Косвенные линейные измерения

⇐ ПредыдущаяСтр 19 из 21Следующая ⇒

Выполняют при помощи дальномеров геометрического типа, физических дальномеров и путем вычислений по формулам тригонометрии.

Дальномеры геометрического типа

Длину линии получают из решения параллактического треугольника, в котором измеряют параллактический (горизонтальный) угол и сторону – базу (рис. 45).

ε ε

L L

L=Б ctgε ≈ .

Рис. 45. Принцип измерения длины линии дальномерами

геометрического типа

Оптические дальномеры бывают с постоянным параллактическим углом и с переменной базой в виде вертикальной рейки, устанавливаемой вне прибора (нитяной дальномер), и с переменным параллактическим углом и с постоянной базой (дальномеры двойного изображения, в настоящее время мало применяемы). На рис. 47 показан принцип измерения длины линии местности этими дальномерами.

С постоянным углом С постоянной базой

Б₃

ε ₁

Б₁Б₂

ε Б ε ₂Б ε ₃Б

L₁ L₂ L₁L₂L₃

Рис. 46. Принцип измерения длины линии дальномерами различного типа

Теорию нитяного дальномера можно рассмотреть на примере нитяного дальномера теодолита, который состоит из средней горизонтальной нити и двух дальномерных нитей – верхней и нижней. В качестве переменного базиса используют нивелирную рейку.

Из рис. 47, поясняющего теорию нитяного дальномера, видно, что если визирный луч перпендикулярен базе (рейке), то расстояние между теодолитом и рейкой равно произведению К – коэффициента дальномера на количество сантиметровых делений между дальномерными нитями. Постоянной дальномера – с можно пренебречь из - за ее малой величины. У современных приборов К = 100, это значит, что одному сантиметровому делению рейки на местности соответствует 1метр.

Рассмотрим случай, когда визирный луч не перпендикулярен базису (рис. 48). Тогда:

d_АВ = L·cosν; L = К·n'; n' = n·cosν; отсюда L = К·n·cosν.

Окончательно получаем, что горизонтальное проложение

d=K·n·cosν ·cosν =K·n·cos²ν = L·cos²ν,

где К – коэффициент дальномера, n – количество сантиметровых делений между верхней и нижней дальномерными нитями, ν – угол наклона линии АВ.

Точность измерения расстояний нитяным дальномером относительно невелика и составляет порядка 1: 300 измеряемого расстояния. Однако для многих практических задач инженерной геодезии (прежде всего для выполнения теодолитных и топографических съемок) этой точности оказывается достаточно

D =

; L = АВ = К·n + с.

Рис. 47. Теория нитяного дальномера: визирный луч перпендикулярен базису

Рис.48. Теория нитяного дальномера: визирный луч

не перпендикулярен базису

Физические дальномеры

По области применения светодальномеры бывают (по ГОСТ 23543-88):

а) СГ – светодальномеры геодезические для измерения длин линий в государственных геодезических сетях, дальность действия до 50 км, точность 6÷ 110мм. Марки СГ-50 (10, 20, 50 км), СГ-20, СГ-10.

б) СТ – светодальномеры топографические, применяемые для измерений в геодезических сетях сгущения и для выполнения топографических съемок, дальность действия до 15 км, точность 5÷ 80 мм. Выпускаются СТ-15, СТ-10, СТ-5.

в) СП – светодальномеры, применяемые для измерений длин линий при решении задач прикладной геодезии и маркшейдерии, дальность действия до 3 км, точность 0, 3÷ 11 мм.

Радиодальномеры:

«Луч» - дальность действия 50 км, точность измерений ±15 см, масса 21 кг, 60Вт, 12В.

«Волна» - дальность действия 15км, точность измерений ±3 см, масса 10 кг, 10Вт, 12В.

«Трап» - дальность действия 15 км, точность измерений ±3 см, масса < 10 кг, 10Вт, 12В.

Светодальномеры и радиодальномеры различают по принципу действия:

а) Импульсные

отражатель

светодальномер

А В

Рис. 49. Принцип измерения длины линии светодальномерами

Длину линии вычисляют следующим образом:

АВ= где с – скорость распространения электромагнитной волны; t – время. Если средняя квадратическая ошибка времени m_t=1·10^-6сек., то средняя квадратическая ошибка измерения длины линии m_АВ≈ 300 м.

б) Фазовые

Длина линии равна: АВ=N ∆ φ измеряют фазометром; N – количество полуволн.

в) Частотные

Принцип работы светодальномеров базируется на определении времени τ распределения электромагнитных волн видимого или инфракрасного излучения вдоль измеряемого расстояния 13 (рис. 51, а), на одном конце которого установлен приемо-передатчик ПР-ПЕР, а на другом – светоотражатель ОТР. Поскольку световые сигналы проходят двойное расстояние 2D, то

D =с ∙ τ /2n,

где с – скорость распространения световых волн в вакууме, равная 299792456 м/сек; n – показатель преломления воздушной среды, зависящий от ее температуры, плотности и влажности.

Определение времени прохождения электромагнитными волнами измеряемого расстояния производится импульсным и фазовым методами (или их комбинацией).

В импульсных светодальномерах (рис. 51, б) счет времени ведется в первом варианте непосредственным измерением интервала между высланным на дистанцию импульсом 1 и принятым отраженным импульсом 2. Точность измерения времени 1-10 нс., а ошибка в измеренном расстоянии достигает 10 м.

Повышение точности достигнуто во втором варианте – импульсный метод с преобразованием временного интервала (счетно-импульсный метод). Сущность метода состоит в том (рис. 51, б низ), что промежуток времени между импульсами 1 и 2, соответствующий расстоянию 2D, преобразуется в непрерывный прямоугольный импульс, длительностью τ. Полученный прямоугольный импульс заполняется с помощью генератора счетными импульсами высокой частоты и малого периода Т_с, которые поступают на специальный счетчик импульсов. Таким образом, время распространения сигнала в прямом и обратном направлениях будет равно:

τ =Т_с ∙ n,

где n – число счетных импульсов генератора, полученное со счетчика импульсов.

В фазовых светодальномерах вместо индикатора времени применен индикатор разности фаз. Существует два типа фазовых светодальномеров: с фиксированной (рис. 51в) и с плавно изменяющейся частотой (рис. 51г). В первом типе дальномеров имеющееся в приборе фазоизмерительное устройство измеряет разность фаз Δ φ =(φ ₂-φ ₁) для высланного на дистанцию (φ ₁) и принятого с дистанции (φ ₂) сигналов. Эта разность фаз соответствует домеру к измеряемому расстоянию Δ D =λ ∙ Δ φ º /360º, а измеряемое расстояние будет:

D =(λ /2)∙ (N+Δ φ º /360º ),

где N – целое число волн, уложившихся в 2D; λ – длина волны.

Во втором типе фазовых светодальномеров частоту модуляции плавно изменяют до тех пор, пока в двойном расстоянии от приемопередатчика до отражателя не уложится целое число N волн или полуволн. Тогда:

D=λ ∙ N/2.

Для определения числа N измерения ведут на нескольких частотах.

В настоящее время выпускают ручные фазовые дальномеры (лазерные рулетки). Лазерный дальномер (рис. 50) позволяет измерять расстояния от 0, 05 до 80 метров (без отражателя) и более с максимальной погрешностью в ≈ 1, 5 мм. Встроенная память на 19 измерений, помимо функций Пифагора (вычисления высоты, ширины), расчета неприступных отрезков, площади, объема, сложения, вычитания, значительно расширяют возможности лазерной рулетки при выполнении математических операций. Появляется возможность измерять наклоны в пределах ±60°, вычислять горизонтальное расстояние по датчику наклона, рассчитывать углы стыка стен, выносить в натуру проектные размеры. Время работы до 25000 измерений.

Дальномер оборудован резьбой для установки на штатив и может вести отсчет от задней и передней поверхности дальномера. Многофункциональная откидная скоба на торце прибора позволяет производить измерения из внутренних углов, щелей и от различных краев и уступов. Положение откидной скобы прибор автоматически отслеживает и задает соответствующие поправки к результатам замера, это позволяет избежать ошибок при замерах. Автоматический датчик освещения дальномера включает подсветку дисплея и кнопки " DIST" в условиях плохой освещенности.

Рис. 50. Лазерный дальномер VEGA DM-180

Рис. 51. Принцип действия импульсных и фазовых дальномеров

⇐ Предыдущая 12 13 14 15 16 17 181920 21 Следующая ⇒