Интерферометр для определения длин при геодезических работах

о 46 Д 66. АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВ ОПИСИ терферометра для определен работа К авторскому свидетельству У, О,1935 года (спр, о пе О выдаче авторского свидетельства оЕ я длин при гесдезически х.Шварца, заяврв,170480убликоваио 31 ному 2 июня арта 1936 года Поэтому справедливо равенство (5 Р,)г = (5 Р,) +Нг,куда= 5 Рг де ч Пусть призма Р, увеличивает скую длину луча на С призма Сг, объектив О - на Са, компенса на С,; тогда оптические длинь пучков составят (имея в виду равенство БР, +Р,Рг - 5 Рг)1 пучок 5 Рг+ РО+ ВО+ С, =1.+Р,О+00+С,+С,оптичеРг - на тор К - обоих ур 1 и Р, Ра.Р,П Х++ РгСоставляют риз второго ервое УР , +С,+Сг - С,( 2) вели что для Изобретение относится к интерферометру, специально приспособленному для измерения длин при геодезических работах.На чертеже фиг, 1 поясняет схему интерферометра; фиг. 2 - 10 представляют детали интерферометра; фиг. 11 - установку с одним из вариантов призм; фиг, 12 и 13 - детали; фиг. 14 - один из вариантов интерферометра; фиг. 15 - устройство для измерения расстояния между призмами; фиг.16 - вариант с несколькими рейками; фиг, 17 - схему второго. варианта; фиг. 18 - стеклянную шкалу для отсчета.Пусть в точке 5 (фиг. 1) имеется источник света, от которого используются два пучка лучей - 1 и Л.Пучок 1 проходит по прямой 5 О через компенсатор К и объектив й к точке О, где образует действительное изображение источника 5 и рассматривается через окуляр О,.Пучок 11 проходит через призму Р находящуюся примерно на равных расстояниях от 5 и второй призмы Р,; последняя отклоняет его вторично и луч, пройдя через объектив .О, в точке О соединяется с пучком 1.Если расстояние от Р, до луча 1 равно 1 т, то в точке 5, получается мнимое изображение источника Я, причем 5,5 = Н = 2 1 т, а угол 5,5 Рг будет прямым. А ИЗВБРЕТЕНИ 51 Рг=+ + ау. (1)ез 1. обозначена длина 5 Р иборе все входящие в формулу чины подобраны таким образом, определенной, наперед заданнойдлины Е выражение (2) равно нулю, т. е.оптические длины обоих пучков одинаковы. Тогда при условии, что источник 5достаточно мал и что у объектива Рпучки проходят через небольшие близлежащие диафрагмы 44, в точке О можнонаблюдать интерференционные полосы;причем полосы видны в белом светепри разности хода двух пучков не болеенескольких микрон; при помощи жеспектроскопа их можно обнаружить впределах до 150 микрон.Источником света может служить либо точечная лампа, либо небольшой отрезок нити обыкновенной электрическойлампы, выделенный при помощи экранчика, либо выделенная таким же образом часть светящейся поверхности какого-либо другого источника света, либо,наконец, изображение солнца, полученное при помощи короткофокусной линзыили сферического зеркальца.Призма Р, может осуществляться вразных видах согласно фиг. 2, 3 или 4;она может быть заменена зеркаломили лупой - фиг. 5 и б,В виду того, что сохранение величины Ь с требуемой точностью затруднительно, измерения производятся припомощи трех пучков 1, П и Ш (фиг, 7),причем вместо одной призмы на инварном или кварцевом жезле закрепленыдве призмы Р, и Р,; расстояние междуними равно 2 Ь = Н и определяется насуммы двух измерений. Жезл с призмами хранится вдеревянном футляре, устанавливается на штативеи снабжен уровнем и небольшой трубой для установкиего перпендикулярно к 5 Р,; кроме того,здесь же можно поместить компенсатор К При небольших значениях 4 по.следний представляет собой плоско-параллельную стеклянную пластинку (фиг 8);при больших значениях С 4 можно применять одну или несколько призм(фиг. 9 и 10),Призма Р, может быть выполненалибо согласно фиг. 2, либо фиг. 3. Можноприменять одну призму Р и при наведении на пучки 1 и П поворачивать еена 180, или неподвижно к трубе прикрепить две призмы, как это показанона фиг. 11.ахроматический объектив В имеетфокусное расстояние порядка 500 -(3) где и - расстояние между местами интерференции двух пар пучков (фиг. 11).Наконец, можно трубу совершенно не передвигать, а определять разность хода пучков при помощи клинового или поворотного комренсатора (фиг. 12 и 13).Вставив найденное таким образом значение в формулу (2), можно вычислить значение Е,Для производства геодезических работ необходимо иметь либо несколько реек, либо одну рейку с набором призм для разных расстояний в 1, 200, 500 м и т, д. (фиг. 14).Метод интерференции дает возможность со значительной степенью точно.сти определять разность хода двух одно 1000 мм, окуляр 01 - обычный астрономический с фокусом 10 - 20 мм.На фиг,11 показана схема установки с одним из возможных вариантов призм.Как уже было указано, интерференция наблюдается при определенной длине 4., так как только в этом случае разность хода пучков равна нулю.Для нахождения того места, где разность хода равна нулю, сначала опре. деляют примерное расстояние Е при помощи дальномера или мерной лентой; таким же образом устанавливается рей. ка 1 с призмами. После этого производят наблюдения в трубу и при помощи спектроскопа отыскивают интерференционные полосы; затем труба передвигается вдоль оси 501 до тех пор, пока полосы не появятся в белом свете, Если тоуба находится точно на оси 50 этот момент наступит для обеих пар пучков одновременно; если она немного в стороне, интерференция наступает в разных положениях труб, которые отмечаются по масштабной линейке М (фиг, 11) и приводятся к среднему отсчету.В месте передвижения вдоль оси 50, можно трубу передвигать в поперечном направлении и отмечатьмоменты интерференции вдоль прямой г г, в местах ее пересечений с рейками 1, и С вдоль которых обе пары пучков находятся в одинаковой фазе,Тогда поправка к длине А равнапЕнродных пучков, т. е. Ь; для вычисления связи между ошибками и определениями Ь и Е следует продиференцировать уравнение (2) по Ь и Е, ограничиваясь членами 2-го порядка,дд=, сЫ; сЕ= - , дЬ (4).Из ряда опытных измерений для дЬ получено значение -, - 0,2 микрона, а по. тому на основе формулы (4) можно составить следующую таблицу ошибок измерения длины: Величина Н в метрах(расстояние между призмами) 5 10 20 Длина Е (все измеряемое рас.стояние) в метрах: 1000 250 Ябсолютная сшиб.ка определения А в миллиметрах (И) .тКак видно при постоянном соотношеНнии - абсолютное значение ошибки Ыпостоянно и равно для приводимого случая +1 мм.При Н, не превышающем 2 метров,целесообразно применять рейку илижезл; при больших Н лучше определятьрасстояние между призмами Р, и Р, и рибором Едерина или инварной лентой сгрузами (фиг, 15), Можно призмы скрепить неподвижно с проволокой илилентой,Из формулы (4) видно, что точностьвозрастает вместе с возрастанием Н;с другой стороны во время работы удобнее иметь небольшие размеры Н; выходможет быть найден путем применениядвух или более реек с призмами (фиг. 1 б);тогда общая длина Н получается каксумма длин всех реек. Применяя, например, для расстояния в 200 метровдве рейки по 2 метра, получают ошиб 1ку в1 мм или Наконец, следует заметить, что некоторые другие источники ошибок - неточная установка рейки в центре, ее наклон к оси и т. д, несколько увеличат выведенные значения Ж Конечно, во время работ необходимо произвести нивеллировку 5 и О, и ввести поправку на наклон,Второй вариант принципиально мало отличается от первого, но здесь объектив с диафрагмой и призмой Р., помещается у источника света, вследствие чего получают три пучка 7, П и 1 П, сходящихся в точке О и рассматриваемых через окуляр О,. Если оптическая длина всех трех пучков одинакова, в точке О, где пересекаются линии интерференции, получают совпадение интерференции от обеих пар пучков (фиг. 17).Однако, можно и не добиваться совпадения обеих интерференционных картин, даже точнее определить разность л между ними и по формуле (3) вычислить поправку к длине Е.Для этого в фокальной плоскости окуляра на линии гг, (фиг. 17) помещена стеклянная пластинка со шкалкой (фиг. 18), по которой можно отсчитать положение каждой интерференционной полосы. Для наглядности полосы также показаны на фиг. 18. Разность между средними арифметическими значениями этих двух групп полос равна и, по которому и вычисляют тВ остальном устройство второго варианта и способ работы тождественны с первым вариантом. Предмет изобретения.1. Интерферометр для определения длин при геодезических работах, основанный на измерении положения интерференционных полос, наблюдаемых в местах схода двух световых пучков с небольшой разностью хода, отличающийся тем, что на определенной высоте Ь в направлении, перпендикулярном к измеряемому расстоянию 50, в одном конце которого расположен источник света, а в другом - воспринимающая оптическая система, помещена отражающая или преломляющая система, например, в виде призмы Рслужащая для получения удлиненного светового пучка,удлинение которого при постоянной высоте зависит только от измеряемого расстояния 50 и который интерферирует со световым пучком, непосредственно идущим от источника света к воспринимающей оптической системе (фиг. 1).2. Видоизменение интерферометра по п,1, отличающееся тем, что с целью сохранения с возможно большей точностью высоты Ь применены две отражающие или преломляющие системы, например, в виде призм Р, и Р расположенные симметрично относительно измеряемого расстояния 50 (фиг. 7).3, форма выполнения интерферометра по и. 2, отличающаяся тем, что отражающие или преломляющие системы, например, в виде призм Р, и Рз в виде соответствующих зеркал или приз. мы установлены на рейке 1, изготовленной из материала с малым коэфициентом теплового расширения и расположенной перпендикулярно к измеряемому расстоянию 50 (фиг. 11).4, Видоизменение интерферометра по и. 3, отличающееся тем, что при больших размерах высоты Ь отражающие или преломляющие системы, например, в виде призм Р, и Рь установлены на отдельных штативах (фиг. 15).5. Видоизменение интерферометра по и, 3, отличающееся тем, что с целью повышения точности при измерении больших расстояний при одновременном сохранении малых размеров высоты Й применены несколько параллельно расположенных реек 1, 1 с зеркалами или призмами (фиг. 1 б),б, Видоизменение интерферометра по и. 3, отличающееся тем, что с целью сохранения постоянной точности при измерении расстояний 50 различной длины, применена рейка 1 с несколькими отражающими или преломляющими си. стемами (фиг, 14),7. При интерферометре по пп. 1 - б применение компенсирующей системы К, служащей для изменения оптической длины прямого пучка 50 лучей (фиг. 8, 9 и 10).