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专利号: 2018112690788
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)、设计具有改进几何结构的隅角镜作为光电自准直仪的反射镜,所述隅角镜改进几何结构在于其三个侧面的角度改进,所述隅角镜包括三个侧面a(1)、b(2)、c(3),及一个反射镜孔径面(4),该改进几何结构的隅角镜三个侧面的角度满足关系:∠1_2=90°-δ12,∠2_

3=90°-δ23,∠1_3=90°-δ13,其中δ12、δ23、δ13分别表示侧面a(1)和b(2)、b(2)和c(3)、a(1)和c(3)之间的有效结构角,在自准直仪保持初始状态时,隅角镜的反射镜孔径面(4)垂直于准直仪的OZ轴,隅角镜的等效口径(5)为一个六角星,包括入瞳(6)和出瞳(7);

2)、分析隅角镜内部结构及光的反射,根据准直光束沿着隅角镜三个侧面a(1)、b(2)、c(3)的反射顺序的不同,将反射光束分为六束光;

3)、研究反射顺序与测量参数关系,求得反射光束所对应的隅角镜的坐标矩阵Mr、角敏感度K及从隅角镜反射回准直仪的反射光向量B;

4)、分析六束反射光在自准直仪的光电传感器表面上的成像情况求得光斑位移量与隅角镜偏转角的关系ξx≈-△·Θ1·f、ξy≈-△·Θ2·f,其中Θ1为隅角镜OX1轴的角偏转量、Θ2为隅角镜OY1轴的角偏转量,f为光电准直仪物镜的焦距, δ为一微小角度;

5)、通过对隅角镜侧面连接角进行控制,给出δ的值增加光电自准直仪的测量范围。

2.根据权利要求1所述的一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,所述等效口径(5)由形状相同且面积相等的六部分第一扇面(8)、第二扇面(9)、第三扇面(10)、第四扇面(11)、第五扇面(12)、第六扇面(13)组成。

3.根据权利要求2所述的一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,所述等效口径的六部分都将接收到一部分准直光束,每一部分所接收到的准直光束都将按照固定的反射顺序,沿着隅角镜三个侧面a(1)、b(2)、c(3)面进行三次反射,然后平行于光轴反射回光电自准直仪并形成光回路。

4.根据权利要求3所述的一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,所述光束沿隅角镜内部的固定反射顺序与有效扇面的关系为:a-b-c→第一扇面(8)-第四扇面(11);c-b-a→第四扇面(11)-第一扇面(8);b-a-c→第二扇面(9)-第五扇面(12);c-a-b→第五扇面(12)-第二扇面(9);b-c-a→第三扇面(10)-第六扇面(13);a-c-b→第六扇面(13)-第三扇面(10);按照反射面的反射顺序标记,可把反射出的六束光源进行成对划分。

5.根据权利要求4所述的一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,当一对反射光束反射顺序为b-a-c,c-a-b时,根据两束准直反射光在光电传感器上沿自准直仪OX和OY轴的位移只分别与隅角镜沿OX1、OY1轴的转动量相关,得到反射光向量 平行于隅角镜的准直入射光束;三对光束中的其中一对光束的不变轴U与隅角镜OX1、OY1轴垂直,即满足如下关系:根据公式(1)可得到所述隅角镜三个反射面a(1)、b(2)、c(3)满足以下角度关系:sin(δ23)·cos(δ12)·cos(δ13)+sin(δ13)=0        (2)sin(δ23)·cos(δ12)·cos(δ13)-sin(δ13)+2sin(δ12)·cos(δ13)=0   (3)根据上式求解可得所述隅角镜三个反射面a(1)、b(2)、c(3)之间的有效结构角δ12,δ23,δ13为:δ13=arctan(sin(δ12))     (4)

sin(δ23)=-tan(δ12)      (5)

δ23=arcsin(-tan(δ12))     (6)

光束对a-b-c,c-b-a的不变轴 在隅角镜的坐标轴OZ1轴上的分量为:

求得所述隅角镜三个侧面a(1)、b(2)、c(3)的有效结构角δ12,δ23,δ13的值及所述光束a-b-c,c-b-a的不变轴 在隅角镜的坐标轴OZ1轴的分量:其中δ为一微小角度,反射顺序为b-a-c的光束不变轴 表示为:

反射顺序为b-a-c的光束不变轴 是由隅角镜三个侧面a(1)、b(2)、c(3)的参数所决定的,根据该光束通过反射面的顺序,所述光束b-a-c的隅角镜的坐标矩阵为:根据上式可知,沿b-a-c反射顺序反射的光束,其隅角镜的坐标矩阵满足欧拉旋转公式中对其OX和OY轴旋转角度的感应关系,求得所述隅角镜的角敏感度为:所述光束b-a-c从隅角镜反射回准直仪的反射光向量为:

根据上式可得,反射光在自准直仪的光电传感器的二维面上沿OX和OY轴的位移信息只与隅角镜对应的OX1、OY1轴的转动情况相关;

沿b-a-c反射顺序反射的光束,相对应的另一束沿c-a-b反射顺序反射的光束,其反射光向量参数△为负数,其余参数相同。

6.根据权利要求5所述的一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,所述反射顺序不同的六束反射光在光电准直仪的光电传感器表面的成像情况为:反射顺序为b-a-c、c-a-b的光束在光电传感器表面成像分别为第一光斑(14)和第二光斑(15),第三光斑(16)和第四光斑(17)是由反射顺序为a-b-c、c-b-a的光束成像,第五光斑(18)和第六光斑(19)是由反射顺序为b-c-a、a-c-b的光束成像,所述第一光斑(14)和第二光斑(15),第三光斑(16)和第四光斑(17),第五光斑(18)和第六光斑(19)为隅角镜未发生偏转时光束的成像情况,第七光斑(14')和第八光斑(15'),第九光斑(16')和第十光斑(17'),第十一光斑(18')和第十二光斑(19')表示隅角镜发生偏转时光束的成像情况,所述第一光斑(14)和第二光斑(15)的位移量与隅角镜偏转角的关系为:ξx≈-△·Θ1·f          (13)

ξy≈-△·Θ2·f          (14)

其中Θ1为隅角镜OX1轴的角偏转量、Θ2为隅角镜OY1轴的角偏转量,f为光电准直仪物镜的焦距。

7.根据权利要求6所述的一种增加自准直仪测量范围的方法,其特征在于,通过对所述隅角镜三个侧面a(1)、b(2)、c(3)的有效结构角δ12,δ23,δ13进行控制,根据隅角镜的角敏感度 按需求设置δ的值,便可增加光电自准直仪的测量范围。