Устройство для определения вертикали места

Авторы патента:

G01C9/00 - Приборы для измерения уклонов, например с помощью клинометров, нивелиров

G01C5/00 - Измерение высоты; измерение расстояний поперек линии визирования; нивелирование между отдельными пунктами; топографические нивелиры (G01C 3/20,G01C 3/30 имеют преимущество; трассировка профилей местности G01C 7/00; нивелиры, показывающие уклон в отдельной точке, G01C 9/00)

Владельцы патента RU 2545311:

Попов Анатолий Борисович (RU)

Изобретение относится к области геофизических исследований и касается устройства для определения вертикали места. Устройство содержит чувствительный элемент, в качестве которого используется баллистический гравиметр, который измеряет ускорения свободного падения с помощью пучка непараллельных лазерных лучей. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам для определения положения вертикали места или горизонтальной плоскости, перпендикулярной с ней.

Известны устройства [1], в которых для выставки в вертикаль используют совмещение падающего и отраженного от поверхности масла или ртути луча света. Применение таких устройств ограничено рябью поверхности под действием микросейсм на неподвижном основании и колебанием поверхности - на подвижном.

Известны уровни [2], предназначенные в основном для работы на неподвижном основании.

Принятые за прототип акселерометры [3] обладают чувствительностью порядка 1 угл. с. При работе на движущихся объектах они являются частью гировертикали с погрешностью около 1 угл. мин.

Задачей изобретения является повышение точности определения вертикали места.

Поставленная задача решается тем, что в качестве чувствительного элемента устройства использован баллистический гравиметр, в котором измерение ускорения свободного падения осуществляется с использованием пучка не параллельных лазерных лучей.

На рис.1 изображена схема устройства, на которой приняты следующие обозначения:

1 - основание, 2 - гравиметр, 3 - вакуумная камера, 4 - катапульта, 5 - пробное тело, 6 - лазер, 7 - оптический раздвоитель луча, 8 - делительный оптический элемент, 9, 10 - интерференционные экраны, 11, 12 - фотоприемники, 13 - вычислитель, 14 - оптическое окно вакуумной камеры.

Отличие от прототипа заключается в том, что акселерометр измеряет синус угла отклонения от вертикали, а гравиметр два косинуса, отношение которых содержит тангенс этого угла.

Известно из [1], что измеренная абсолютным лазерным гравиметром величина ускорения свободного падения g₁ зависит от косинуса угла α наклона к вертикали $g_{1} = \frac{g}{\cos α}$ . Рассмотрим одноосный вариант. Если произвести измерение вторым лучом, повернутым на известный угол β к первому, то получим $g_{2} = \frac{g}{\cos (β - α)}$ . Взяв отношение измеренных величин можно вычислить угол наклона

$α = \tan^{- 1} \frac{1}{\sin β} (\frac{g_{1}}{g_{2}} - \cos β)$

При малых углах α и β выражения для угла и его погрешности примут вид:

$α = \frac{δ g}{β} + \frac{β}{2}$ , $Δ α = (1 - \frac{α}{β}) Δ β$ ,

где $δ g = \frac{g_{1} - g_{2}}{g}$ , ∆β - погрешность определения угла β.

Из этих выражений видно, что угол β следует выбирать так, чтобы его величина была соизмерима с величиной ожидаемой погрешности.

На проверяемое основание 1 устанавливается баллистический лазерный гравиметр 2, содержащий вакуумную камеру 3, внутри которой катапультой 4 подбрасывается пробное тело 5. Лазер 6 размещен вне вакуумной камеры. Внутри камеры закреплены: оптический раздвоитель 7, оптический делительный элемент (полупрозрачное зеркало) 8 и экраны 9 и 10. Фотоприемники интерференционных сигналов 11 и 12 и вычислитель 13 установлены в верхнем объеме гравиметра, отделенном от вакуумной камеры оптическим окном 14.

Испускаемый лазером 6 луч поступает на оптический раздвоитель 7, отражающие грани которого выполнены непараллельными друг другу. С раздвоителя пара сходящихся или расходящихся лучей поступает на полупрозрачное зеркало 8. На зеркале лучи разветвляются, образуя две пары лучей. Одна из них попадает на уголковый отражатель пробного тела 5, а другая на экраны 9 и 10. После переотражения на уголковом отражателе лучи попадают на экраны, образуя на них интерференционные картины. Картины считываются фотоприемниками 11, 12 и преобразуются в электрические сигналы, проступающие в вычислитель 13. Вычислитель после обработки сигналов выдает значение угла наклона основания. Вакуумная камера отделена от остального гравиметра, причем в верхней части в качестве крышки использована плоскопараллельная пластина 14.

Из описания видно, что угол расхождения лучей и его стабильность зависят только от угла между отражающими гранями разделителя 7. Разделитель работает в вакууме, он может быть выполнен из высокостабильного материала, например из подвергнутого старению монокристалла кварца, камеру можно термостатировать вплоть до криогенных температур. При выполнении перечисленных условий погрешность ∆β будет менее десятой доли угловой секунды.

При реальных измерениях используется не менее трех лучей.

На подвижном основании под действием переносных ускорений пробное тело будет смещаться в горизонтальной плоскости относительно лучей, но это не повлияет на угол β.

Источники информации

1. А.П. Юзефович, Л.В. Огородова. Гравиметрия. М.. Недра, 1980.

2. Лазерный нивелир. Пат. РФ 2237825 С1, 12.08.2004.

3. Ривкин С.С., Берман З.И., Окон И.М. «Определение параметров ориентации объекта бесплатформенной инерциальной системой». С-Пб, ЦНИИ «Электроприбор», 1996 г.

Устройство для определения вертикали места, содержащее чувствительный элемент, отличающееся тем, что в качестве чувствительного элемента использован баллистический гравиметр, в котором измерение ускорения свободного падения осуществляется с использованием пучка непараллельных лазерных лучей.

В изобретении предлагается новая категория инерциальных датчиков (линейных и угловых акселерометров, гироскопов, инклинометров и сейсмоприемников), называемых молекулярными электронными преобразователями (MET).

Способ дистанционного определения крутизны склона в контрольных точках лавинного очага с использованием лазерного дальномера // 2509288

Изобретение относится к области измерения уклонов и может быть использовано для определения крутизны склона в лавинных очагах. Сущность: с помощью лазерного дальномера, размещенного в долине, определяют расстояние до произвольной контрольной точки «А» на склоне (L1), угол зондирования (β1) и азимут проекции лазерного луча на горизонтальную плоскость.

Устройство для измерения пространственных угловых отклонений // 2495374

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения углов взаимной ориентации установочных площадок под приборы научной аппаратуры летательных аппаратов, в машиностроении, станкостроении, а также в горном деле, инженерной геологии, разведочной геофизике в системах контроля проседания земной поверхности.

Лазерный нивелир на отвесе // 2495373

Предложенное изобретение относится к строительной технике, а именно к лазерным нивелирам, используемым внутри помещений, в частности для разметки стен. Предложенный лазерный нивелир на отвесе содержит лазерную указку или лазерный указатель направления, закрепленный на нити с возможностью его скольжения, а также закрепленный на нити груз в виде юлы, выполненной с возможностью вращения.

Способ контроля линейных и угловых отклонений от вертикального направления для дистанционного мониторинга антенно-мачтовых сооружений // 2477454

Изобретение относится к области определения состояния несущих конструкций антенно-мачтовых сооружений (АМС), оперативного оповещения об изменении их состояния, предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций и может быть использовано в автоматизированных системах мониторинга безопасности несущих конструкций в процессе эксплуатации зданий и сооружений.

Устройство для определения параметров искривления скважин // 2468201

Изобретение относится к бурению скважин и предназначено для их геофизического исследования, а именно для измерения азимутального угла скважины непосредственно в процессе бурения.

Видеонаклономер // 2419071

Изобретение относится к области технической физики и может служить для измерения наклонов фундаментов, стен, опорных колонн зданий и сооружений, наклонов скважин, тоннелей, а также в геодезических приборах.

Способ и система измерения уклонов для позиционирования объектов // 2382986

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к системам позиционирования и устройствам для определения углов наклона объектов и оборудования на производстве и в быту относительно местного горизонта.

Устройство автоматического регулирования зенитного угла искривления скважины // 2380537

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности, а именно к технике и технологии бурения скважин. .

Устройство для контроля параметров траектории скважины // 2372479

Изобретение относится к промысловой геофизике и может быть использовано для определения углов пространственной ориентации скважин. .

Способ высокоточного геометрического нивелирования // 2535230

Изобретение относится к области геодезии, в частности к высокоточному геометрическому нивелированию. Техническим результатом является повышение точности геометрического нивелирования.

Измерительный кабель // 2531515

Изобретение относится к измерительному кабелю для гидростатического определения высот при подземной разработке. Измерительный кабель включает в себя охваченную оболочкой кабеля стренгу кабеля, наполненный текучей средой шланг, по меньшей мере один датчик давления для определения давления текучей среды, а также штекерные соединительные элементы, которые расположены каждый на одном конце стренги кабеля.

Видеовысотомер // 2523745

Изобретение относится к измерительной технике и самолетной авионике. Видеовысотомер содержит передатчик излучения, выполненный в виде двух параллельных линейных источников света, приемник излучения, выполненный в виде телекамеры с объективом и позиционно-чувствительной матрицей приемников света, а также видеовысотомер содержит индикатор, выполненный в виде видеомонитора.

Устройство определения дальности до водной поверхности // 2506539

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в системах определения уровня водоемов. Техническим результатом заявленного устройства является повышение точности определения дальности до водной поверхности при наличии волнения.

Стенд для поверки и калибровки штрих-кодовых реек // 2500987

Изобретение относится к области геодезии, в частности к устройствам для метрологической поверки и калибровки геодезических приборов, например штрих-кодовых реек.

Способ тригонометрического нивелирования // 2487315

Изобретение относится к области геодезии, в частности к методам определения превышений между измеряемыми точками с использованием электронных тахеометров, и может быть использовано в тригонометрическом нивелировании.

Устройство для определения расположения поверхностей // 2472110

Изобретение относится к вспомогательному инструменту и может быть использовано при определении расположения поверхностей элементов строительных конструкций и сооружений.

Лазерный нивелир // 2442960

Изобретение относится к области геодезического приборостроения, в частности к лазерным приборам для построения плоскостей. .

Прибор для задания лазерной опорной плоскости // 2437060

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и может быть использовано при проведении разбивочных работ в строительстве, при монтаже технического оборудования в машиностроении, а также в других областях науки и техники, где требуется использование световой плоскости и возможность переноса отметок в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Стенд для поверки и калибровки цифровых нивелиров и штрихкодовых реек // 2419766

Изобретение относится к устройствам для метрологической поверки и калибровки геодезических приборов. .

Способ анализа видового состава луговой травы от высоты пробной площадки над урезом малой реки // 2547763

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к экологическому мониторингу. Способ включает выделение на малой реке или ее притоке визуально по карте или натурно участка пойменного луга. Затем на этом участке по течению малой реки или ее притока в характерных местах размечают не менее трех створов измерений в поперечном направлении. Вдоль каждого створа размечают не менее трех пробных площадок с каждой стороны малой реки или ее притока. После разметки измеряют высоту расположения центра каждой пробной площадки от поверхности малой реки или ее притока, а после выявляют закономерности влияния высоты расположения пробных площадок над урезом воды на показатели проб травы. Также проводят оценку влияния отличительных орографических особенностей рельефа и расположенных внутри и вне территории выделенного участка естественных и антропогенных объектов. На каждом створе измерений выделяют характерные места по изменению высоты. Затем с применением нивелира измеряют перепады высот между центрами пробных площадок и урезом реки. Для анализа видового состава травы на характерном месте створа измерений забивают колышек и затем укладывают квадратную рамку с образованием центра в виде колышка. Причем без срезки травы пробная площадка становится виртуальной. Затем на виртуальной пробной площадке внутри квадратной рамки сосчитывают количество видов травы и заносят в таблицу с общим списком по строкам этой таблицы всех видов травяных и травянистых растений, встречающихся хотя бы один раз на выделенном участке малой реки. В столбцах по номерам виртуальных пробных площадок ставят единицу при наличии данного вида травяного и травянистого растения и оставляют клетку таблицы пустой при отсутствии вида растения, так последовательно выполняют измерения наличия видов травы во всех виртуальных пробных площадках. После этого суммируют единицы по столбцам таблицы и вычисляют количество видов растений на каждой виртуальной пробной площадке, а затем делением наличествующего количества видов растений на общее количество видов по всем строкам таблицы вычисляют относительную встречаемость видов травы на каждой виртуальной площадке. Затем выявляют волновые закономерности изменения относительной встречаемости видов в зависимости от высоты виртуальной пробной площадки над урезом воды путем статистического моделирования. Способ позволяет повысить точность учета наличия видов травяных и травянистых растений с учетом измерений нивелиром высоты расположения площадок без срезания травы. 4 з.п. ф-лы, 5 ил., 3 табл., 1 пр.