專利名稱：反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開(kāi)一種反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，涉及水準(zhǔn)儀、垂準(zhǔn)儀、傾角準(zhǔn)直儀用的自動(dòng)安平補(bǔ)償系統(tǒng)，屬于光學(xué)測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域。
常規(guī)的水準(zhǔn)儀、垂準(zhǔn)儀等光學(xué)測(cè)量?jī)x器所采用的自動(dòng)安平系統(tǒng)，多為重力懸掛、電子安平、液體懸浮式及雙層液體透明式安平補(bǔ)償系統(tǒng)，前三種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響安平精度的因素多，不易微型化，裝調(diào)麻煩，制造成本高，后一種補(bǔ)償器雖然解決了結(jié)構(gòu)、精度、成本、裝調(diào)之間的矛盾，但雙層液體的引入的誤差源較單層多，溫差負(fù)載大，均勻性保證不易，影響精度的進(jìn)一步提高。
本發(fā)明提供一種反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，目的旨在克服上述安平補(bǔ)償系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、精度差等缺點(diǎn)和不足。
為完成本發(fā)明目的，具體構(gòu)思如下(見(jiàn)附

圖1)在殼體1的底部設(shè)置有水平放置的反射鏡2，所述的反射鏡2包括平面、球面及外反射和內(nèi)反射式鏡片，反射鏡2的上面注入一層透明液體3，液體3由平面透鏡4封閉在殼體1中；由于液體在重力的作用下其上表面保持自然水平液面，當(dāng)儀器的殼體安放不平時(shí)，反射鏡和液體的上表面形成一液體楔角，光線通過(guò)這一楔角的液體光楔將發(fā)生折射及在反射鏡面上反射，隨著角度的不同，折射光線的偏轉(zhuǎn)角亦不同，但通過(guò)液體折射率與平面鏡系統(tǒng)或棱鏡系統(tǒng)的配合，可剛好消除由于殼體的擺放誤差造成的準(zhǔn)直光線的的方向偏差。其原理見(jiàn)(附圖4)。系統(tǒng)對(duì)光軸9安平時(shí)應(yīng)保持如下關(guān)系
當(dāng)殼體相反方向傾斜時(shí)，上面各式α只需取負(fù)值。于是可以推出n=12{sin(θ-α)sim[arctgsin2αsin(θ+2α)/sin(θ-α)-cos2α]+sin(θ+α)sin[arctgsin2αcos2α-sin(θ-2α)/sin(θ+α)]}]]>可見(jiàn)元件8應(yīng)為負(fù)一倍的望遠(yuǎn)系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)可由在入射面內(nèi)的反射次數(shù)為奇次的平面反射系統(tǒng)(如棱鏡)組成。而對(duì)于水平安平或坡度安平其要安平的光軸方向亦需要反射面來(lái)達(dá)到。
垂直安平屬于二維安平，這時(shí)元件8的入射光軸和出射光軸必須平行，如用平面反射系統(tǒng)組成8，則兩個(gè)方向的反射次數(shù)都應(yīng)為奇次，且θ＝0，于是元件8為作用矩陣必須為R=1000-1000-1]]>元件8與液體折射率相互配合而達(dá)到對(duì)光軸9的自動(dòng)安平。
用于激光系統(tǒng)的水平安平時(shí)會(huì)出現(xiàn)主亮光線之外的伴隨光線，它相對(duì)主亮光線的角距離可用作水泡指示，代替園水泡的作用。
本發(fā)明的積極效果在于由于采用了反射式液體光楔直接在光路中匹配運(yùn)算效正，因而補(bǔ)償精度有明顯提高，液體光楔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，安平范圍大，精度高，漂移小，抗干擾性強(qiáng)，裝調(diào)方便，可實(shí)現(xiàn)作為水準(zhǔn)儀、垂準(zhǔn)儀、坡度儀的自動(dòng)安平裝置。
下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為本發(fā)明應(yīng)用于激光水平儀結(jié)構(gòu)原理圖。
圖3為本發(fā)明應(yīng)用于激光水平垂準(zhǔn)儀原理圖。
圖4為本發(fā)明技術(shù)原理圖。
在圖1中，殼體1的底部設(shè)置有水平放置的反射鏡2，所述的反射鏡2包括平面、球面及外反射和內(nèi)反射式鏡片，反射鏡2的上面注入一層透明液體3，液體3由平面透鏡4封閉在殼體1中，平面透鏡4與平面反射鏡2為平行設(shè)置；與光軸7對(duì)接的光學(xué)元件8為在入射面內(nèi)的反射次數(shù)為奇次的平面反射鏡系統(tǒng)(如棱鏡)或者放大倍率為負(fù)一倍的望遠(yuǎn)系統(tǒng)。液體反射光楔與元件8的反射次數(shù)及倍率配合達(dá)到安平光軸9方向的目的。光軸5可設(shè)計(jì)成與液面下的反射鏡面法線平行θ＝0或傾斜θ≠0兩種狀態(tài)，將需要安平的激光準(zhǔn)直系統(tǒng)或目視系統(tǒng)與此對(duì)接，即成自動(dòng)安平儀器。成平行狀態(tài)θ＝0時(shí)，系統(tǒng)可同時(shí)實(shí)現(xiàn)水平、垂直及坡度等各種方向安平，但此時(shí)最有意義的為垂直、水平同時(shí)安平，垂直安平時(shí)元件8的入射光軸和出射光軸相互平行且作用矩陣必須為R=1000-1000-1]]>的平面反射鏡系統(tǒng)(如棱鏡)或者放大被率為負(fù)一倍的望遠(yuǎn)系統(tǒng)。成傾斜狀態(tài)θ≠0時(shí)，系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)水平和坡度安平，光軸9設(shè)計(jì)在光軸7與5所決定的平面里。水平安平時(shí)光軸9與反射鏡2表面平行或反平行；角度安平時(shí)9與反射面的夾角為所要安平的坡度角。水平和角度安平時(shí)光學(xué)元件8必須為在入射面內(nèi)的反射次數(shù)為奇次的平面反射系統(tǒng)。例如單次反射棱鏡。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)應(yīng)用于激光水平儀舉例在殼體1的底部置有水平放置的平面反射鏡2，該反射鏡的反射面是外反射，反射鏡2上面注入一層透明液體3，液體被平面透鏡4封閉在殼體1內(nèi)。在封閉的平面透鏡外面相對(duì)殼體固定單次反射棱鏡8，激光從準(zhǔn)直系統(tǒng)6及反射棱鏡射出，光線7射入液體3經(jīng)平面鏡2反射后從液體射出，光線7經(jīng)棱鏡8奇次反射成水平方向，這樣當(dāng)系統(tǒng)安放不平時(shí)其出射光線9仍能保持水平。
若將激光準(zhǔn)直系統(tǒng)6處換為目視望遠(yuǎn)系統(tǒng)即為普通自動(dòng)安平目視水平儀。為消除鏡像，可在目視系統(tǒng)中在加一次反射或?qū)⒎瓷淅忡R的反射面設(shè)計(jì)成屋脊反射面。
附圖3為本發(fā)明應(yīng)用于激光水平垂準(zhǔn)儀舉例在殼體1的底部置有水平放置的反射鏡2，反射鏡2上面注入一層透明液體3，液體的折射率為n＝1.5，液體被平面透鏡4封閉在殼體1內(nèi)。在平面透鏡外放上分光鏡6、8，在分光鏡的上方放上別漢屋脊棱鏡8′，或正交放置兩個(gè)無(wú)屋脊別漢棱鏡(此時(shí)可消除屋脊棱的衍射)，這樣從棱鏡出射的光線便被自動(dòng)安平成垂直水平面狀態(tài)的光線9′。而從分光鏡8反射的的光線9被自動(dòng)安平為平行水平面的光線。
權(quán)利要求
1.一種反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于在殼體(1)的底部置有水平放置的反射鏡(2)，該反射鏡的反射面包括平面、球面、外反射或內(nèi)反射式，反射鏡(2)上面注入一層透明液體(3)，液體被平面透鏡(4)封閉在殼體(1)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于當(dāng)液體中的反射鏡面為平面時(shí)，液體折射率n可由下式?jīng)Q定n=12{sin(θ-α)sin[arctgsin2αsin(θ+2α)/sin(θ-α)-cos2α]+sin(θ+α)sin[arctgsin2αcos2α-sin(θ-2α)/sin(θ+α)]}]]>式中θ為光線(5)相對(duì)反射鏡法線的角度，α一般設(shè)計(jì)在0.5-3角度之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于光線(5)相對(duì)反射面的夾角θ＝0度時(shí)，系統(tǒng)用于垂直安平，(2)為平面反射鏡時(shí)，元件(8)為負(fù)一倍望遠(yuǎn)系統(tǒng)、作用矩陣為R=1000-1000-1]]>的反射棱鏡、平面反射鏡系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于光線(5)相對(duì)反射面的夾角θ≠0度時(shí)，系統(tǒng)用于水平安平或坡度安平，元件(8)為在入射面內(nèi)的反射次數(shù)為奇次的反射棱鏡、平面反射鏡系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的的反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng)，其特征在于用于激光系統(tǒng)的水平安平時(shí)會(huì)出現(xiàn)主亮光線之外的伴隨光線，它相對(duì)主亮光線的角距離可用作水泡指示，代替園水泡的作用。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種反射式液體光楔補(bǔ)償系統(tǒng),在殼體的底部設(shè)置有水平放置的反射鏡,反射鏡的上面注入一層透明液體,液體由平面透鏡封閉在殼體中,平面透鏡與平面反射鏡為平行設(shè)置;采用了反射式液體光楔直接在光路中匹配運(yùn)算效正,因而補(bǔ)償精度有明顯提高,液體光楔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉,安平范圍大,精度高,漂移小,抗干擾性強(qiáng),裝調(diào)方便,可實(shí)現(xiàn)作為水準(zhǔn)儀、垂準(zhǔn)儀、坡度儀的自動(dòng)安平系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01C9/00GK1256400SQ9912267
公開(kāi)日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1999年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月23日
發(fā)明者鄭建平, 靖繼賢, 馬軍 申請(qǐng)人:鄭建平