивелировани и известным устройствомнеобходимо использовать выражения (1), (2)5 и (3), что при полевых вычислениях несколько обременительно.Горизонтальный луч, отклоненный. оптическим клином (фиг,5) на угол а в.однородной среде с постоянным коэффициентом40 преломления пересекал бы рейку, отстоящую на расстоянии от нивелира в точке М.При наличии в среде постоянного верти-.. кального температурного градиента тлуч,искривляясь, попадает в точку й, смещен 45 ную относительно точки М, на величину Ь .Полагаем, что визирный луч распространяется в среде с показателем преломле ния и и является частью дуги Я окружностирадиуса й с центром в точке О. Величина и50 определяется из выражения (см, Распространение лазерного пучка в атмосфере./Подред, Д.Стробена. М.: Мир, 1981)о=1+77,6(1+ 7,5210 з Л 2) 10 ххР Т (4)где Л - длина волны излучения, мкм.Радиус кривизны й луча связан с градиентом температуры соотношением (см, Учетатмосферных влияний на астрономо-геодезические измерения,/А.Л,Островский,Ь:-39,64Р 02, Тт соз-з ах 10, м где Р - атмосферное давление, мбар;Т - температура воздуха, К;О - расстояние до визирной цели, м;а - угол отклонения луча оптическимклином, градусы; т - вертикальйый градиент температуры воздуха, К/м,Поправка за рефракцию при геометрическом нивелировании может быть вычислена по формуле, предложенной Х. Страубом:О 293 В2 273+2 с 760Хг 10,м - (1)где В - атмосферное давление, мм рт,ст1 - температура воздуха, С,Поскольку основным параметром внешней среды, определяющим влияние рефракции; является вертикальный градиенттемпературы воздуха, то для нахожденияего средней величины вдоль наблюдаемойлинии с помощью известного устройства(см.прототип) предложена формула3,68, д 2,Т 2, Р, А, Р, 10-3К/м(2)где д - отсчет по шкале микрометра, деления барабана;А - коэффициент.Величина коэффициента А определяет- .ся из выраженияи равно етриче и из вы и определения реустройством на осо выражения (9)к видуа 10 (10) 5 Предвари в момент изо д по барабан щий т= О, пр рейи 5. Уст расстоянии О ют изображен бы нивелира микрометра,лихати 5 64, Ог ность о погр ет Б.Д.Джуман,ф,Д.Заблоцкий, Н,И.Кравцов,М.: Недра, 1990, с.45)Я = (оп/с 1 г) (5)где г- вертикальная координата,Или, заменяя в выражении (5) бп/4 г чебпез -- т, получимд 1Б =.( - т)Из геометрических соотношений нафиг.5 получимД =Д соза; Вй= СМ= О/соза,Тогда)гД = -, (7)2 Я соз аПодставляя в выражение (7) формулу (6),получимб 1д=Ог г 1 " т(2 созг а),Заменив в этом выражении производнуюбп- ее значением, найденным дифференциЙрованием выражения (4), находим Д= - г т .0 з аг, 3Принимая для визуальных приб = 0,589 мкм, выражение (8) прео окончательно к видгу Д= - 3964 О Р т Т с х 10, м Численное значение величины тываемой по формуле (9), практичес поправке эа рефракцию при геом ском нивелировании, определяемо ражения (1).. Для оценки точност фракции предлагаемым новании полученног преобразуем последнее д С Т соззг -39 64 О Ргде С - цена деления барабана микрометТогда погрешность определения вечИны градиента температуры воздтпредлагаемым устройством в зависимоот погрешности отсчета д равнагпг - щд,С Тг созза 10 б39 Р Погрешность определения величиныградиента температуры воздуха г известным устройством в зависимости от погрешности отсчета д на основании выражения (2).5 может быть определена какз736 д Т(12)Р А О 10Поскольку для нивелира НАпри использовании барабана микрометра, имеющего С= 0,005 мм и ахроматизированногоклина с отклоняющим углом а = 1, погрешность тд =1,8 дел, барабана, то при метеоусловиях Р=1012,1 мбар, Т=ЗОО К и т = 0,98К/м получим для предлагаемого устройствапри д = 135 дел. бар и О = 40,958 м поформуле (11) гпг =0,012 К/м, для известногоустройства при д = 19 дел. бар и том жезначении О по формуле (12) щам=0,182 К/м.20 Таким образом, устройство позволяетна порядок повысить точность определениярефракции.На фиг.1 изображена принципиальнаясхема заявляемого устройства, вид сбоку;25 на фиг.2 - вид сверху; на фиг.З - рейка,используемая для наблюдений; на фиг.4 -вид штрихов рейки приих совмещении; нафиг.5 - схема, поясняющая вывод рабочейформулы.30 Устройство для определения изменений рефракции состоит иэ телескопическойсистемы 1, оптического клина 2, плоскопаралелльной пластинки 3 микрометра, барабана 4 микрометра и рейки 5. Рейка5 содержит Ч-образные штрихи А и прямыештрихи В, изображение которых совмещается в поле зрения телескопической системы методом биссектирования, Оптическийклин 2 ахроматизирован и укреплен относи 40 тельно обьектива телескопической системы1 неподвижно.Оптический клин 2 и плоскопараллель-.ная пластинка 3 микрометра устанавливаются перед обьективом зрительной трубы5 нивелира и наклоном оптического клина 3совмещают изображения штрихов А и В, вэтот момент снимается отсчет по барабану4 ( икрометра.Устройство работает следующим обра 0 зом,тельно исследуют устройство метрии, т.е, определяютотсчет у 4 микрометра, соответствую- и заданном расстояния Н до анавливая затем нивелир на в горной выработке, совмещаия штрихов в поле зрения труи снимают отсчет по барабану Величина Д = С(д - д) соот1793220 аетствует поправке за рефракцию при геометрическом нивелировании, для дневнойотратификации приземного слоя воздухапоправка имеет знак минус. Выражение (9) в его преобразованном виде 10) может быть использовано, например, для нахождения основного метеопараметра градиента температуры воздуха в горных выработках. Причем, как было покаФормула изобретенияУстройство для определения изменений рефракции, содержащее последовател ьно рас пол оженн ы е телескопическую систему, узел смещения визирного луча с микрометром, оптический клин и узел обработки результатов измерений, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено узлом измерения вспомогательных параметров, оптический клин выполнен ахроматизированным и жестко соединен с телескопической системой, а узел обработки результатов измерейий вы- . зано выше, точность таких измерений возрастает на порядок,Штрихи А и В (см, фиг.3) могут бытьнанесены в виде дополнительной шкалы на 5 рейках при нивелировании, а микрометр сплоскопараллельной пластинкой 3 при зашторенном оптическом клине 2 устройства может быть использован для взятия отсчетов по основной шкале рейки методом "со вмещения" при нивелировании. полнен с возможностью нахождения значения функции Ь=. - 39,64Р 0 Т т совах х 10, м,где Л- величина изменения рефракции,Р,О, т - вспомогательные параметры: соответственно атмосферное давление, расстояние до визирной цели, вертикальный градиент температуры;а - угол отклонения визирного луча оптическим клином,1793220 Составитель М,ТерещенкоТехред М.Моргентал Корректор А.Мотыль дакто Т СССР венно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 роизво каз 494 ВНИИПИ Госу Тиражвенного комитета по из 113035, Москва, Ж, Р Подписное етениям и открытиям при Гшская наб., 4/5