UA46968A

UA46968A - METHOD OF DETERMINATION OF VERTICAL REFRACTION

Info

Publication number: UA46968A
Application number: UA2000127217A
Authority: UA
Inventors: Олександр Іванович Мороз; Александр Иванович Мороз
Original assignee: Національний Університет "Львівська Політехніка"; Национальный Университет "Львовская Политехника"
Priority date: 2000-12-15
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2002-06-17

Abstract

The proposed method for determining vertical refraction involves positioning a laser radiation emitter at one of the monitored points and a measuring radiation transducer with a movable light -sensitive element at another point, positioning a half-transmitting light-splitting element at the emitter output, directing the reflected light beam onto a reference radiation transducer with a fixed light-sensitive element, resetting both the radiation transducers in conditions when the radiation beam propagates along the rectilinear path from the light-splitting element to the measuring radiation transducer, and measuring vertical abnormal refraction. Initially, at the light-splitting output, an electrooptical deflector is placed, which is used for correcting the oscillations of the radiation beam received by the movable light-sensitive element of the measuring transducer. A vertical refraction is determined as a difference between the output indications of the measuring and reference transducers.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до геодезичних вимірів, а конкретно, до визначення вертикальної рефракції у 2 турбулентній атмосфері.The invention relates to geodetic measurements, and specifically, to the determination of vertical refraction in a turbulent atmosphere.

Відомий спосіб визначення аномальної вертикальної рефракції, як відхилень світлової кривої від прямої лінії, заключається у тому, що в одній з контрольованих точок встановлюють лазерний випромінювач, а у другій - відліковий датчик з рухомим світлочутливим елементом, встановлюють напівпрозорий світлоділильний елемент на виході променя з випромінювача, направляють відбиту частину променя на опорний датчик з 70 нерухомим світлочутливим елементом, встановлюють нулі відліку датчиків при прямолінійному розповсюджені променя від світлоділильного елемента до відлікового датчика і вимірюють аномальну вертикальну рефракцію (див. А.С. СССР Мо896399 кл. 501811/24 за 1982р.).A known method of determining anomalous vertical refraction, as a deviation of the light curve from a straight line, consists in the fact that a laser emitter is installed in one of the controlled points, and a counting sensor with a moving light-sensitive element is installed in the second, a translucent light-splitting element is installed at the output of the beam from the emitter, direct the reflected part of the beam to the reference sensor with 70 stationary light-sensitive element, set the reference zeros of the sensors in the case of a rectilinear spread of the beam from the light-splitting element to the reference sensor and measure the anomalous vertical refraction (see A.S. USSR Mo896399 kl. 501811/24 for 1982) .

Зміна нормальної рефракції, а, як наслідок її дії, зміна положення енергетичного центра лазерного випромінювання у вертикальній площині дуже повільна, як правило, не відчутна для ока. Прояв аномальної 12 рефракції у турбулентній атмосфері виглядає як видимі для ока, доволі швидкі коливання лазерної плями у вертикальній площині.The change in normal refraction and, as a consequence of its action, the change in the position of the energy center of laser radiation in the vertical plane is very slow, as a rule, it is not perceptible to the eye. Manifestation of anomalous 12 refraction in a turbulent atmosphere looks like visible to the eye, rather rapid oscillations of the laser spot in the vertical plane.

Згаданий спосіб не забезпечує необхідної точності вимірів у зв'язку з неможливістю визначення аномальної та нормальної складових вертикальної рефракції у термічно турбулентній атмосфері при одночасній їх дії. р. Вертикальну рефракцію у термічно турбулентній атмосфері визначають за залежністю: (0The mentioned method does not ensure the necessary accuracy of measurements due to the impossibility of determining the abnormal and normal components of vertical refraction in a thermally turbulent atmosphere with their simultaneous action. r. Vertical refraction in a thermally turbulent atmosphere is determined by the dependence: (0

О ер. - б, -бо 25 або « б 0198-71 81327 7 й сер- 8», ро тео, ть Хан й Т со 30 «соOh er. - b, -bo 25 or " b 0198-71 81327 7 and ser- 8", ro teo, t Han and T so 30 "so

У залежності (1) 5, - нормальна рефракція, причому я я о ве, - 0158-56, 5,152 -як то тоIn dependence (1) 5, - normal refraction, and I I o ve, - 0158-56, 5.152 - like that that

Зо - аномальна рефракція; Р - тиск у гПа; Т - абсолютна температура; Ї - віддаль від випромінювача до - контрольованої точки; уду - аномальний еквівалентний градієнт температури.Zo - abnormal refraction; P - pressure in hPa; T - absolute temperature; Y - the distance from the emitter to - the controlled point; udu - anomalous equivalent temperature gradient.

Аномальна рефракція виникає у турбулентній атмосфері у зв'язку з хаотичними переміщеннями елементарних частинок повітря. Видиме коливання світлового або лазерного променя зумовлене зміною « показника заломлення повітря через миттєві зміни температури. Тому слід лазерного випромінювання у вигляді З 70 плями переміщується, тобто, коливається у вертикальній площині. с Через те, що вертикальна бсер і нормальна 5,, рефракції не визначені, відомий спосіб не дозволяє врахувати "з їх вплив на точність вимірів, наприклад, при контролі прямолінійності. Внаслідок цього суттєво погіршується точність високоточних лазерних геодезичних вимірів, оскільки величини контрольованих відхилень від прямолінійності є співрозмірні, з відхиленням променя внаслідок дії вертикальної рефракції.Anomalous refraction occurs in a turbulent atmosphere due to chaotic movements of elementary air particles. The visible oscillation of a light or laser beam is caused by a change in the index of refraction of air due to instantaneous changes in temperature. Therefore, the trace of laser radiation in the form of C 70 spots moves, that is, oscillates in the vertical plane. c Due to the fact that the vertical bser and normal 5,, refractions are not defined, the known method does not allow to take into account "c their influence on the accuracy of measurements, for example, when controlling straightness. As a result, the accuracy of high-precision laser geodetic measurements significantly deteriorates, since the values of the controlled deviations from rectilinearities are commensurate with beam deviation due to vertical refraction.

В основу винаходу поставлене завдання вдосконалити відомий спосіб визначення вертикальної рефракції, в те якому встановлення електрооптичного дефлектора на виході променя з світлоділильного елемента забезпечує (Ге) визначення величини вертикальної рефракції і дає можливість підвищити точність геодезичного контролю прямолінійності. ї-о Поставлене завдання вирішують тим, що у способі визначення вертикальної рефракції, який заключається уThe invention is based on the task of improving the known method of determining vertical refraction, in which the installation of an electro-optical deflector at the beam exit from the light-splitting element provides (Ge) determination of the value of vertical refraction and makes it possible to increase the accuracy of geodetic control of straightness. The task is solved by the fact that in the method of determining vertical refraction, which consists in

Ге») 50 тому, що в одній з контрольованих точок встановлюють лазерний випромінювач, а у другій відліковий датчик з рухомим світлочутливим елементом, встановлюють напівпрозорий світлоділильний елемент на виході променя з со випромінювача, направляють відбиту частину променя на опорний датчик з нерухомим світлочутливим елементом, встановлюють нулі відліку датчиків при прямолінійному розповсюдженні променя від світлоділильного елемента до відлікового датчика і вимірюють аномальну вертикальну рефракцію, згідно з 59 винаходом, попередньо встановлюють на виході променя з світлоділильного елемента електрооптичний в. дефлектор, вимірюють коливання променя, зафіксовані рухомим світлочутливим елементом відлікового датчика, а величину вертикальної рефракції визначають як різницю показів відлікового та опорного датчиків.Ge") 50 because a laser emitter is installed in one of the controlled points, and a counting sensor with a moving light-sensitive element is installed in the second, a translucent light-splitting element is installed at the output of the beam from the emitter, the reflected part of the beam is directed to a reference sensor with a stationary light-sensitive element, set the reference zeros of the sensors during the rectilinear propagation of the beam from the light-splitting element to the reference sensor and measure the anomalous vertical refraction, according to the 59th invention, pre-install the electro-optical at the output of the beam from the light-splitting element. deflector, beam fluctuations recorded by the moving light-sensitive element of the reference sensor are measured, and the value of vertical refraction is determined as the difference between the readings of the reference and reference sensors.

Попереднє встановлення електрооптичного дефлектора на виході променя з світлоділильного елемента і вирівнювання коливань променя дозволяють визначити безпосередньо вертикальну рефракцію. Оскільки 60 величина рефракції стає відомою, є можливість ввести поправку у результати вимірів, наприклад при геодезичному контролі прямолінійності, тобто одночасна дія нормальної та аномальної вертикальної рефракції не позначається на точності вимірів.Preliminary installation of an electro-optical deflector at the output of the beam from the light-splitting element and equalization of the beam oscillations make it possible to determine the vertical refraction directly. Since 60 the amount of refraction becomes known, it is possible to introduce a correction in the results of measurements, for example, during geodetic control of straightness, that is, the simultaneous effect of normal and anomalous vertical refraction does not affect the accuracy of measurements.

Лазерний промінь, що потрапляє на відліковий датчик, рухається у вертикальній площині внаслідок дії аномальної вертикальної рефракції. Рухомий світлочутливий елемент датчика переміщається згідно руху бо променя. Амплітуді та частоті руху променя відповідають переміщення світлочутливого елемента, характер яких транслюється на електрооптичний дефлектор. Вони відтворюються у протифазні у електрооптичному дефлекторі. Електрооптичний дефлектор керує променем, корегує і вирівнює коливання, що виникли внаслідок турбулентності атмосфери, тобто, знешкоджує її дію. В результаті промінь, що потрапить на відліковий датчик, не буде коливатись. Про стабільне зміщення променя відносно нуля відлікового датчика (нуль його встановлено одночасно з нулем опорного датчика в періоди прямолінійного розповсюдження променя від світлоділильного елемента до відлікового датчика) буде свідчити різниця показів відлікового та опорного датчиків зафіксована, наприклад, блоком порівняння.The laser beam falling on the counting sensor moves in the vertical plane due to the action of anomalous vertical refraction. The movable photosensitive element of the sensor moves according to the movement of the beam. The movement of the light-sensitive element corresponds to the amplitude and frequency of the beam movement, the nature of which is translated to the electro-optical deflector. They are reproduced in antiphase in the electro-optical deflector. The electro-optical deflector controls the beam, corrects and equalizes the fluctuations caused by atmospheric turbulence, i.e. neutralizes its effect. As a result, the beam hitting the counting sensor will not oscillate. The stable displacement of the beam relative to the zero of the reference sensor (its zero is set simultaneously with the zero of the reference sensor during the periods of straight-line propagation of the beam from the light-splitting element to the reference sensor) will be evidenced by the difference between the readings of the reference and reference sensors recorded, for example, by a comparison unit.

Таким чином величина вертикальної рефракції стає відомою. Вона вволиться як поправка у результати 7/о вимірів, точність яких підвищується.In this way, the value of vertical refraction becomes known. It will enter as a correction in the results of 7/o measurements, the accuracy of which increases.

На фіг. приведена схема визначення вертикальної рефракції. 1 - лазерний випромінювач; 2 - світлоділильний елемент; З - опорний датчик; 4 - електрооптичний дефлектор; 5 - відліковий датчик; 6 - система переміщення світлочутливого елемента відлікового датчика; 7 - зв'язок між відліковим і опорним датчиком, а також дефлектором; 8 - блок порівняння.In fig. a scheme for determining vertical refraction is presented. 1 - laser emitter; 2 - light-splitting element; C - reference sensor; 4 - electro-optical deflector; 5 - counting sensor; 6 - the system of moving the light-sensitive element of the counting sensor; 7 - connection between the counter and reference sensor, as well as the deflector; 8 - comparison unit.

Спосіб визначення вертикальної рефракції здійснюють таким чином. Опорну пряму, відносно якої ведуть вимірювання., задають двома контрольованими точками. В одній з контрольованих точок встановлюють лазерний випромінювач 1, а у другій - відліковий датчик 5. Світлочутливий елемент відлікового датчика може рухатись у вертикальній площині за допомогою системи переміщення 6, наприклад, системи відслідковування променя. На виході променя з випромінювача 1 встановлюють напівпрозорий світлоділильний елемент 2, 2о наприклад, розрізну куб-призму. Частина лазерного променя проходить крізь світлоділильний елемент не заломлюючись і направляється на відліковий датчик 5. Відбита світлоділильним елементом 2 частина лазерного променя направляється на опорний датчик З з нерухомим світлоділильним елементом. Датчик З розташовано у безпосередній близькості до світлоділильного елемента 2, наприклад, виконано в одному блоці з ним. В усякому випадку, віддаль від датчика З до лазерного променя, що вийшов з випромінювача 1, є такою короткою, що на ній не позначається вплив рефракції. Нулі датчиків встановлюють при прямолінійному розповсюдженні променя від світлоділильного елемента 2 до відлікового датчика 5. На протязі доби існують короткочасні проміжки, коли « нормальна вертикальна рефракція відсутня ( бсер 7 0), наприклад, коли середній аномальний градієнт температури удн - - 0,0244град/м. Можна також визначити нормальну рефракцію, але тоді необхідно знати, або виміряти температуру Т і тиск Р (див. залежність (2)). Звичайно ж вимірювання, наприклад, контроль ее прямолінійності, проводять у будь-який час доби. Аномальну вертикальну рефракцію визначають згідно вистежування руху сліду лазерного променя по відліковому датчику 5. Система вистежування рухає ї-оі світлочутливий елемент датчика слідом за променем, фіксуючи його амплітуду та частоту. Ці параметри Ф) передають на систему управління електрооптичного дефлектора 4, який встановлюють на виході променя з світлоділильного елемента 2. Згідно з інформацією про амплітуду та частоту коливань променя, дефлектор 4 і-й з5 працює у протифазні, тобто ним вирівнюють коливання променя. Промінь стає короткочасно нерухомим, «І незалежно від турбулентності атмосфери. Внаслідок дії вертикальної рефракції енергетична вісь променя не буде збігатись з центром світлочутливого елемента датчика З при нульовому відліку, тобто, з'явиться різниця показів відлікового 5 та опорного З датчиків, яку фіксують, наприклад, за допомогою блока порівняння 8. Таким « чином величину вертикальної рефракції визначають як різницю відлікового та опорного датчиків.The method of determining vertical refraction is carried out as follows. The reference line, relative to which the measurements are taken, is set by two controlled points. A laser emitter 1 is installed in one of the controlled points, and a counting sensor 5 is installed in the second. The light-sensitive element of the counting sensor can move in the vertical plane using a movement system 6, for example, a beam tracking system. At the output of the beam from the emitter 1, a translucent light-splitting element 2, 2o, for example, a split cube-prism, is installed. Part of the laser beam passes through the light-splitting element without refraction and is directed to the counter sensor 5. The part of the laser beam reflected by the light-splitting element 2 is directed to the reference sensor C with a fixed light-splitting element. Sensor C is located in close proximity to the light-splitting element 2, for example, made in one unit with it. In any case, the distance from sensor C to the laser beam emitted from emitter 1 is so short that it is not affected by the effect of refraction. Sensor zeros are set when the beam spreads in a straight line from the light-splitting element 2 to the counting sensor 5. During the day, there are short-term intervals when "normal vertical refraction is absent (bser 7 0), for example, when the average anomalous temperature gradient udn - - 0.0244 degrees/m . It is also possible to determine the normal refraction, but then it is necessary to know or measure the temperature T and pressure P (see dependence (2)). Of course, measurements, for example, control of its straightness, are carried out at any time of the day. Anomalous vertical refraction is determined by tracking the movement of the laser beam trace along the counting sensor 5. The tracking system moves the light-sensitive element of the sensor along the beam, recording its amplitude and frequency. These parameters F) are transmitted to the control system of the electro-optical deflector 4, which is installed at the output of the beam from the light-splitting element 2. According to the information about the amplitude and frequency of the beam oscillations, the deflector 4 and 5 work in antiphase, that is, they equalize the beam oscillations. The beam becomes stationary for a short time, "And regardless of the turbulence of the atmosphere. Due to the effect of vertical refraction, the energy axis of the beam will not coincide with the center of the light-sensitive element of the Z sensor at zero reading, i.e., there will be a difference in the readings of the reference 5 and reference Z sensors, which is fixed, for example, by means of the comparison unit 8. In this way, the value of the vertical refraction is defined as the difference between reference and reference sensors.

Застосування запропонованого способу дає можливість вести вимірювання у будь-який час і підвищує - с точність вимірювань.The application of the proposed method makes it possible to conduct measurements at any time and increases the accuracy of measurements.

Claims

;" The formula of the invention is the method of determining vertical refraction, which consists in the fact that a laser emitter is installed in one of the controlled points, and a counter sensor with a moving light-sensitive element is installed in the second, a translucent light-splitting element is installed at the output of the beam from the emitter, the reflected light is directed part of the beam on a reference sensor with a fixed light-sensitive element, set zeros of the sensors when the beam spreads in a straight line from the light-splitting element to the reference sensor and Fo measure the anomalous vertical refraction, which differs in that an electro-optical deflector is pre-installed at the output of the beam from the light-splitting element, aligned with it beam fluctuations recorded by the moving light-sensitive element of the reference sensor, and the value of vertical refraction is determined as the difference between the readings of the reference and reference sensors.

R 60 b5