SU64692A1

SU64692A1 - Instrument for measuring the inclination of the visible sea horizon

Info

Publication number: SU64692A1
Application number: SU4301A
Authority: SU
Inventors: В.В. Каврайский
Original assignee: В.В. Каврайский
Filing date: 1941-02-08
Publication date: 1945-05-31

Description

При астрономическом определении места корабл в море видима высота светила над истинным горизонтом получаетс как разность его высоты над видимым морским горизонтом и наклонени горизонта.With the astronomical determination of the ship’s position in the sea, the height of the star above the true horizon is obtained as the difference between its height above the visible sea horizon and the inclination of the horizon.

Перва из этих величин непосредственно измер етс секстантом с точностью до немногих дес тых долей минуты. Наклонение же обычно беретс из таблицы, аргументом которой служит высота глаза наблюдател над уровнем мор . Эта таблица составлена дл некоторого среднего состо ни атмосферы . В действительности же наклонение горизонта может отличатьс от табличного на величину, нерелко достигающую 1-2, а иногда и больше.The first of these quantities is directly measured by the sextant to within a few tenths of a minute. The inclination is usually taken from a table, the argument of which is the height of the observer's eye above sea level. This table has been compiled for some average atmosphere. In reality, the inclination of the horizon may differ from the table one by an amount that reaches 1-2 or sometimes more.

Таким образом точность определени места корабл в море из астрономических наблюдений ограничиваетс , главным образом, точностью примен емого при этом значении наклонени горизонта.Thus, the accuracy of determining the ship’s position in the sea from astronomical observations is limited mainly by the accuracy of the inclination of the horizon used at this value.

Наиболее действительное средство повысить эту точность и заключаетс в том, чтобы непосредственно измер ть наклонение горизонта .The most valid means of improving this accuracy is to directly measure the inclination of the horizon.

Предметом насто щего изобретени вл етс прибор дл измерени наклонени видимого морского горизонта, дающий в двух част х пол зрени посредством двух объективных систем и раздел ющей инвертной системы призм раздельные-неперекрывающиес изображени двух приблизительно диаметрально противоположных в натуре областей, причем направлени вдоль горизонта (право- лево) на обоих изображени х согласны, а направлени , перпендикул рные горизонту (верх-низ),- противоположны. При этом в некоторых из предложенных вариантов пол разделены, а изображение каждой видимой в поле зрени точки обусловлено пучком лучей , заполн ющим всю площадь зрачка выхода прибора.The object of the present invention is a device for measuring the inclination of the visible sea horizon, giving in two parts fields through two objective systems and separating inverting prism system separate-non-overlapping images of two approximately diametrically opposite areas in nature, and the direction along the horizon (right the left) in both images agree, and the directions perpendicular to the horizon (top-to-bottom) are opposite. In this case, in some of the proposed options, the floor is divided, and the image of each point visible in the field of view is due to a beam of rays that fill the entire pupil area of the instrument's exit.

На фиг. 1 изображена схема прибсзра с разделением пол зрени и посто нной щкалою в нем. На фиг. 2 и 3 - вид пол зрени во врем наблюдени .FIG. Figure 1 shows a pribszra scheme with a separation of the visual field and a constant scale in it. FIG. 2 and 3 are a view of the field of view during the observation.

На фиг. 4, 5, 6 и 7 -иные различные формы выполнени прибора .FIG. 4, 5, 6 and 7 are the various forms of the device.

Прибор дл изме)ени наклонени видимого горизонта с разделением полей и с посто нной шкалой изображен схематически на фиг. 1. Здесь: / и 2-объективы с неранными фокусными рассто ни ми fi и Д fi 3-проста пр моугольна равносторонн призма с посеребреной до половины (толста черта) гипотеь-узой; 4 - половина призмы крыши с шкалой из 30 делений вдоль границы посеребреной части призмы 5. Эта граница перпендикул рна к плоскости чертежа. Нульпунктом шкалы вл етс ее средний, наиболее длинный штрих (фиг. 2 и 3).A device for changing the inclination of the visible horizon with field separation and with a constant scale is shown schematically in FIG. 1. Here: / and 2-lenses with uncorrected focal lengths fi and D fi 3-simple rectangular, equilateral prism with half hypotent silvered to half thickness (thickness). 4 - half of the roof prism with a scale of 30 divisions along the border of the silvered part of the prism 5. This border is perpendicular to the plane of the drawing. The zero point of the scale is its middle, longest stroke (Fig. 2 and 3).

Призмы 3 и 4 склеены и образуют раздел юшую систему. Изображени далеких предметов, даваемые объективами / и 2 и призмами , получаютс в плоскости АВ, проход щей через границу посеребрени , и рассматриваютс через окул р 5. Дл уменьшени числа отражаюш,их поверхностей, а следовательно, дл увеличени светосилы можно переднюю плосковыпуклую линзу окул ра заменить сферической поверхностью на простой призме, т. е. применить в качестве призмы 5 призму-лупу, как показано пунктиром.Prisms 3 and 4 are glued together and form a section of the next system. Images of distant objects given by lenses I and 2 and prisms are obtained in the plane AB, passing through the silver-plated border, and viewed through the eye of p. 5. To reduce the number of reflecting their surfaces, and therefore, to increase the aperture, you can use an anterior flat-convex eye lens. replace with a spherical surface on a simple prism, i.e., apply a prism magnifying lens as a prism 5, as shown by the dotted line.

Дл изменени фокусного рассто ни одной из объективных систем (дл подгонки цены делени шкалы, точно к одной минуте) можно, но не желательно, ввести слабую линзу 6 в подвижном тубусе между одним из объективов и раздел ющей системой.To change the focal distance of one of the objective systems (to adjust the scale division price to just one minute), it is possible, but not desirable, to introduce a weak lens 6 in the moving tube between one of the lenses and the separating system.

Представим себе, что вс оптика прибора строго симметрична относительно плоскости фиг. 1, котора горизонтальна, и что визирные линии обеих трубок, определ емые нулем шкалы, отраженным в призмах , и оптическими центрами объективов ,- строго параллельны между собою. Тогда, очевидно, левый и правый участки истинного горизонта представ тс , соответственно , левым и правым полудиаметрами пол зрени , проход щими через нуль шкалы, перпендикул рными ей и, следовательно, составл ющими продолжение один другого.Let us imagine that all the optics of the device are strictly symmetric with respect to the plane of FIG. 1, which is horizontal, and that the sighting lines of both tubes, defined by the scale zero, reflected in the prisms, and the optical centers of the lenses, are strictly parallel to each other. Then, obviously, the left and right parts of the true horizon appear, respectively, to the left and right half-diameters of the field of view, passing through the zero of the scale, perpendicular to it and, therefore, constituting a continuation of one another.

Право и лево в обеих половинах пол зрени и верх и низ в правой половине пол зрени будут соответствовать действительности, а в левой половине пол зрени верх и низ будут переменены.Right and left in both half of the field of vision and the top and bottom in the right half of the field of vision will correspond to reality, and in the left half of the field of view the top and bottom will be changed.

Значит, изображение видимого горизонта, даваемое правым объективом , будет на f, arc п ниже нул шкалы, а изображение левого видимого горизонта - на f- arc n выше нул шкалы, и линейное рассто ние ежду этими изображени ми будет (fi-f Д) гс п.This means that the image of the visible horizon given by the right lens will be f, arc p below the scale zero, and the image of the left visible horizon f f arc above the scale zero, and the linear distance between these images will be (fi-f D) gc n.

Повернем весь прибор вокруг „продольной оси, т. е. вокруг оси окул ра на угол s против часовой стрелки. Вызванное этим поворотом изменение картины, видимой в поле зрени , очевидно, будет то же, как если бы прибор оставалс неподвижен, но левый горизонт опустилс бы на угловую величину S, а правый подн лс на ту же величину. Этому будет соотве.ст-вовать понижение изображени правого горизонта на линейную величину /2 arc s, а левого-на большее рассто ние Д arc s. При этом рассто ние между изображени ми уменьшаетс на (fj-f,, arc .Let us turn the entire device around the „longitudinal axis, i.e., around the axis of the ocular, by the angle s counterclockwise. The change in the pattern visible in the field of view caused by this rotation will obviously be the same as if the device remained stationary, but the left horizon would be lowered by the angular value S, and the right elevated by the same value. This will correspond to a decrease in the image of the right horizon by a linear value of / 2 arc s, and that of the left horizon by a greater distance D arc s. In this case, the distance between images is reduced by (fj-f, arc.

Будем поворачивать прибор до тех пор, пока изображени горизонтов не сомкнутс на шкале, как показано на фиг. 2. ТогдаWe will rotate the device until the horizon images are closed on the scale, as shown in FIG. 2. Then

(fj-fj) arc (fi-Hs) arc n,(fj-fj) arc (fi-Hs) arc n,

откуда угол поворота, необходимый дл гриредени горизонтов в соприкосновение,where the angle of rotation required to grind horizons into contact,

fi4f3fi4f3

. .

fl-fjfl-fj

Этим поворотом изображение правого горизонта понижено на fj 8ГС г, так что линейное рассто ние от нул шкалы до изображени правого, а следовательно, и левого горизонтов, считаемое положительным всегда вниз, будетBy this rotation, the image of the right horizon is reduced by fj 8ГС g, so that the linear distance from the zero scale to the image of the right, and hence the left horizon, considered positive always down, will be

о т fabout t f

/ 1J То/ 1J That

12 arc n-f f2 arc г arc n.12 arc n-f f2 arc g arc n.

13 13

Отсчет шкалы против общей точки горизонтов будет при этом просто равен искомому п в минутах дуги, если сделать линейнуюThe counting of the scale against the common point of the horizons will simply be equal to the desired n in minutes of the arc, if we make a linear

величину t одного делени шкалы равнойthe value of t of a single scale is equal to

фиг. 3 представлена картина, видима в поле speHt трубы при совмещении горизонтов но П положении инструмента после поворота его приблизительно на 180° вокруг продольной оси (призмакрыша - слева, короткое колено- слева, делени шкалы идут влево). FIG. Figure 3 shows the picture, visible in the speHt field of the pipe when the horizons overlap but the P position of the tool after turning it approximately 180 ° around the longitudinal axis (prisamkrysh is on the left, the short knee is on the left, dividing the scale goes left).

Если нуль 11калы смешен от должного положени , например, вниз на фиг. 2, следовательно, вверх на фиг. 3, на «о делений шкалы, то в I положении отсчет шкалы будет o.j п - tto, а во И положении а.-If the zero of the 11kala is mixed from the proper position, for example, downwards in FIG. 2, therefore, upwards in FIG. 3, on “about divisions of the scale, then in the first position the scale reading will be o.j n - tto, and in the i position a.-

n-f «оOj-l-oj°3-°l n-f "oOj-l-oj ° 3- ° l

Отсюда п -- : 0 - Таким образом в среднем из двух отсчетов ошибка Др шкаль вполне исключаетс . Эту ошибку можно сделать близкой к нулю перемешен ем раздел ющей системы в направлении, перпендикул рном пл скости фиг. 1. Тогда ttj и «2 будут мало разнитьс и среднее арифметическое из них, т. е. искомое те, можно брать в уме, не записыва каждое из этих двух отсчетов в отдельности.Hence, n -: 0 - Thus, on the average of two readings, the error Δr is completely eliminated. This error can be made close to zero by mixing the separation system in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1. Then ttj and 2 will differ a little and the arithmetic mean of them, i.e., the sought-for ones can be taken in mind without having to write each of these two samples separately.

Итак, измерение наклонени горизонта сводитс к следующему: установив окул р по глазу на резкость видени шкалы или помощью диоптрийных делений на головке окул ра, приводим в поле зрени изображени противоположных участков видимого морского горизонта в положении прибора, т. е. при коротком колене справа. Поворотом прибора вокруг „поперечной оси, лар ллельной ос м объективов , делаем изображени горизонтов на-глаз перпендикул рными шкале, т. е. раздельной линии полей . Поворотом прибора вокруг продольной оси совмешаем между собою точки пересечени обоих горизонтов с раздельной линией полей и замечаем отсчет Oj шкалы, на котором происходит совмещение .Thus, measuring the inclination of the horizon reduces to the following: setting the ocular on the eye for sharpness of the scale or using diopter divisions on the head of the ocular, bring in the visual field images of opposite parts of the visible sea horizon in the instrument, i.e., with the short knee to the right. By turning the instrument around the transverse axis, along the lens axis of the lenses, we make the horizon images perpendicular to the scale, i.e. a separate line of fields. By turning the device around the longitudinal axis, we mix the intersection points of both horizons with a separate line of fields and notice the counting Oj of the scale on which the alignment occurs.

Повтор ем то же во II положении прибора - при коротком колене слева (отсчет а,) и беремRepeat the same in the second position of the device - with the short knee on the left (countdown a,) and take

среднее n - (ai-faij) из обоих отсчетов.mean n - (ai-faij) of both samples.

Втора форма выполнени прибора представлена на фиг. 4.The second embodiment of the device is shown in FIG. four.

Здесь шкала в поле зрени отсутствует и объективные системы обеих трубок имеют одинаковые фокусные рассто ни . Рассто ние между изображени ми горизонта здесь не измен етс от поворота прибора и измерение этого рассто ни , равного 2 1г в пространстве предметов, производитс сведением изображений горизонтов при помощи компенсатора или микрометра .Here, the scale in the field of view is absent and the objective systems of both tubes have the same focal length. The distance between the images of the horizon here does not change from the rotation of the instrument and the measurement of this distance, equal to 2 1g in the space of objects, is made by mixing the images of the horizons using a compensator or a micrometer.

Раз достигнутое совмещение -Очек пересечени обоих горизонтов с раздельной линией полей не будет нарушатьс при перемещении этой точки в поле зрени .Once the alignment is achieved, the intersection points of both horizons with a separate line of fields will not be disturbed when this point is moved into the visual field.

Перед одним из объективов помещен неподвижный клин S, отклoн .ющий лучи в горизонтальной плоскости (плоскости чертежа) примерно на 1°.A fixed wedge S is placed in front of one of the lenses, deflecting the rays in a horizontal plane (the plane of the drawing) by about 1 °.

Такой же клин 9, вращающийс вокруг трубки, компенсирует действие клина 8, когда их ребра параллельны . При повороте же клина 9 из этого нулевого положени на не очень большой угол, пара будет отклон ть лучи приблизительно в вертикальной плоскости на угол, приблизительно пропорциональный синусу угла поворота .The same wedge 9, rotating around the tube, compensates for the action of the wedge 8 when their edges are parallel. When the wedge 9 is rotated from this zero position to a not very large angle, the pair will deflect the rays approximately in a vertical plane by an angle approximately proportional to the sine of the angle of rotation.

Поворотом клина 9 совмещают точки пересечени обоих горизонтов с раздельной линией полей в любсй точке этой линии, а затем отсчитывают половину угла отклонени , т. е. п на соответственно разделенном секторе (: Ь0°) 10 по указателю 11, св занному с вращающимс клином.By rotating the wedge 9, the intersection points of both horizons are combined with a separate line of fields at any point of this line, and then the half of the deflection angle is counted, i.e., on a correspondingly divided sector (: °0 °) 10 according to the indicator 11 associated with the rotating wedge.

Возможно также выполнить прибор с подвижной раздел ющей системой .It is also possible to implement the device with a movable separation system.

В этом случае-сведение горизонтов производитс поступательным перемещением раздел ющейIn this case, the reduction of horizons is carried out by the progressive movement of the separating

системы в направлении, перпендикул рном плоскости чертежа.systems in the direction perpendicular to the plane of the drawing.

Дл измерени наклона п в обоих положени х инструмента придетс смещать призмы на + / arc п, где / фокусное рассто ние объективов.To measure the slope n in both instrument positions, it is necessary to shift the prisms by + / arc n, where is the focal length of the lenses.

В другом случае объектив одной из трубок перемещаетс в вертикальном направлении, т, е. в направлении , перпендикул рном плоскости чертежа, посредством микрометрического винта. Дл измерени п в двух по.чожени х прибора потребуетс смешать объектив в обе стороны на зЬ 2 / arc п, т. е. на рассто ние вдвое больше, чем смещение разделительной системы призм в предыдущем варианте.In another case, the lens of one of the tubes is moved in the vertical direction, that is, in the direction perpendicular to the plane of the drawing, by means of a micrometric screw. To measure n in two parts of the instrument, it will be necessary to mix the lens in both directions by 3 / arc n, i.e., by a distance twice as large as the offset of the prism separation system in the previous version.

Можно также между одним из объективов и раздел ющей системой поместить нормальный к оси трубки клин, отклон ющий лучи в вертикальной плоскости на угол пор дка 45. Совмещение изображений горизонтов достигаетс в этом случае поступательным перемещением этого клина вдоль трубки . Перемещение отсчитываетс на шкале, нанесенной вдоль трубки по указателю, св занному с клином. При надлежащем выборе нульпункта это перемещение будет пропорционально измер емому п.It is also possible to place a wedge normal to the axis of the tube between one of the lenses and the separating system, which deflects the rays in a vertical plane by an angle of about 45. The image of horizons is combined in this case by translational movement of this wedge along the tube. The displacement is measured on a scale applied along the tube along the pointer associated with the wedge. With proper choice of zero point, this movement will be proportional to the measured item.

Прибор может быть также выполнен в виде зрительной трубки с одним окул ром и одним или двум объективами и системой призм, помещенной перед объективом или между объективами и окул ром, и отличающийс по своей оптической схеме от схем, примен вщихс в приборах других авторов дл той же цели, тем, что на обоих изображени х направлени вдоль горизонта (право-лево) согласны , а направлени , перпендикул рные горизонту (верх -низ),- противоположны.The device can also be made in the form of a telescope with one ocular and one or two lenses and a system of prisms placed in front of the lens or between the lenses and the ocular, and differing in their optical scheme from the schemes used by other authors for the same the objectives, in that the directions along the horizon (right-left) agree on both images, and the directions perpendicular to the horizon (up-down) are opposite.

Эта особенность приводит к тому, что в предлагаемых приборах параллелизм изображений двух приблизительно диаметрально противоположных частей горизонта не нарушаетс при колебании инструмента в руках наблюдателей.This feature leads to the fact that in the proposed devices the parallelism of images of two approximately diametrically opposite parts of the horizon is not disturbed when the instrument oscillates in the hands of observers.

Перед объективом J2 (15 -18 AIM в диаметре) зрительной трубки 15In front of the lens J2 (15 -18 AIM in diameter) telescope 15

(фиг. 5) с 4-5- кратным увеличением помещена система из двух склеенных между собою призм /и 14. 75-обыкновенна пр моугольна равнобедренна призма с квадратными катетами, 7 -;-призма с трем взаимно перпендикул рными гран ми 16, 17, 18. Грани /7 и 18 наклонены под углами в 45° к плоскости чертежа. Четверта же грань 19 призмы М образует угол в 45° с ребром ,.крыши /7-18, одинаково наклонена к обеим ее гран м и параллельна«грани входа призмы 13.(Fig. 5) with 4-5-fold magnification, a system of two prisms glued together between themselves and 14. A 75-ordinary rectangular isosceles prism with square legs, 7 -; - a prism with three mutually perpendicular faces 16, 17 18. Borders / 7 and 18 are inclined at angles of 45 ° to the plane of the drawing. The fourth side of the prism 19 M forms an angle of 45 ° with the edge, the roof / 7-18, equally tilted to both its edges and parallel to the “face of the entrance of the prism 13.

Призмы 13 и 14 склеены между собою канадским бальзамом и заключены в общую оправу 20, навинчиваемую на объективный конец трубки 15. Грань 16 серебритс до половины, как показано толстой чертой.Prisms 13 and 14 are glued together with a Canadian balsam and are enclosed in a common frame 20, which is screwed onto the objective end of tube 15. Face 16 is half silver, as shown by a thick line.

В фокальной плоскости трубки 15 помещаетг углова щкала, совершенно подобна шкале прибора Пульфриха, выпускае.мого фирмой Цейсе.In the focal plane of the tube 15 is placed at the corner of the cheekbone, quite similar to the scale of the Pulfrich instrument manufactured by Ceis.

В вариантах прибора показанна на фиг. 6 двойна призма 13-14 того же типа, как в предыдущих вариантах, помещена вслед за двум объективами 21 w. 22 с различными фокусными рассто ни ми () 3-коррекционна линза.In embodiments of the device shown in FIG. 6, a double prism of 13-14 of the same type as in the previous versions is placed after two lenses 21 w. 22 with different focal lengths () 3 correction lens.

Видима в окул р картина будет отличатьс от показанной на фиг. 2 и 3 лишь тем, что в данном случае пол не разделены, и отсчет шкалы делаетс по линии совмещенных горизонтов, простирающейс через все поле зрени . Совмещение достигаетс поворотом всего прибора вокруг оси его окул рной части.Visible in the eye of the picture will be different from that shown in FIG. 2 and 3 only by the fact that in this case the floor is not divided, and the reading of the scale is done along the line of the combined horizons extending through the entire field of view. The combination is achieved by rotating the entire device around the axis of its ocular part.

Другой вариант прибора отличаетс лишь тем, что углова щкала отсутствует, а объектив разрезан по диаметру, перпендикул рному плоскости чертежа. Одна из половин объектива неподвижна. Друга движетс параллельно линии разреза с помощью микрометрического винта.Another variant of the device differs only in the fact that the angle of the scale is absent, and the lens is cut along the diameter perpendicular to the plane of the drawing. One of the lens halves is fixed. The other is moving parallel to the incision line using a micrometer screw.

Изображени двух частей горизонта совмещаютс вращением этого винта и вследствие особенности , общей всем рассматривае- мым оптическим схемам, это совмещение не нарушаетс при качании прибора в руках наблюдател . На фиг. 7 дан вариант прибора, в котором перед объективом 12 зрительной трубка /5 помещены: куб из двух равнобедренных пр моугольных призм 13 н 14 с полупосеребреной гипотенузой 16 и обыкновенна призма-К| ыша /7, отклон юща осевой луч на 90°.The images of the two parts of the horizon are combined by the rotation of this screw and, due to the peculiarity common to all considered optical schemes, this combination is not disturbed when the instrument is rocked in the hands of the observer. FIG. 7 shows a variant of the device in which in front of the lens 12 the optic tube / 5 is placed: a cube of two isosceles rectangular prisms 13 and 14 with semi-silver gipotenuse 16 and an ordinary prism-K | The head / 7, deflecting axial beam by 90 °.

.,., Призма-крыша 17 неизменно св зана с трубой, а куб 13 - 14 может поворачиватьс вокруг оси АА,по средством микрометрического винта 24 на 30 в ту и другую стороны от среднего положени , при котором ребро крыши перпендикул рно полупосеребреной гипотенузе.The prism roof 17 is permanently connected to the tube, and the cube 13-14 can be rotated around the axis AA, by means of a micrometer screw 24 by 30 into either side of the middle position, in which the edge of the roof is perpendicular to semi-silvered hypotenuse.

Углы поворота в двойных минутах , т. е. от О до 15, отсчитываютс на барабане 25 микрометра, подобно тому, как в приборе Пульфриха с микрометром.The angles of rotation in double minutes, i.e., from 0 to 15, are counted on a 25 micrometer drum, just as in a Pulfrich instrument with a micrometer.

. Предмет изобретени . Subject invention

Claims

1. An instrument for measuring the inclination of the visible sea horizon from a ship or aircraft, made out of the telescope with one ocular, one or two lenses and a prism system placed in front of the lens or between the lenses and the ocular, characterized in that the prism system is made invert that wraps one image of the visible horizon section relative to the second, located in the space of objects approximately diametrically opposite to the first, so that

Both images show that the direction of the shadow along the horizon (right-left) agrees, and the directions perpendicular to the horizon (top-to-bottom) are opposite, and the inclination of the horizon is measured using an ocular micrometer of one or another system measuring the distance between the images two opposite parts of the horizon.

2. The form of the device according to claim 1, characterized in that an optical compensation micrometer, for example, a wedge one, is placed in the path of the rays from one of the two observed parts of the legal entity in order to produce a measurement result on the scale of the compensation micrometer in the reduction position in the field of view instrument of both images of the horizon in height.

3 An embodiment of the device according to claim 1, wherein both images in the field of view of the device are transmitted with different magnifications so that these images are reduced by rotating the entire device and the reading is performed on the ocular scale along the line of the matched images.

4. The form of the device according to claim 1; characterized in that the prism system, or one of the prisms, or one of the lenses, or half of the lens is movable by means of a micrometer screw, on the drum of which the desired inclination of the horizon is counted.

. one

SG-ig

FIG. 2

i-: -: / С: G FIG. 3

7b / -

-tr

FIG. five

FIG. 6

/ h

rCi

FIG. 7