Нівелір-рефрактометр

Реферат: Винахід належить до геодезичних приладів і може бути використаний для високоточного геометричного нівелювання з врахуванням вертикальної рефракції. Нівелір-рефрактометр містить корпус, в якому розміщено об'єктив з оправою, окуляр, сітка ниток, кремальєрний гвинт і пристосування для встановлення лінії візування в горизонтальне положення. Згідно з винаходом, він додатково містить прикріплену на об'єктив або збоку до його оправи прямовисну відлікову шкалу і обладнаний нівелірною рейкою та плоским дзеркальним відбивачем, встановленим прямовисно на кінці лінії спостереження на нівелірній рейці або поряд з нею таким чином, щоб зображення об'єктива і відлікової шкали було видно у дзеркальному відбивачі через приведений у робоче положення нівелір, та з можливістю визначення вертикальної рефракції по виміряній у відбивачі відстані від проекції центра об'єктива до горизонтального штриха на відліковій шкалі та по відліку на нівелірній рейці з врахуванням кривини Землі у місці спостереження. Нівелір-рефрактометр забезпечує підвищення точності геометричного нівелювання. UA 102584 C2 (12) UA 102584 C2 UA 102584 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до геодезичних приладів, а саме до нівелірів, яким присвоєні додаткові функції рефрактометра, і може бути використаний для визначення перевищення між точками з врахуванням поправок за вертикальну рефракцію, а також для визначення інтегральної вертикальної рефракції по лінії спостереження. Відомий, як найближчий аналог, нівелір [1], що містить корпус, об'єктив з оправою, окуляр, пристрій для фокусування, сітку ниток, пристосування для приведення візирного променя в горизонтальне положення (циліндричний рівень, компенсатор). Однак у нівелірі не передбачено безпосереднього визначення вертикальної рефракції в процесі вимірювання, завдання вирішується додатковими незалежними від нівеліра вимірюваннями температури, тиску і бажано градієнту температури в точці встановлення нівеліра та рейки, за якими розраховують поправку у відліки за вертикальну рефракцію, що значно ускладнює процес високоточного нівелювання. В основу винаходу поставлена задача створення нівеліра-рефрактометра з новими функціональними можливостями, а саме, для безпосереднього визначення вертикальної рефракції шляхом використання додаткових конструктивних елементів, що підвищує точність геометричного нівелювання. Поставлена задача вирішується тим, що нівелір-рефрактометр містить корпус, в якому розміщено об'єктив з оправою, окуляр, сітка ниток, кремальєрний гвинт і пристосування для встановлення лінії візування в горизонтальне положення, згідно з винаходом, він додатково містить прикріплену на об'єктив або збоку до його оправи прямовисну відлікову шкалу і обладнаний нівелірною рейкою та плоским дзеркальним відбивачем, встановленим прямовисно на кінці лінії спостереження на нівелірній рейці або поряд з нею таким чином, щоб зображення об'єктива і відлікової шкали було видно у дзеркальному відбивачі через приведений у робоче положення нівелір, та з можливістю визначення вертикальної рефракції по виміряній у відбивачі відстані від проекції центра об'єктива до горизонтального штриха на відліковій шкалі та по відліку на нівелірній рейці з врахуванням кривини Землі у місці спостереження. У запропонованому нівелірі-рефрактометрі для виконання додаткових функцій спостерігають зображення відлікової шкали, яка прикріплена прямовисно на об'єктив або збоку до його оправи (бажано, щоб початок відліку шкали відповідав центру об'єктива), у плоскому дзеркальному відбивачі, що встановлений прямовисно у кінці плеча нівелювання і може бути прикріплений до нівелірної рейки або поряд з нею. За виміряною різницею показів по відліковій шкалі визначають величину вертикальної рефракції і, за необхідністю, поправку у відліку по шкалі нівелірної рейки. Такий прилад дозволяє виконувати вимірювання без використання складної техніки та метеорологічних спостережень, підвищує точність нівелювання та безпосередньо визначає вертикальну рефракцію на момент спостереження. Винахід ілюструється кресленнями, де точки А і С - відповідні положення нівелірарефрактометра, 1 - нівелір, що встановлений в точці А, - прилад, який задає в просторі горизонтальний візирний промінь, 2 - прямовисно прикріплена до об'єктива відлікова шкала, 3 прямовисний плоский дзеркальний відбивач, встановлений в точці С, 4 - прямовисна нівелірна рейка, встановлена з точці С. Ha фіг. 1 показано поле зору нівеліра 1, в якому видно відлікову шкалу 2, прикріплену до об'єктива нівеліра 1, у прямовисно встановленому плоскому дзеркальному відбивачі 3, та нівелірну рейку 4, встановлену в точці С. На фіг. 2 показано хід променя від зображення відлікової шкали 2, яке проектується на горизонтальний штрих сітки ниток нівеліра 1 після проходження атмосфери по лінії прямо і зворотно від прямовисно встановленого дзеркального відбивача 3, і відхилення променя від прямолінійності за рахунок впливу вертикальної рефракції і кривини Землі та проекцію горизонтального штриха нівеліра на нівелірну рейку 4, що встановлена в точці С. Нівелір-рефрактометр 1 містить корпус, в якому розміщено об'єктив з оправою, окуляр, сітка ниток, кремальєрний гвинт і пристосування для встановлення лінії візування в горизонтальне положення. Для більш наочної ілюстрації запропонованого винаходу конструктивні елементи нівеліра на кресленні не зображені. Нівелір-рефрактометр 1 додатково містить відлікову шкалу 2, прикріплену прямовисно до об'єктива або збоку до його оправи. Запропонований прилад також додатково обладнаний прямовисним плоским відбивачем 3, встановленим у точці С (фіг. 1). Нівелір-рефрактометр використовують наступним чином. На місцевості в точці А встановлюють нівелір 1 із прикріпленою прямовисною відліковою шкалою 2 (фіг. 2). Вибирають точку С по напрямку, для якого визначають вертикальну рефракцію, та вимірюють горизонтальну віддаль d від нівеліра 1 до неї. В точці С встановлюють прямовисно 1 UA 102584 C2 5 10 15 20 25 (вільно підвішений) плоский дзеркальний відбивач 3 так, щоб зображення об'єктива і відлікової шкали 2 було видно в ньому через приведений в робоче положення нівелір 1. Поряд з відбивачем 3 може знаходитись прямовисно встановлена нівелірна рейка 4. Відбивач 3 може бути прикріплений до нівелірної рейки 4, якщо вона обладнана відповідними тримачами та кріпленням. Відлік а отримують безпосередньо біля центра об'єктива нівеліра шляхом проекції його центру або країв на прямовисно прикріплену відлікову шкалу 2. Відлік може бути високоточно визначений в лабораторних умовах. Спрямовують нівелір 1 на зображення шкали рейки 2 в плоскому дзеркальному відбивачі 3 і відлічують його горизонтальним штрихом сітки ниток нівеліра 1 (отримують відлік b) (фіг. 2). За необхідності введення поправок в результати нівелювання відлічують горизонтальним штрихом сітки ниток нівелірну рейку 4 і отримують відлік с (фіг. 2). Відстань Δh (фіг. 1) горизонтального штриха до центра об'єктива в плоскому прямовисно встановленому дзеркальному відбивачі 3 вимірюють за допомогою відлікової шкали 2, яка прикріплена прямовисно до об'єктива або збоку (бажано, щоб нульовий штрих шкали був суміщений з центром об'єктива для зручності спостережень і обчислень). Відлічування проводять безпосередньо по відліковій шкалі 2 горизонтальним штрихом нівеліра 1, який попередньо приведений в робочий стан. Для цифрових нівелірів необхідно застосувати відповідну відлікову штрих-кодову шкалу, яка прикріплена до об'єктива прямовисно, і визначають її положення відносно центра об'єктива (відлік а, бажано, щоб нульовий штрих шкали був суміщений з центром об'єктива для зручності спостережень і обчислень), а потім проводять цифрове її відлічування у прямовисному плоскому дзеркальному відбивачі за умови попереднього приведення нівеліра в робоче положення. Виміряну відстань від центра об'єктива до проекції горизонтального штриха на відліковій шкалі Δh [2] отримують: 2d2 1  k  , (1) R3 де b - відлік горизонтальним штрихом сітки ниток нівеліра, що приведений в робоче положення, по зображенню прямовисної шкали, що прикріплена до об'єктива нівеліра, в прямовисному плоскому дзеркальному відбивачі; а - відлік по шкалі, яка прикріплена до об'єктива нівеліра, що відповідає його центру, бажано, щоб а = 0, тоді Δh = b; d - горизонтальна віддаль від нівеліра до прямовисно встановленого плоского дзеркального відбивача; R3 - радіус кривини Землі в місці спостереження; h  b  a  hR  hr  30 35 hR  2d2 - лінійна величина зміщення зображення за рахунок кривини Землі; R3 2kd 2 - лінійна величина зміщення зображення за рахунок вертикальної рефракції; R3 k - інтегральний коефіцієнт вертикальної рефракції на момент спостереження. Величину коефіцієнта вертикальної рефракції k знаходять за формулою [2]: R k  1  h 3 . (2) 2d2 Лінійну величину поправки у відлік по рейці за вертикальну рефракцію Δr обчислюють за залежністю: hr  40 kd 2 d2 h . (3)   2R 3 2R 3 4 Кутову величину вертикальної рефракції r" на момент спостереження можна отримати за формулою: d h  , (4) r    2R3 4 d де  - 206264,8 - кількість кутових секунд в одному радіані. За результатами вимірювань обчислюють різницю проекцій горизонтального штриха сітки ниток на шкалі і центра об'єктива нівеліра Δh (1). Використовуючи залежність (2), за різницею r  45 2 UA 102584 C2 Δh (1) обчислюють інтегральний коефіцієнт вертикальної рефракції вздовж лінії спостереження. Кутову величину вертикальної рефракції обчислюють за формулою (4) та, за необхідністю, c' відлік, вільний від вертикальної рефракції і кривини Землі, використовуючи обчислену лінійну поправку ΔRr: 5 10 15 20 25 30 h b  a d2 1  k  , (5)   4 4 2R 3 за умови а = 0 b Rr  , (6) 4 де c  c  Rr . (7) Запропонований нівелір-рефрактометр дозволяє визначати величини вертикальної рефракції в період спостереження та виконання високоточного нівелювання, що підвищує точність геометричного нівелювання за рахунок виключення з результатів вимірів впливу вертикальної рефракції, без застосування дорогої техніки та проведення дороговартісних і багаточисельних метеорологічних спостережень. Джерела інформації: 1. Геодезичні прилади: Підручник / За редакцією Т.Г. Шевченка. - 2-е вид., переробл. та допов. - Львів: Вид. Національного університету "Львівська політехніка", 2009. - 484 с. 2. Патент України на винахід № 93647; МПК G01C5/00; опубл. 25.02.2011 р., Бюл. № 4. Rr  ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Нівелір-рефрактометр, що містить корпус, в якому розміщено об'єктив з оправою, окуляр, сітка ниток, кремальєрний гвинт і пристосування для встановлення лінії візування в горизонтальне положення, який відрізняється тим, що він додатково містить прикріплену на об'єктив або збоку до його оправи прямовисну відлікову шкалу і обладнаний нівелірною рейкою та плоским дзеркальним відбивачем, встановленим прямовисно на кінці лінії спостереження на нівелірній рейці або поряд з нею таким чином, щоб зображення об'єктива і відлікової шкали було видно у дзеркальному відбивачі через приведений у робоче положення нівелір, та з можливістю визначення вертикальної рефракції по виміряній у відбивачі відстані від проекції центра об'єктива до горизонтального штриха на відліковій шкалі та по відліку на нівелірній рейці з врахуванням кривини Землі у місці спостереження. 3 UA 102584 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4