RU1779925C - Лазерный нивелир - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к геодезическому приборостроению.

Наиболее близким по технической сущности  вл етс  лазерный нивелир, содержащий точечный источник излучени , например полупроводниковый лазер, расположенный в фокусе объектива формирующей оптической системы, и оптический блок развертки, вращением которого в пространстве - светова  опорна  плоскость.

Недостатком данного устройства  вл етс  то, что угловые флуктуации от диаграмм напраеленности лазерного пучка относительно от вращени  оптического блока развертки привод т к линейным смещени м пучка на выходе объектива и, как следствие, к линейным смещени м пучка на

выходе оптического блока развертки. В результате происход т линейные периодические смещени  пучка по высоте на выходе оптического блока развертки относительно проектной плоскости.

Достигаемый технический результат за вл емого изобретени  состоит в обеспечении возможности учета угловых флуктуации опорного светового пучка посредством измерени  его линейных смещений на выходе оптического блока развертки и согласованного управлени  каким-либо параметрам светового пучка, что ведет к повышению точности нивелировани .

Это достигаетс  тем, что в лазерный нивелир введены фотоэлектрический анализатор поперечных смещений со светоделителем , жестко-скрепленным с

XI XI

О

ч

ю ел

пентапризмой, установленным перед ее выходным окном и ориентированным главной плоскостью параллельно оптической оси, кварцевый генератор и генератор опорного напр жени , первый и второй входы которого электрически сопр жены с выходом фотоэлектрического анализатора поперечных смещений и с выходом кварцевого генератора соответственно, а выход - с входом лазера, при этом вычислитель выполнен в виде блока анализа суммы и разности сигналов, вход которого электрически сопр жен с выходом коорди- натно чувствительного фотоприемника, первого и второго фазовых детекторов, первые входы которых электрически сопр жены с первым и вторым выходами блока анализа суммы и разности сигналов соответственно, управл емого кварцевого генератора, вход которого электрически сопр жен с вторым выходом блока анализа суммы и разности сигналов, а первый и второй выходы электрически сопр жены с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов, сумматора, первый и второй входы которого электрически сопр жены с выходами первого и второго фазовых детекторов соответственно, интегратора, первый вход которого электрически сопр жен с выходом сумматора, а выход - с блоком индикации , и блока управлени , интегратором, вход которого электрически сопр жен с вторым выходом блока анализа суммы и разности сигналов, а выходы - с вторым входом интегратора.

На фиг,1 представлен задающий прибор 1; на фиг. 2. - измерительна  марка 2.

Задающий прибор содержит корпус 3, в котором вдоль оптической оси последовательно размещены источник 4 света на основе полупроводникового лазера, объектив 6, линзовый компенсатор 6, закрепленный в ма тниковом подвесе 7, и оптический блок развертки светового пучка в опорную плоскость 8 в виде пентапризмы, установленной на осевой системе в виде полного цилиндра 9.

В свою очередь цилиндр 9 установлен в корпусе посредством подшипников 10 с возможностью вращени  от привода 11.

На выходной грани пентапризмы 8 по оптической оси размещен светоделитель- ный блок в виде призмы 12, дополненный двум  клинь ми 13 и 13 до цилиндрической линзы, т.е. представл ющей собой плоскопараллельную пластину в меридиональной и плосковыпуклую линзу в сагиттальной плоскост х. Выход-юе окно 14 в корпусе 3 задающего прибора 1 выполнено в виде цилиндрического концентрического мениска.

Светоделительное ребро призмы 12 задает две оптические оси анализатора положени  выходного светового пучка, вдоль одной из которых расположены конденсор 15, нейтральный светофильтр 16, а вдоль второй - объектив 5 и кольцевое зеркало 17. Причем в фокальных плоскост х конденсора 15 и объектива 5 соответственно установлены фотоприемники 18 и 19. Выходы обоих фотоприемников соединены с входами дифференциального усилител  20, выход которого соединен с входом генератора опорного напр жени  (ГОН) 21,  вл ющегос  источником питани  дл  полупроводникового

лазера 4. Причем второй вход ГОН 21 соединен с выходом кварцевого генератора 22. Дл  предварительного горизонтировани  задающего прибора корпус 1 оснащен подъемными винтами 23 и пузырьковым уровнем

24. Питание привода 11 и электронных блоков задающего прибора осуществл етс  блоком питани  (БП) 25.

Измерительна  марка содержит коор- динатно-чувствительный фотоприемник

(КЧФ) 26, блок 27 анализа мгновенной суммы и разности сигналов КЧФ, фазовый детектор 28, индикатор 29, дополнительный фазовый детектор 30, сумматор 31 сигналов, интегратор 32, устройство 33 управлени 

интегратором и управл емый кварцевый ге-. нератор (УКГ) 34.

Устройство работает следующим образом .

Перед началом работы задающий прибор 1 посредством подъемных винтов 23 по пузырьковому уровню 24 приводитс  в положение , при котором ось вращени  свето- делительного блока занимает отвесное положение. После включени  блока питани 

свет от источника 4 последовательно проходит объектив 5 с линзовым компенсатором 6, оптический блок 8 развертки. Так как источник света 4 находитс  в фокальной плоскости эквивалентной системы 5-6,

содержащей объектив 5 и линзовый компенсатор 6, то на Светоделительное ребро-анализатор призмы 12 поступает параллельный пучок света, часть которого через выходное окно направл етс  на измерительную марку , а друга  часть светоделительными гран ми призмы 12 на фотоприемники 18 и 19. Причем возможные отклонени  светового пучка на входе призменного блока развертки 8 от вертикального положени  из-за непроизвольных наклонов корпуса 3 задающего прибора устран ютс  линзовым компенсатором 6, установленным в корпусе на ма тниковом подвесе 7.

При угловых флуктуаци х диаграммы

направленности светового пучка источника

4 излучени  происход т линейные поперечные смещени  светового пучка на выходе компенсирующей линзы 6 относительно оси вращени  оптического блока 8 развертки. В результате в процессе развертки пучка в опорную плоскость на выходе из блока 8 развертки происход т периодические смещени  пучка по высоте, что  вл етс  основной составл ющей ошибки измерений. Дл  исключени  вли ни  выходного окна 14 на расходимость светового пучка выходна  грань светоделительного блока 12 выполнена в виде цилиндрической линзы, причем совместно с выходным окном она составл ет конфокальную систему с увеличением равным 1х. Включение в одну из ветвей анализатора положени  выходного светового пучка нейтрального светофильтра 16 позвол ет уравн ть оптические коэффициенты пропускани  обеих ветвей анализатора.

При смещении энергетического центра пучка относительно делительного ребра светоделител  ,12 в поперечном направлении происходит перераспределение световой энергии между фотоприемниками 18 и 19.Разность сигналов фотоприемников, выделенна  усилителем 20, воздействует на ГОН 21 таким образом, что измен ет скважность вырабатываемых им импульсов при посто нной частоте их повторени , котора  определ етс  кварцевым генератором 22. Таким образом скважность световых им- пулысов, вырабатываемых источником 4 излучени , будет нести дополнительную информацию о смещении опорного луча в поперечном направлении при его вращении .

В измерительной марке 2 световой пучок воздействует на КЧФ 26, соединенный с входами блока 27. анализа на выходе которого в любой момент времени присутствуют два сигнала: на выходе - - мгновенна  разность сигналов фотоприемников, а на выходе + - мгновенна  сумма сигналов фотоприемников, причем если световой пучок не выходит за пределы чувствительной площадки КЧФ. то сигнал суммы будет практически посто нным, а сигнал разности будет иметь величину, пропорциональную отклонению энергетического центра пучка от геометрического центра КЧф. При этом его фаза будет зависеть от направлени  этого отклонени . Этот сигнал поступает на вход фазового детектора 28, в качестве опорного сигнала в котором используетс  суммарный сигнал блока 27 анализа.

Выход фазового детектора 28 поступает на один из входов сумматора 32, на второй вход которого поступает сигнал с выхода дополнительного фазового детектора 30.

Сигнал на выходе дополнительного фазового детектора 30 пропорционален изменению скважности импульсов, снимаемых с выхода + блока анализа 27, а в качестве

5 опорного сигнала используетс  напр жени  УКГ 34, синхронизируемого этим же сигналом .

Таким образом сумматор 31 позвол ет учитывать поправку за счет измерени 

0 скважности световых импульсов. Поскольку врем  пребывани  светового пучка на КЧФ 26 ограничено скоростью развертки, размером площадки КЧФ и углом расходимости пучка в горизонтальной плоскости, то дл 

5 повышени  чувствительности устройства используетс  интегратор 32, позвол ющий интегрировать выходной сигнал в течение времени, определ емого устройством управлени  интегратором 33. Устройство уп0 равлени  интегратором 33 позвол ет устанавливать врем  интегрировани , кратное частоте следовани  световых импульсов , и поэтому вход устройства управлени  интегратором 33 соединен с выходом +

5 блока анализа 27.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Лазерный нивелир, содержащий передающий блок с расположенными на опти0 ческой оси лазером, коллимирующей системой, компенсатором наклона и пен- тапризмой, установленной с возможностью поворота вокруг оси, совмещенной с оптической осью, приемный блок с координатно

   5 чувствительным фогоприемншом. вычислитель и блок индикации, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности за счет уменьшени  вли ни  ошибок, обусловленных положением оси вращени 

   0 пентапризмы, в него введены фотоэлектрический анализатор поперечных смещений со светоделителем, жестко скрепленным с пентапризмой, установленным перед ее выходным окном и ориентированным глав5 ной плоскостью параллельно оптической оси. кварцевый генератор и генератор опорного напр жени , первый и второй входы которого электрически сопр жены с выходом фотоэлектрического анализатора

   0 поперечных смещений и с выходом кварцевого генератора соответственно, а выход - с входом лазера, при этом вычислитель выполнен в виде блока анализа суммы и разности сигналов, вход которого электрически

   5 сопр жен с выходом координатно чувствительного фотоприемника, первого и второго фазовых детекторов, первые входы которых электрически сопр жены с первым и вторым выходами блока анализа суммы и разности сигналов соответственно управл емого кварцевого генератора, вход которого электрически сопр жен с вторым выходом блока анализа суммы и разности сигналов, а первый и второй выходы электрически сопр жены с вторыми входами первого и второго фазовых детекторов, сумматора, первый и второй входы которого электрически сопр жены с выходами первого и второго фазовых детекторов соответственно , интегратора, первый вход которого электрически сопр жен с выходом сумматора , а выход - с блоком индикации, и блока управлени  интегратором, вход которого электрически сопр жен с вторым выходом блока анализа суммы и разности сигналов, а выходы - с вторым входом интегратора,

   1518

   25

   Фиг.1

   J2

   29

   фиг.г