DE2004114A1 - Vorrichtung zur Bestimmung des Einflusses der atmosphaerischen Refraktion auf eine optisch realisierte Bezugslinie - Google Patents

Description

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Vorrichtung zur Bestimmung des Einflusses der atmosphärischen Refraktion auf eine optisch r-ealistierte Bezugelinie

I)-T.e Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beatimaung des Einflüssen der Refraktion auf eine optisch realisierte Beziigalinie, die einen ein parallelstrahligea Mchtbündel koaxial zur Bezugelinie aussendenden Sender einen im wesentlichen rechtwinklig zur Bezugslinie entfernt angeordneten) das Mchtbündel reflektierenden, um mind β at en a eine zur Bezugslinie rechtwinklige Achse schwenkbaren Reflektor und einan das Lichtbundel empfangenden Detektor enthalt.

Bekanntlich bewirken optische Madien, deren Brachungaindlces, beispielsweise Infolge Ton Temperaturdifferenzen Gradienten aufweisen, Ablenkungen von Lichtstrahlen. Dieser Umstand wirkt sich bei vielen optischen Meaaungen Insbesondere dann atfrrend aus, wann über grySera Entfernungen mit Hilfa von Lichtstrahlen Bezugslinien oder Bazugsebenan festgelegt werden, bei spiel sw ei se bei nivellement s und Fluchtungen.

Man hat bisher versucht, den Einfluß der Refraktion dadurch zu beseitigen, daß man Messungen aus der Mitte, beispielRweiae einer Strecke, durchführte und dabei von dar Annahme ausging, daß dia Refraktion nach beiden Beiten dia gleiche 1st oder daß man versuchte, dan Refraktionekeeffieienten eines bestimmten eng abgegrenzten Ortes zu ermitteln und annahm, dieser Refrafetlonskoeffislent sei User die gesamte »

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Meßetrecke der gleiche. Diese Annahm«aiad Jedoch, inabe-Sondere wenn größere Meßentfernungen vorliegen, nur unter günstigsten Refrafctionabedingungen gerechtfertigt. Nun ist aber weder die Messung aus der glitte in allen Fällen möglich, noch der Refrtktionakοeffizient hinreichend bekannt. Auch liegen in den seltensten Fällen günstigste Refraktion·- bedingungen vor, so daß bisher eine exakte Baatimmuag und Kompensation mehr oder weniger dem Zufall überlassen war,

Di· aufgezeigten Mängol sollen durch die Erfindung beseitigt werden, Aufgabe der Erfindung 1st es daher, ein« Tarrichtung sur Bestimmung des Einflusses der Refraktion su ■chäffen, die die exakte Berücksichtigung dar Refraktion ttber dia gesamte Maßstrecke gestattet.

OaJBMB tar Erfindung wird die Aufgabe dadurch geltist, daß dar Reflektor mindestens eine Reflexionsebene besitzt, in der das liehtbündel in Abhängigkeit vom Äinfall«winkel reflektiert wird, daß Kittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe die Reflexionsebene mit 'derjenigen Ebene sur Deckung gebracht wird, in der die Refraktion wirkt, und daß dar Detektor koaxial zur Basugslinia angeordnet ist. Dar Sender 1st vorteilhafterweise ein Laser. Um die Spiegelungsebene alt derjenigen Ebene sur Deckung bringen su können, in dar die Refraktion wirkt, kann der Reflektor um swei eueimender rechtwinklige Aonsen schwenkbar sein, die entweder beide sur Beeugslinie rechtwinklig gerichtet sind oder von denen nur •ine rechtwinklig sur Besugsllnie und die andere »umindee* '

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in der Nähe des Reflektors parallel zu ihr gerichtet iet. Der Reflektor muß mindestens in einer Ebene einen einfallenden Strahl in Abhängigkeit vom Einfallswinkel reflektieren; er kann demzufolge als rechtwinkliges Prisma oder als Planspiegel ausgebildet sein. Im Falle eines rechtwinkligen Prismas muß zur Bestimmung der Refraktion die Dachkante in der Refraktionsebene liegen.

Der Detektor besteht vorteilhaft aus mehreren gleichen Teilen in regelmäßiger Anordnung zueinander und zur Bezugslinie. Er besteht entweder aus Prismen, die daa vom Reflektor W erhaltene Licht der visuellen Betrachtung zugänglich machen oder aus fotoelektrischen Empfängern. Möglich ist auch eine Kombination beider Detektorarten, die eine objektive Messung mit einer subjektiven Kontrolle verbindet.

Eine zur selbsttätigen Bestimmung geeignete Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine gerade Anzahl von fotoelektrischen Empfängern angeordnet ist, daß jeweils zwei diametral liegende fotoelektrische Empfänger in Differenz geschaltet sind, daß die jeweils zwei fotoelektrische Emp- ^ fänger mit einem Geber und dieser mit einem beim Reflektor befindlichen elektrischen Empfänger verbunden sind und daß der elektrische Empfänger mit den Mitteln verbunden ist, die die Reflexionsebene mit der Refrafctionsebene zur Deckung bringen und die Schwenkung des Reflektors in dieser Ebene bewirken. Damit der Einfluß der Refraktion in Abhängigkeit von der Entfernung sofort bestimmt werden kann, ist mit der

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Schwenkvorrichtung des Heflektors ein Rechner verbunden.

Die Erfindung wird an Hand einiger in der Zeichnung schematisch dargestellter Auaftihrungsbeiapiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung zur Erläuterung des

Erfindungsgedanlcens,

Fig. 2 das dem Reflektor zugekehrte Ende des Senders, Fig. 3 einen Regelkreis zwischen Sender und Reflektor, Fig. 4- eine Möglichkeit der Anordnung dea Reflektors, Fig. 5 eine weitere Möglichkeit der Anordnung dea

Reflektors,

Fig. 6 eine Kopplung des Reflektors mit einem Rechner, Fig. 7 eine von Fig. 3 abweichende Auebildung und

Anordnung des Detektors,

In Fig. 1 befindet sich auf einer im wesentlichen rechtwinklig zur Zeichenebene gerichteten Fläche 1 ein optischer Sender 2 für ein eine Bezugslinie 3 (optische Achse) fest3.egen<4ea Lichtstrahlenbündel. Der Sender 2 ist um eine in der Zeichenebene liegende senkrecht zur Fläche 1 gerichtete: Achse X-j-^ drehbar gelagert. An der Lichtauatrittsfläche des Bendera 2 sind Tripelpriamen (Detektoren) 4 vorgesehen. Die gerade Bezugslinie 3 nimat infolge des Einflusses der Refraktion eine gekrümmte Form 3^f an, die in einem in einer Entfernung a vom Sender 2 befindlichen Punkt P der Fläche 1 eine Abweichung h von der Bezugs· linie 3 hat. Im Punkt P der Fläche 1 ist ein Ständer 3

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aufgestellt, der am oberen Ende eine um eine zur Achae X^-X₁ parallele Achse Y*j-Y<j schwenkbare Gabel 6 und in dieser Gabel einen um eine zur Achae Y^-Y₁ rechtwinklige Achae Z_-1-Z₁ achwenkbaren Planapiegel 7 besitzt. Der Schwenkungswinkel des Planapiegela 7 iat oC , wenn der Strahl in eich selbst reflektiert wird.

Für jede Entfernung β besteht eine Beziehung zwisohen o£_m und h. Da die Entfernung s gegenüber dem Krtimaungsradlus, der als kreisförmig annehmbaren Bezugslinie 3^f sehr klein iat, besteht für die Abweichung h die Beziehung

h «

Die Entfernung s iat üblicherweise hinreichend genau bekannt, der Sohwenkungawinkel Oi läßt sich dadurch ermitteln, daß der Planspiegel 7 solange gesohwenkt wird, bia die TrIρelpriemeη 4 für einen am Ständer 5 befindlichen Beobachter aufleuchten, d. h. bia die Tripelpriamen daa am Planspiegel 7 reflektierte Licht wieder zum Planspiegel reflektieren. Die Schwenkung des Planapiegels 7 kann mit einer der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten allgemein bekannten Peinateilschraube erfolgen und gemessen werden. Aus dem Schwenkungswinkel Ot läßt sich also unter Berücksichtigung der Entfernung β die Abweichung h ermitteln.

In Pig. 2 besitzt der Sender 2 ein Fenster (Lichtauatrittsöffnung) 8, durch daa parallele Lichtstrahlen 9 den Sender 2 verlassen und vier Iripelpriamen 10, 11, 12 13, die in der Ebene des Penatara S, diesem unmittel-

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bar benachbart und symmetrisch zum Lichtstrahlenbündel 9 angeordnet sind. Wenn der Reflektor 7 rechtwinklig zur tatsächlichen Bezugalinie 3¹ gerichtet ist, wird das lichtstrahlenbündel 9 vom Reflektor 7 zu den Tripelprismen 10 bis 13 und von da zum Reflektor 7 reflektiert, so daß ein am Reflektor sich befindender Beobachter die TrIpelprismen gleichmäßig aufleuchten sieht.

VIg. 3 zeigt das dem entfernten Reflektor 7 züge·' kehrte Ende des Senders 2, das eine Auetrittsöffnung W tür das parallelstrahlige Lichtbundel und in deren Ebene die

vier Tripelprismen 10 bis 13 sowie vier fotoelektrische Empfänger 15» 16, 17, 18 zwischen den Tripelpriamen rotationssymmetrisch angeordnet sind· Während in den Pig. und S die Tripelprismen als Detektoren zur Messung dienen, werden sie in Hg. 3 zur visuellen Kontrolle benutzt. Die eigentlichen Detektoren sind In FIg, 3 die fotoelektrisehen Empfänger 15 bis 18. Jeweils zwei ά·τ diametral liegenden fotoelektrischen Empfänger 15, 17, bzw. 16, 18 sind φ elektrisch In Differenz geschaltet und über elektrische

Leitungen 19, 21 bzw. 20, 22 mit einem elektrischen Sender 23 bzw, 24 verbunden.

Der Spiegel 7 1st in Fig. 3 In der Gabel 6 um eine Achse Z*-Z», mit der Gabel um eine Achse Y**^* schwenkbar und parallel zur Aohee Y3-Y3 ia einem Lager 33 verschiebbar gelagert. Zur Schwenkung des Spiegels 7 um die Achse Zz-Zx dient ein über ein Kabel 85 alt einem elektri·

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sehen ώηρfänger 26 verbundener elektrischer Motor 'd'~/_t Ein die Schwenkungen der Gabel 6 um die vertikale Achse

Z^-Y₂ bewirkender ubtor 28 ist mit einem elektrischen 3 3

Empfänger 29 über ein Kabel 30 verbunden. Je ein Anzeigegerät 31 bzw. 32 ist mit einem elektrischen Empfänger 26 bzw. 29 zur Anzeige der von diesem Empfänger empfangenen elektrischen Signale oder der vorgenommenen Schwenkung dea Spiegels 7 verbunden.

Ein die Austritteöffnung 14 verlassendes nicht dargestelltes parallelstrahliges Lichtbündel trifft auf den Reflektor 7, der annähernd rechtwinklig zu dem Lichtbündel orientiert ist, das den Sender 2 verlä0t. Infolge von liefraktionseinflüssen erfährt das Lichtbilndel eine Krümmung, die bewirkt, daß es nicht genau rechtwinklig auf den Spiegel 7 und von diesem nicht in sich selbst reflektiert wird. Demzufolge wird jnindestens ein lichtelektrischer Empfänger, beispielsweise 15, mehr Licht des Lichtbündels empfangen als die anderen, in der Differenzschaltung der beiden lichtelektrischen Empfänger 15, 17 entsteht ein Strom, der vom Sender 24 dem Smpfänger 29 mitgeteilt wird. Der Empfänger 29 schaltet daraufhin den I/iotor ein, der den Spiegel 7 in Abhängigkeit von dem vom Licht beaufschlagten lichtelektrischen Empfänger um die Achse ZyZ^ schwenkt. Die Schwenkung wird eingestellt, wenn beide diametral liegende lichtelektrische Empfänger mit der gleichen Lichtmenge beaufschlagt werden und am Anzeig ei net rument abgelesen. In gleicher Weise erfolgt im Bedarfsfall die

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Schwenkung des Spiegels 7 um die Achse ^3-^3·

Anstatt mit Hilfe von elektrischen Sendern und iiimpfängern kann der Stromimpuls auoh durch elektrische leitungen zwischen dem Sender 2 und dem Spiegel 7 übertragen werden.

Fig. 4 stellt einen mit einem Visiermittel 34 versehenen ebenen ,Reflektor 35 dar, der sich in einer zwei diametral liegende Zapfen 36, 37 aufweisenden Passung befindet und mit den Zapfen in einem Rahmen 39 um eine Achse ZjJ-Z₄^ schwenkbar gelagert ist. Der Rahmen 39 ist seinereeit^lmit Zapfen 40, 41 um eine Achse ^Y/i-^Y4 iⁿ einem zweiten Rahmen 42 gelagert, der auf einem Ständer 43 befestigt ist. Die Achsen Z^-Z^ und Y4-Y4 sind rechtwinklig zueinander gerichtet. Durch Schwenken um die Achsen Y4.-Y4 und Z^-Z^ kann der Reflektor 35 in eine Lage gebracht werden, in der er ein von einem Sender ausgehendes Lichtbündel in sich selbst reflektiert.

In Fig. 5 befindet sich ein als rechtwinkliges Prisma ausgebildeter Reflektor 44 in einer Fassung 45, die mit Hilfe zweier diametral angeordneter Zapfen 46, 47 in einem zylindrischen Ring 48 um eine Ajjhse Zc-Zc schwenkbar gelagert ist. Der Ring 48 ist in einem zylindrischen Gehäuse um eine Achse U-U drehbar gelagert, die mit den geometrischen Achsen des Ringe3 48 und des Gehäuses 49 zusammenfällt. Als Handhabe zur Durchführung der Drehungen ist am Ring 48 ein Stift 50 befestigt. Mit dem zylindrischen Gehäuse 49 ist ein Stab 51 starr verbunden, der in einer

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Gleitführung 52 gleiten und mittels einer etwa rechtwinklig zum Stab 51 wirkenden Schraube 55 festgeklemmt werden kann.

Durch Drehen des Bingea 48 um die Achae U-U wird das rechtwinklige Brisma 44 in eine Lage gebracht, in der seine nicht sichtbare Dachkante parallel zu derjenigen Ebene gerichtet ist_t in der die Refraktion wirksam ist. Die Schwenkung des Prismas 44 um die Achae Zr-Zr bezüglich einer iiormallage, die beispielsweise durch eine nicht dar- ^

gestellte Libelle angezeigt werden kann, gestattet die Ermittlung des durch die Refraktion bedingten Winkels ot ·

Pig. 6 zeigt den mittels zweier Zapfen 54, 55 in einer Gabel 6 um die Achae ^Z5~Zg schwenkbar gelagerten ebenen Heflektor 7. Mit dem Zapfen 55 ist ein mit einer Peinsteilschraube 56 in Eingriff stehendes Zahnsegment 57 verkeilt. Die Peinstellschraube 56 ist in lagern 58, 59 gelagert und treibt ein gegen Verdrehungen gesichertes Mutterstück 60 zu linearer Bewegung an. Ein Skalenträger 61 ist am toutterstück 60 befestigt und gegenüber einem gerätefeat W

angeordneten Skalenträger 62 bewegbar. Die Skala dea Skalenträgers 61 stellt den Kehrwert des Logarithmus des Schwenkwinkela OC und die des Skalenträgers 62 den Logarithmus von Ί dar. Beide Skalenträger 60 und 61 wirken nach Art eines RechenSchiebers zusammen. Bei der Berechnung wird durch Drehen der Peinstellschraube 56 über dem Logarithmus fj der Logarithmus des Schwenkwinkels QL eingestellt und an einer Endmarke der logarithmischen Skala für oc die Abweichung h

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an der logarithmischen Skala für -| abgelesen.

Fig. 6 demonstriert also, daß es auch möglich ist, mit dem Heflektor und seiner Schwenkvorrichtung einen Rechner zu koppeln, der unmittelbar die Abweichung h anzeigt. Dabei ist der Rechner weder an die in Fig. 6 dargestellte Anordnung noch an diese Ausbildung gebunden.

Fig. 7 stellt das einem entfernten Reflektor zugewendete Lnde des optischen Senders 2 dar, bei dem in der MLtte der Austritt soffnung 63 vier lichtelektrische Empfänger 64, 65, 66, 67 rotationssymmetrisch angeordnet sind und das die Bezugslinie festlegende Lichtstrahlenbündel den Sender durch die verbleibende kreisringförmige öffnung verläßt. Die lichtelektrisehen Empfänger 64 bis 67 sind auf einer kreisförmigen Platte 68 befestigt, die mit Hilfe von Stützen 69, 70, 71| 72 in der Mitte der Auetritteöffnung 63 gehalten wird. Die Schaltung und die Wirkungsweise der rotationasymmetrisch, angeordneten lichtelektrischen Empfänger 64 bis 67 ist ähnlich wie zu Fig. 3 beschrieben.

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Claims (11)

Patentansprüche

1.!Vorrichtung zur Bestimmung des Einflusses der Refraktion auf eine optisch realisierte Bezugslinie, die einen ein parallelstrahliges Lichtbündel koaxial zur Bezugslinie aussendenden Sender, einen im wesentlichen rechtwinklig zur Bezugslinie entfernt angeordneten, das lichtbündel reflektierenden Reflektor, der um mindestens eine zur Bezugslinie rechtwinklige Achse kippbar ist, und einen das lichtbündel empfangenden Detektor enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor mindestens eine Reflexionsebene besitzt, in der das lichtbündel in Abhängigkeit vom Einfallswinkel reflektiert wird, daß Mittel vorgesehen Bind, mit deren Hilfe die Reflexionsebene mit derjenigen Ebene zur Deckung gebracht wird, in der die Refraktion wirkt, und daß der Detektor koaxial zur Bezugslinie angeordnet ist,

2. Vorrichtung nach Anspruch ί, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender als Laser ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor um zwei zueinander und zur Bezugslinie rechtwinklige Achsen schwenkbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor um zwei zueinander rechtwinklige Achsen schwenkbar ist, von denen eine zumindest in der Nähe des Reflektore mit der Bezugslinie zusammenfällt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein rechtwinkliges Prisma ist,

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6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor ein Planspiegel ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus mehreren gleichen Teilen in regelmäßiger Anordnung zueinander und zur Bezugslinie besteht,

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor Tripelprismen enthalt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor aus fotoelektrischen Empfängern besteht.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von fotoelektrischen Empfängern vorgesehen ist, daß jeweils diametral liegende fotoelektrische Empfänger in Differenz geschaltet sind, daß jeweils zwei fotoelektrische Empfänger mit einem Geber und dieser mit einem beim Reflektor befindlichen elektrischen Empfänger verbunden sind und daß der elektrische Empfänger mit den Mitteln kraft schlüssig verbunden ist, die die Reflexionsebene mit der Re fraktion se be n^_zur Deckung bringen unddie Kippung des Reflektors in dieser Ebene bewirken.

11. Vorrichtung nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Mittel zum Schwenken des Reflektors in der Refraktionsebene ein Rechner angeschlossen ist.

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