Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования

и 1697060 Союз Советскнк Соцнапнстнческнх Респубннк(81) 7308943 (13) Ф Госу рственный комнтСССР лам изобретении н открытий 1 опь % 41 публиковано 05.1179. Ьюл а опубликования описани 5.11.7 9 72) Автор изобретення ИностранецВиктор Луи Поль Ришарм(Франци я) Иностранная фирмаЭссилор Энтернасьональ(54) НИВЕЛИР С САМОУСТАНАВЛИВАКЩЕЯОЯ ЛИНИЕЯ ВИЭИРОВАНИЯ ласти к уст со- екти- комосуда и й,со- покай жид иро пус Изобретение относится к обприборостроения, в частностиройствам для нивелирования.Известны нивелиры с самоусталивающейся линией визирования,держащие зрительную трубу с объвом, окуляром, сеткой нитей и спенсатором в виде стеклянного счастично заполненного жидкостьюсвязанного с оптической системоСтекло, чз которого изготовленысуд и призма, имеет одинаковыйэатель преломления с применяемокостью. Объектив и окуляр центрны по оси прибора, при этом корзрительной 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 2) .25Ближайшим по ехнической сущности является нивелир с самоустанавливающейся линией визирования, содержащий корпус, трегер, зрительную трубу с телеобъективом, сеткой нитей, окуляром и компенсатором, расположенныммежду объективом и сеткой нитей ивыполненным в виде емкости с жидкостью, имеющей постоянно горизонтальную отражающую поверхность, иоптическую систему, связанную с ней3. Компенсатор устройства содержит большое количество оптическихэлементов, в которое входят две пятиугольные призмы, представляющиесобой дорогие элементы, Кроме того,трапециевидная призма должна иметьочень точные углы, которые зависятот коэффициента преломления применяемой жидкости. Последний зависитот изменения окружающей температуры,Целью изобретения является повышение точности измерений и надежности эксплуатации.Цель эта достигается тем, что воптической системе входная и выходная призмы выполнены в виде прямоугольных призм, вертикальная и горизонтальная стороны которых служат входными и выходными гранями для световыхлучей, наклонные стороны - отражающими гранями, а компенсатор установлентаким образом, что длина оптическоголуча от центра сетки нитей до точкиполного отражения световых лучей на отражающей поверхности жидкой пластинки или под ней была бы равна при помещении в бесконечность1 510 2 АИ:В ЮУт где и - коэффициент преломления материала отражающей сиатемн;Й - фокусное расстояние телеобъектива;и - коэффициент преломления жид- )Окости;А - угол между входной и гипотенузной сторонами входнойпрямоугольной призмы,Компенсатор установлен с возможнОстью смещения по высоте и поворотавокруг вертикальной оси вращения инструмента, а также с возможностьюперемещения по направлению продольной оси зрительной трубы,На фиг, 1 изображен нивелир, общий вид; на фиг. 2 - схема нивелира;на фиг, 3 - одна часть оптическогоблока; на Фиг, 4 - схема, показывающая принцип действия прибора; нафиг. 5 - вариант выполнения схемы 5нивелира, аналогичный фиг.2; наФиг, 6-8 - варианты исполнения компенсирующего устройства.Нивелир (фиг.1) содержит зрительную трубу 1, основание 2, триггер 3, 3 рс подъемными винтами 4, сферическийуровень 5. Зрительная труба 1(фиг.2) включает пластинку б с параллельными гранями, на которую поступают световые лучи) пластинка устанОвлена 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 парафокусирующих линз 9, служащих длярегУлировки четкости изображениярейки; сетку нитей 10, окуляр 11 слинзами 12. Между линзами 9 и сеткой 10 установлено компенсирующееустройство 13, состоящее из емкости14, частично заполненной жидкостьюс коэффициентом преломления и образующей слой жидкости 15, пластинкв с параллельными гранями 16 изматериала с коэффициентом п,который соприкасается с дном 17 емкости 14, и двух призм 18 и 19, приклеенных к грани 20 пластинки 16 на 55расстояйии от пластинки, соприкасающейся с дном 17 емкости 14. Призма 18 с коэффициентом преломления ипредставляет собою прямоугольнуюпризму с продольным, вертикальными трапецивидными сечениями, гранью21, на которую поступают световыелучи, перпендикулярной грани 20пластинки 16, и отражающей гранью 2,покрытой металлом, образующей с гра -нью 21 угол примврно в 22 3. Двугранный угол, который образован гранями 21 и 22, усечен гранью 23, которойпризма 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 граньпризмы 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 симметрии28 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 опрокидыватьсяпо отношению к вертикальной оси вращения прибора, Система смонтированатак, что она может перемещаться внаправлении продольной оси зрительной трубы регулировочным винтом 31,Имеются также средства, поворачивающие систему компенсирующего устройства на полуоборот вокруг его оси30 симметрии. Призма 19 становитсяв этом случае призмой, на которуюпоступают 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 смещенияв оптическом микрометре 6 проходитсквозь рассеивающую линзу или линзы9 в точке П и проникает в призму 18 в точке С. 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 1, т.е., если коэффициент и больше 1,414, это условие всегда выполнимо оптическими стеклами, коэффициенты преломлениякоторых не ниже 1,45, После полногоотражения в точке 1 от грани 21 призмы 18 (см.фиг,1) световой луч выходит на грань 23 указанной призмы вточке д, составляя угол 45 с радиу 697060сом падения ООС, Световой луч пересекает в этом случае пластинку с парал,лельными сторонами 16, из которойон выходит в точке К, где подвергается преломлению, переходя из средыс коэффициентом и, которая является 5средой призмы и пластинки с параллельными сторонами, в среду ;., коэффициентом и, которую представляет(собою слой жидкости 15, содержащийсяв емкости 14, Жидкость 15 выбирается 10так, чтобы ее коэффициент преломления был выше 1,414, световой луч приэтом условии подвергается полномуотражению в точке Ь, под свободнойстороной жидкого слоя 15 снова проходит сквозь слой жидкости 15 междуточками Ь и М, где он проникает впластинку с параллельными сторонами16. На выходе из посл дней в точке Исветовой луч проникает в призму 19,в которой после полного отражения вточке Р, на выходной грани 32 световой луч подвергается двойному отражению в Я, 0, на гранях, выполненныхв виде крышкй 25 и 26, чтобы выйтииз указанной призмы в точке Н еестороны 32 и образовать в центре сетки 10 иэображение в результате отражений в точках Н, Э Ь, Р и , Ц.Если углы призм 18 и 19 имеют величины, указанные выше, а рабочие стороны пластинки 16 параллельны междусобою, то луч, выходящий из призмы19, параллелен лучу, поступающемув компенсирующее устройство,То же самое происходит, если отклонение, создаваемое призмой 18,отличается от 45; при условии, чточисло отражений световых лучей в укаэанной призме четное и что углы отражения в точках ( и Ь меньше 40угйа полного отражения, имеющего порядок 41 48, а коэффициент преломления среды равен 5,Когда ось зрительной трубы наклонена к горизонтали под углом 45(см,фиг,4), горизонтальный световойлуч Ь, проходящий через заднююузловую точку телеобъектива, проникает в призму 18 в точке С, Всвязи с тем, что этот луч имеет необычный угол падения на выходнуюгрань 21 призмы 18, он преломляетсяпо радиусу С Н, который в результате отражения от грани 22 посылаетлуч Н 3, который после полного отражения от грани 21 в точке Э выходит из призмы в точке д. Далееон проходит сквозь пластинку с параллельными сторонами 16 между точками д и К, где он проникает вжидкий слой 15, содержащийся в емкости 14, преломляясь по радиусуК Ь. В точке Ь свободной поверхности слоя жидкости 15 световой лучподвергается полному отражению, проходит 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 И световой луч проникаетв призму 19, подвергается полному отражению в точке Р и выходит на грани 32 призмы 19 в точке й, где он снова подвергается преломлению,Компенсирующее устройство помещается между фокусирующей линзой 9 и сеткой 10 так, чтобы оптический путь 0 от фокуса Г сетки в точке Ь полного отражения световых лучей под свободной поверхностью жидкого слоя 15 был бы равен при установке на бесконечностье="I 2 и - б фгде Й - фокусное расстояние телеобъектива, образованное объективом 8 и одной или несколькими рассеивающими фокусирующими линзами (Я) 9. В этом случае световой луч, преломленный в точке й на выходной грани 32 призмь 19, проходит через точку Г 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 сто. ронами при средней температуре применения, например 20 С, а для того, чтобы соблюсти условие, определяемое уравнением, данным выше, и изменить значение оптического пути 6 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 ниввлиро" вания, 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 1 О, и позволяющей корректировать одновременно эффект изменения коэффициента преломления, 697060Возникающий за счет изменений температуры, и эффект расшиг .ния жидкости.На фиг. 5 приведена схема другоговарианта исполнения нивелира где составные элементы приборакроме компенсирующего устройства идентичны элементам предыдущего варианта, Компенсирующее устройство 33 содержит емкость 34, в которой содержится слой35 ртути, покрывающий слой жидкости)36 с коэффициентом преломления иЕмкость 34 закрывается в своей верхней части пластинкой с параллельнымигранями 37 из материала с коэффициентом преломления п, Устройство предусматривает обеспечение свободногорасширения ртути 35 и слоя жидкости36 в случае изменения температуры.На верхней грани 38 пластинки 37наклеивается призма 39 из материалас коэффициентом преломления и, грань40 (входная для световых лучей) которой расположена перпендикулярно крабочим сторонам пластинки 37, а углыпри вершине преимущественно равныили около 90,60 и 30. Грань 41 призмы и нижняя половина грани 40 выпэлнены отражательными,Линия 42 призмы 39 являющаясялинией пересечения грани 41, гранипластинки 37, лежит точно в плоскости симметрии поперечной пластине37, К ней примыкает грань 43, которая является гранью пересечения сторон в виде крыши призмы 44 Призма44, выполненная из материала с такимже коэффициентом преломления и каки коэффициент составного материалапризмы 39 и пластинки 37, приклеивается к стороне 38 пластинки 37,Гранипризмы 44, выполненные в виде крышиявляются отражательными .Луч, выходящий из призмы 38, отражается на свободной стороне ртути35 вместо полного отражения под сзободной поверхностью слоя жидкости15, а компенсирующее устройство 33может перемещаться по отношению ксетке нитей, чтобы учесть окружаю -щие атмосферные условия, в которыхприменяют нивелир.,Формула изобретения1. Нивелир с самоустанавливающейся линией визирования, содержащий корпус, трегер, зрительную трубу с телеобъективом, сеткой нитей окуляром и компенсатором, расположенным между объективом и сеткой нитей и выполненным в виде емкости с жидкостью, образующей жидкую пластинку, имеющую постоянно горизонтальную отражающую поверхность, и связанной с ней оптической системыс отражающими поверхностями, включающей в себя входную и выходную призмы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений и надежности эксплуатации, входная и выходная призмы выполнены в виде прямоугольных призм, вертикаьная 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 отражаюлей поверхности жидкой пластинки или под ней была бы равна при помещении в бесконечность 1 з 2 А:2 и - с 05 2 Агде и - коэффициент преломленияматериала отражающей системы;- Фокусное расстояние теле -объектива;35и - коэффициент преломленияжидкости;А - угол между входной и гипотенузной сторонами входнойпрямоугольной призмы, 4 О 2. Нивелир по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что компенсатср установлен с возможностью смещения повысоте и поворота вокруг вертикальной оси вращения инструмента, а также 45 с возможностью перемещения по направлению продольной оси зрительнойтрубы.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 50 1. Авторское свидетельство СССР Р 440220, кл, С 01 С 5)02, 1960,2. Авторское свидетельство СССР Р 41254, кл, С 01 С 5/02, 1972. 3. Патент Франции 1 87401,кл. С 01 С 5/04, 1940 (прототип)