RU2174215C1

RU2174215C1 - Device transmitting horizontal direction from one horizon to another horizon

Info

Publication number: RU2174215C1
Application number: RU2000100272/28A
Authority: RU
Inventors: С.П. Буюкян; Г.Е. Рязанцев
Original assignee: Государственный специализированный проектный институт
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-09-27

Abstract

FIELD: geodetic instrumentation. SUBSTANCE: invention can be employed for geodetic and mining surveyor's measurements while transmitting horizontal direction from one horizon to another horizon or into object. Device includes telescopes with vertical rotation axes. Telescopes are installed on different horizons, are optically coupled one to another and are mechanically linked to TV cameras. TV cameras have CCD matrixes, matrixes of light sources and lenses. Optical axes of lenses of TV cameras are aligned with vertical rotation axes of telescopes. Matrixes of light sources and CCD matrixes are installed in horizontal plane. EFFECT: simplified design, increased functional reliability and measurement accuracy of device. 1 dwg

Description

Изобретение относится к технической физике, в частности к геодезическому приборостроению. The invention relates to technical physics, in particular to geodetic instrumentation.

Известны устройства для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, содержащие передатчик направления, установленный на одном горизонте, и оптически связанный с ним приемник направления, установленный на другом горизонте. При этом передатчик направления снабжен рейкой со светящимися щелями, установленными соосно, а приемник направления - зрительной трубой в виде теодолита. Искомое направление отсчитывается как угол между оптической осью зрительной трубы теодолита и продольной осью упомянутых светящихся щелей /1/. Known devices for transmitting a horizontal direction from one horizon to another, containing a direction transmitter mounted on one horizon, and an optically coupled direction receiver mounted on another horizon. In this case, the direction transmitter is equipped with a rail with luminous slots mounted coaxially, and the direction receiver is equipped with a telescope in the form of a theodolite. The desired direction is counted as the angle between the optical axis of the theodolite telescope and the longitudinal axis of the aforementioned luminous slits / 1 /.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является поляриметрическое устройство для передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, состоящее из передатчика направления и оптически связанного с ним приемника направления. Передатчик направления снабжен зрительной трубой с вертикальной осью вращения (в виде теодолита) и соединенными с ней лазером, поляризационным фильтром, коллимирующей оптикой и поляризатором, создающими плоско-поляризованный свет. Приемник направления снабжен модулятором, генератором, анализатором, узкополосным интерференционным фильтром, фотоумножителем и фазочувствительным выпрямителем, позволяющими отсчитывать искомый угол между оптической осью теодолита и плоскостью поляризации лазерного луча /2/. The closest to the claimed invention in terms of features (prototype) is a polarimetric device for transmitting a horizontal direction from one horizon to another, consisting of a direction transmitter and a direction receiver optically coupled to it. The direction transmitter is equipped with a telescope with a vertical axis of rotation (in the form of a theodolite) and a laser, a polarizing filter, collimating optics and a polarizer connected to it, creating a plane-polarized light. The directional receiver is equipped with a modulator, generator, analyzer, narrow-band interference filter, a photomultiplier, and a phase-sensitive rectifier, which make it possible to count the desired angle between the optical axis of the theodolite and the plane of polarization of the laser beam / 2 /.

Прототип обладает недостатками: недостаточной надежностью и точностью измерений в соответствии с современными требованиями и содержанием большого количества сложных настраиваемых и юстируемых узлов. The prototype has drawbacks: insufficient reliability and accuracy of measurements in accordance with modern requirements and the content of a large number of complex customizable and adjustable nodes.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в упрощении конструкции, повышении надежности и точности измерений. The problem solved by the present invention is to simplify the design, increase the reliability and accuracy of measurements.

Для решения этой задачи в предлагаемом устройстве, содержащем оптически связанные и установленные на разных горизонтах, на которые передается горизонтальное направление, передатчик и приемник направления, снабженные зрительными трубами с вертикальными осями вращения, согласно изобретению и в отличие от прототипа в передатчик и в приемник направления введены матрицы источников света и телекамеры с ПЗС-матрицами (матрицами приборов с зарядовой связью), соединенными со зрительными трубами, при этом оптические оси объективов телекамер совмещены с вертикальными осями вращения зрительных труб, а матрицы источников света и ПЗС-матрицы установлены в горизонтальной плоскости. To solve this problem, in the proposed device, which contains optically coupled and installed at different horizons, to which the horizontal direction is transmitted, the transmitter and the direction receiver, equipped with telescopes with vertical axes of rotation, according to the invention and, in contrast to the prototype, are introduced into the transmitter and receiver arrays of light sources and cameras with CCD arrays (arrays of devices with charge coupling) connected to telescopes, while the optical axis of the lenses of cameras with accommodated with vertical axes of rotation of the telescopes, and the matrix of light sources and CCD installed in the horizontal plane.

Изобретение поясняется чертежом, на котором схематично представлено предлагаемое устройство. Оно состоит из передатчика направления А1, установленного на верхнем горизонте, и приемника направления А2, установленного на нижнем горизонте. The invention is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed device. It consists of a direction transmitter A1 mounted on the upper horizon and a direction receiver A2 mounted on the lower horizon.

Передатчик направления содержит соединенные друг с другом зрительную трубу 1, телекамеру 2 с ПЗС-матрицей 3 и объективом 4 и матрицу источников света 5. The direction transmitter comprises a telescope 1 connected to each other, a camera 2 with a CCD matrix 3 and a lens 4, and a matrix of light sources 5.

Приемник направления содержит соединенные друг с другом зрительную трубу 6, телекамеру 7 с ПЗС-матрицей 8 и объективом 9 и матрицу источников света 10. The directional receiver comprises a telescope 6 connected to each other, a camera 7 with a CCD sensor 8 and a lens 9 and a matrix of light sources 10.

Оптические оси объективов 4 и 9 (соответственно телекамер 2 и 7) совмещены друг с другом и с вертикальными осями Н-Н вращения зрительных труб 1 и 6, а ПЗС-матрицы 3 и 8 и матрицы источников света 5 и 10 установлены в горизонтальной плоскости. В результате изображение матрицы источников света 5 передатчика направления проецируется на ПЗС-матрицу 8 приемника направления и изображение матрицы источников света 10 приемника направления - на ПЗС-матрицу 3 передатчика направления. The optical axes of the lenses 4 and 9 (respectively, cameras 2 and 7) are aligned with each other and with the vertical axes HH of rotation of the telescopes 1 and 6, and the CCD matrices 3 and 8 and the matrix of light sources 5 and 10 are mounted in the horizontal plane. As a result, the image of the matrix of light sources 5 of the direction transmitter is projected onto the CCD matrix 8 of the direction receiver and the image of the matrix of light sources 10 of the direction receiver is projected onto the CCD matrix 3 of the direction transmitter.

Матрицы источников света 5 и 10 могут быть выполнены, например, в виде светодиодных матриц или матриц с элементами в виде освещаемых круглых марок - светлых на темном фоне или темных на светлом фоне. Количество этих элементов (светодиодов или круглых марок) устанавливается, исходя из требуемой точности и скорости измерений. Чем больше элементов в матрице, тем (в определенных пределах) выше точность и больше время измерений и наоборот. Matrices of light sources 5 and 10 can be made, for example, in the form of LED matrices or matrices with elements in the form of illuminated round marks - light on a dark background or dark on a light background. The number of these elements (LEDs or round marks) is set based on the required accuracy and speed of measurement. The more elements in the matrix, the (within certain limits) the higher the accuracy and the longer the measurement time and vice versa.

Особенностью предлагаемого устройства является то, что и передатчик, и приемник направления выполнены по идентичной схеме, ввиду чего искомое направление А1 с верхнего горизонта передается на нижний и наоборот - направление А2 с нижнего горизонта - на верхний. A feature of the proposed device is that both the transmitter and the receiver of the direction are made in the same way, as a result of which the desired direction A1 from the upper horizon is transmitted to the lower and vice versa - direction A2 from the lower horizon to the upper.

Устройство работает следующим образом. В выходном телевизионном сигнале телекамеры 2 формируется изображение матрицы источников света 10, а в выходном телевизионном сигнале телекамеры 7 - матрицы источников света 5. Эти телевизионные сигналы передаются в отсчетное устройство (компьютер), не показанный на чертеже, обрабатываются в нем и вычисляется горизонтальный угол между оптическими осями А1 и А2 зрительных труб 1 и 6 и тем самым горизонтальное направление передается с одного горизонта на другой. The device operates as follows. An image of a matrix of light sources 10 is formed in the output television signal of the camera 2, and a matrix of light sources 5 is formed in the output television signal of the camera 7. These television signals are transmitted to a reading device (computer), not shown in the drawing, processed in it, and a horizontal angle between optical axes A1 and A2 of the telescopes 1 and 6, and thus the horizontal direction is transmitted from one horizon to another.

Предлагаемое устройство может применяться, например, для решения маркшейдерских задач, а также задач, связанных с передачей азимута извне вовнутрь сооружения. The proposed device can be used, for example, to solve surveying tasks, as well as tasks related to the transmission of azimuth from outside to inside the structure.

Предлагаемое устройство в сравнении с аналогами и прототипом обладает более высокой точностью и меньшим временем измерений. По результатам экспериментальных исследований средняя квадратическая погрешность передачи направления с одного горизонта на другой составила 1,8 угл.с при времени измерений не более 30 с. Аналогичные показатели у прототипа - 10 угл.с и 30 мин. The proposed device in comparison with analogues and prototype has a higher accuracy and shorter measurement time. According to the results of experimental studies, the mean square error of the direction transfer from one horizon to another was 1.8 angular seconds with a measurement time of not more than 30 s. The similar performance of the prototype is 10 arc.s and 30 minutes.

Кроме того, оно проще прототипа и содержит меньшее число стандартных промышленных узлов (телекамера, светодиодная матрица), характеризуемых высокой надежностью (согласно паспортным данным телекамеры с ПЗС-матрицей ее наработка на отказ составляет не менее 100000 ч), низковольтным (=12 B) и слаботочным (0,2А) электропитанием. In addition, it is simpler than the prototype and contains fewer standard industrial units (camera, LED matrix), characterized by high reliability (according to the passport data of a camera with a CCD matrix, its MTBF is at least 100,000 hours), low voltage (= 12 V) and low-current (0.2A) power supply.

Источники информации
1. Маркшейдерско-геодезические приборы и инструментоведение, Н.Ф.Гусев, "Углетехиздат", М., 1958, стр.452.Sources of information
1. Surveying and geodetic instruments and instrumentation, NF Gusev, "Ugletekhizdat", M., 1958, p. 452.

2. Авторское свидетельство СССР N 1514027, Устройство передачи азимута с одного горизонта на другой, кл. G 01 С 15/00, 1991 г. (прототип). 2. Copyright certificate of the USSR N 1514027, Device for transmitting azimuth from one horizon to another, cl. G 01 C 15/00, 1991 (prototype).

Claims

A device for transmitting a horizontal direction from one horizon to another, containing telescopes with vertical axes of rotation mounted on these horizons and optically connected to each other, characterized in that light source arrays and cameras with CCD arrays are connected to the telescopes, the optical axes of the camera lenses are aligned with the vertical axes of rotation of the telescopes, and the matrices of light sources and the CCD are mounted in the horizontal plane.