Світловіддалеміри першого покоління характерні особливості віддалемірів першого покоління



Скачати 127.07 Kb.
Дата конвертації27.01.2017
Розмір127.07 Kb.


Підручник




Розділ 3. СВІТЛОВІДДАЛЕМІРИ ПЕРШОГО ПОКОЛІННЯ

  1. Характерні особливості віддалемірів першого покоління

При створенні світловіддалемірів першого покоління використовувалися пристрої, якими фізики визначали швидкість світла. Характерна особливість цих віддалемірів полягає в тому, що в них різницю фаз А<р визначають оптичними фазометрами на частоті модуляції світла, тобто на високій частоті. В перших світловіддалемірах, які виготовлялися за кордоном (2-а модель геодиметра), різниця фаз визначалася парафазним способом. Трохи пізніше у перших віддале- мірах, які виготовлялися в СРСР, застосовувався інший фазометр - компенсаційна комірка Керра.

Першим світловіддалеміром з компенсаційною коміркою був віддалемір СВВ 1, який виготовлявся серійно з 1953 р. Конструкція його була простою і вдалою. Тому віддалемір практично без змін використовувався більше десяти років. На основі цього віддалеміра в СРСР було сконструйовано декілька топографічних віддалемірів. З кінця 60-х рр. велись роботи над підвищенням точності та збільшенням радіусу дії світловіддалеміра СВВ 1, а також над автоматизацією процесу вимірювань та обчислень. Результатом цих робіт став світло- віддалемір СГ 3, який є прототипом сучасних світловіддалемірів - напівавтоматів групи Г.

З кінця 60-х рр. компенсаційний спосіб екстремумів стали впроваджувати за кордоном. Першим з таких віддалемірів був високоточний віддалемір - Мек- кометр. Віддалемірів з парафазним способом вимірювання різниці фаз вже не використовують.

Тепер виготовляють віддалеміри першого покоління тільки з компенсаційними комірками. Світло в них модулюють за формою еліпса поляризації. Частоту модуляції світла змінюють як плавно так і дискретно. Різницю фаз реєструють найчастіше автоматично. Обчислення довжини лінії теж автоматизоване.

Віддалеміри першого покоління розвиваються і їх конструюють до сьогоднішнього дня. В них до тепер ще не використано всіх можливостей. При цьому в них поглиблюється автоматизація процесу вимірювань та виключення багатозначності. Вони є найточнішими з сучасних віддалемірів. Тільки віддале- міри першого покоління бувають двохвипьовими, тобто в них реалізовано дисперсійний спосіб визначення швидкості несучих коливань (див. розд. 1.5).

Необхідно відзначити, що віддалеміри першого покоління - це складні та дорогі вимірювальні прилади. Але їх високі вимірювальні якості переважають ці недоліки.


Розділ 4. СВІТЛОВІДЦАЛЕМІРИ ДРУГОГО ПОКОЛІННЯ

  1. Характерні особливості

В результаті використання електроніки в світловіддалемірній техніці появились віддалеміри другого покоління. Істотними удосконаленнями, які тут введені, є зниження частоти коливань перед вимірюванням різниці фаз і застосування електронних фазометрів замість оптичних. Для зниження частоти коливань застосовано гетеродинування. З точки зору фазового методу основною цінністю цього способу зниження частоти є те, що при ньому зберігається різниця фаз коливань.

В цих віддалемірах світло модулюють тільки за інтенсивністю. Фотоелектронний помножувач служить в них перетворювачем відбитого світлового потоку в фотострум та сигнальним змішувачем. Різницю фаз визначають приладово. Багатозначність виключають тільки багатоступеневим способом з посереднім визначенням фазових домірів.

Джерела світла в них можуть бути різні. Тому і радіус дії віддалемірів другого покоління є теж різним. Віддалеміри другого покоління бувають як топографічні так і геодезичні. Прецизійних віддалемірів цього покоління нема.

До позитивних властивостей віддалемірів другого покоління слід віднести їх високу завадостійкість. Але, незважаючи на це, вони стають безперспективними, бо процес вимірювань в них автоматизувати не вдається.

4.5. Геодезичні відалеміри другого покоління

В цих віддалемірах для забезпечення відповідного радіусу дії джерелом світла служать газові лазери. У зв’язку з цим в них використовують зовнішню модуляцію світла за інтенсивністю. Модуляторами тут бувають повні комірки Керра, або Поккельса.

На рис. 4.5 подана загальна функціональна схема геодезичного віддалеміра другого покоління. Основною відмінністю цієї схеми від функціональної схеми топографічного віддалеміра є інше джерело світла і наявність модулятора.

У зв’язку із збільшенням радіусу дії геодезичні віддалеміри працюють на чотирьох вимірювальних частотах, а не на трьох.



Функціональна схема, яка показана на рис. 4.5, лежить в основі роботи світловіддалеміра Гранат. Він появився в результаті модернізації співробітниками ЦНДІГАіК в Москві світловіддалеміра Кварц. Світловіддапемір Гранат випускають невеликими партіями з 1983 р.

В цьому віддалемірі принцип вибору частот такий же, як у віддалемірі ЕОК 2000. Тут теж можна обнулювати покази шкали фазообертача.



c:\users\nemo\appdata\local\temp\finereader11\media\image1.jpeg
Модулятор


Генератор

вимірювальної

напруги


-*


і


|ОКЗ І ^Відбив


. Гетеродин


Опорний

змішувач


ІФ£Я Iі І- О1-


І

Фазообер




Фазовий

тач

1

детектор



c:\users\nemo\appdata\local\temp\finereader11\media\image2.jpeg


Рис. 4.5. Функціональна схема геодезичних віддалемірів другог покоління

В комплект світловіддапеміра входить прийомопередавач з підставкою (рис. 4.6), два відбивачі (по три блоки з 19 призм) з підставками, два одноприз- мові відбивачі, дві акумуляторні батареї, три комплекти метеорологічних приладів (барометр і психрометр), запасне і допоміжне обладнання.



Технічна характеристика світловіддалеміра Гранат


0.1...20

Г, = 29970.252 Г2 = 32967.276 Г,= 30269.955 Г4= 30000.222 5

-10...+ 40 613... 1066 до 85 10 45 12

140

13
Радіус дії, км

СКП результату вимірювання одним прийомом, мм Частоти, кГц

Частота, на якій працює фазометр, кГц Умови експлуатації:

температура, °С тиск, гПа

відносна вологість, %

Час проведення однієї програми вимірювань, хв Потужність живлення, Вт Напруга живлення, В Маса, кг

комплекту,

прийомопередавача

Особливості віддалеміра. Джерелом світла цього віддалейіра є газовий лазер ЛГ 78, випромінювання якого видиме (червоне), плоскополяризоване з довжиною хвилі 0.6328 мкм. Модулятором служить повна комірка Керра, в якій відсутній поляризатор. Конденсатор комірки розміщений так, щоб його силові лінії утворювали кут 45° з площиною коливань випромінювання лазера, а площина аналізатора має бути перпендикулярною до неї.


Сигнальним змішувачем тут є фотоелектронний помножувач ФЕУ 115.


c:\users\nemo\appdata\local\temp\finereader11\media\image3.jpeg

Рис. 4.6. Світловіддалемір Гранат
Вимірювальну напругу генерує кварцовий термостатований генератор. Гетеродин теж термостатований. В термостаті підтримується постійна температура +65°С. Оба генератори складаються з задаючого генератора, помножувача частоти з коефіцієнтом 3 та підсилювача потужності. Задаючий генератор дає коливання частотою біля 10 МГц. Для більшої стабілізації в тер-' мостаті розміщені не тільки кварцові резонатори першої вимірювальної частоти та першої частоти гетеродина, але і інші вузли генераторів, які приймають участь при генеруванні першої вимірювальної частоти.

Основна вимірювальна частота вибрана так. що при температурі 0°С тиску 1013,25 ГПа в сухому повітрі її довжина хвилі дорівнює 10 м з точністю до 1 мкм.

Шкала фазообертача має 100 поділок. На першій вимірювальній частоті одна поділка відповідає 1 дециметрові в подвійній вимірюваній лінії. Відлік знімають з точністю до 0.1 поділки і записують як ціле число. Тому він є в сантиметрах.

Виключення багатозначності тут виконують так само, як у віддапемірі ЕОК 2000, тільки з тією різницею, що тут є 4 вимірювальні частоти, які дозволяють однозначно визначати лінії довжиною до 5 км. Коефіцієнт а, який дорівнює кількості укладень цілих 5-кілометрових відрізків в довжині лінії, визначають за формулою а = 8,шй7^„/5 км - 64, де 64 - фазовий домір на четвертій вимірювальній частоті. Його отримують, поділивши на 1000 відлік на цій частоті.

Всі показані на рис. 4.5 вузли, крім відбивача, входять до складу прийо- мопередавача (рис. 4.6). Він має форму паралелепіпеда, до бокових граней якого прикріплені горизонтальні півосі. Завдяки цьому прийомопередавач можна плавно нахиляти в межах 20°. Шарнірний зв’язок обнови прийомопередавача з підставкою дозволяє йому вільно рухатись навколо вертикальної осі.

На грані паралелепіпеда, яка знаходиться із сторони спостерігача, є панель керування прийомопередавача.

В оптичну частину прийомопередавача входять передавальна лінзова система з фокусною віддаллю 280 мм і діаметром вихідного отвору 38 мм, дзер-

Розділ 5. СВІІГЛОВІДДАЛЕМІРИ ТРЕТЬОГО

ПОКОЛІННЯ


  1. Характерні особливості світловіддалемірів третього

покоління

Основною ознакою приналежності світловіддалеміра до третього покоління є застосування цифрового фазометра для вимірювання різниці фаз. Фазові вимірювання тут, як і у віддалемірах другого покоління, виконують на низькій частоті.

Процес вимірювання цифровим фазометром відбувається в певні проміжки часу, тобто вони виконуються дискретно. Час проведення одного заміру є дуже малим. Обмеження в часі процесу вимірювань дало можливість формувати командні-сигнали для вмикання і вимикання окремих вузлів, тобто автоматизувати процес вимірювання, що в наш час є дуже важливим. Автоматично вмикається і вимикається ОКЗ, перемикаються частоти і т.п. Нерідко автоматично виконується регулювання сили сигналу, що падає на ФЕП. Слід відзначити, що в геодезії першими автоматизували саме вимірювання віддалей, кутові вимірю- ' вання автоматизували значно пізніше.

Дуже короткий час роботи фазометра дає можливість виконувати багаторазові вимірювання, що суттєво зменшує вплив випадкових помилок на довжину лінії.

Результати вимірювань цифровим фазометром отримують в кодовій формі. їх можна зразу передати в міні-ЕОМ, вмонтовану в прийомопередавач, і автоматично виконувати обчислення, наприклад, середнього із ряду вимірювань, виключати багатозначність, проводити оцінку точності отриманих результатів, тощо. Крім цього, ввівши в міні-ЕОМ відповідні вихідні дані, можна обчислювати метеорологічні поправки в довжину лінії, горизонтальні прокладення лінії і перевищення її кінців, приростки координат та і самі координати і т.п. До багатьох прийомопередавачів можна під’єднати запам’ятовуючий пристрій, в якому записують всю необхідну інформацію.

Застосування цифрового фазометра дозволило перейти на економний імпульсний режим роботи всього віддалеміра, що істотно зменшило потужность їх живлення. Це викликало деякі зміни в функціональній схемі віддалеміра, а точніше - в його фазовимірювальному пристрої. Тому віддалеміри третього покоління, які працюють в імпульсному режимі, виділяють в окрему підгрупу і називають імпульсно-фазовими.

Опорні коливання в віддалемірах третього покоління отримують гетеро- динуванням або ж діленням частоти вимірювальних коливань. Другий шлях використовують в імпульсно-фазових віддалемірах. При зниженні частоти коливань шляхом її ділення фаза отримуваних низькочастотних коливань є іншою, ніж при гетеродинуванні. Для того, щоб і в цьому випадку виміряна різниця фаз низькочастотних коливань дорівнювала q>„ - срЛ, потрібно виконувати підстроювання фази гетеродину.

У віддалемірах, що працюють в імпульсному режимі, застосовують схему збіжності замість сигнального змішувача, 3 цієї схеми одержують зразу сигнальні імпульси. В цьому випадку на ФЕП, який виконує функцію цієї схеми, подають імпульси, сформовані з коливань гетеродина.

Автоматичне запам’ятовування одержаних результатів дає змогу працювати віддалемірам в режимі відстежування за відбивачем, який переміщається, тобто реєструвати змінні довжини лінії, що є зручним при проведенні розмічувальних робіт, трасуванні і інших інженерно-геодезичних роботах.

Застосування цифрових фазометрів відкрило нові можливості світловід- далемірів, збільшило сферу їх застосування, а також піднесло технічний рівень лінійних вимірювань.

Багатозначність у віддалемірах третього покоління виключають тільки багатоступеневим способом. При цьому віддалеміри працюють на тих вимірювальних частотах, які потрібні для виключення багатозначності. Отже фазові домі- ри в них отримують безпосередньо.

Джерелом світла служить світлодіод, або напівпровідниковий лазер. У зв'язку з цим тут відсутні модулятори інтенсивності випромінювання. Радіус дії цих віддалемірів не перевищує 10, а рідше 15 км. Тому віддалеміри третього покоління є тільки топографічні, або прецизійні.

Габарити і маса віддалемірів третього покоління є настільки малими, що їх в більшості випадків можна встановлювати не тільки на штативі, але і на теодоліті, тобто вони є одночасно віддалемірами і віддалемірними насадками. Виготовляються також тільки віддалемірні насадки.

Ці прилади зручні і прості в обслуговуванні. В багатьох з них поява короткочасних перешкод на шляху електромагнітних хвиль між прийомопередава- чем і відбивачем не спотворює результатів вимірювань тільки продовжує час вимірювального процесу. Це робить віддалеміри третього покоління зручними при вимірюваннях в містах та на будівельних майданчиках.

Розділ 7. РАДЮВІДДАЛЕМІРИ


  1. Загальні відомості про радіовіддалеміри

Всі геодезичні радіовіддалеміри є одного типу - типу теллурометр. Вони є гетеродинними віддалемірами з активним відбивачем. В їх склад входить дві станції: головна і ведена. На головній станції виконують фазові вимірювання, тобто, використовуючи світловіддалемірну термінологію, ця станція є прийомо- передавачем. А ведена станція - це активний відбивач. Вона приймає коливання головної станції, підсилює ці коливання та вносить в них свої зміни і тільки після цього їх випромінює.

Несучими коливаннями радіовіддалемірів є надвисокочастотні (НВЧ) електромагнітні коливання з довжинами хвиль біля десяти, трьох і одного сантиметра. На несучі коливання шляхом частотної модуляції накладають вимірювальні коливання, які тут прийнято називати масштабними.

Характерною особливістю радіовіддапемірів є те, що в них гетеродин та сигнальний змішувач знаходяться на веденій станції, а не на головній, тобто не в прийомопередавачі, як у світловіддалемірах.

Багатозначність в радіовіддалемірах визначають багатоступеневим способом. їх фазометри дозволяють вимірювати будь-яке значення різниш фаз. Тому вони працюють на фіксованих вимірювальних частотах.

Виникнення теорії радіовіддалемірів пов’язане з іменами Д.І.Мандель- штама і Н.Д.Папалексі. які в 1933 р. запропонували схему не когерентного відда- леміра з активним відбивачем. Ця схема використана в приладі, який сконструював в 1957 р. англійський інженер Т.Д.Уодлі і назвав його теллурометром.

До особливостей радіовіддалемірів належить те, шо НВЧ коливання не вдається зібрати в такий вузький пучок, як випромінювання оптичного діапазону. Це є причиною значних втрат енергії. Тому потужність випромінювання радіовіддалемірів мусить бути більшою, ніж світловіддалемірів. Крім цього частина пучка радіохвиль потрапляє на поверхню землі, відбивається від неї і частково приймається антеною. Ці хвилі накладаються на хвилі, які пройшли шлях між станціями по прямій, і спотворюють фазу останніх. Тому результати вимірювань радіовіддалемірами можуть мати істотні помилки, викликані впливом відбитих від землі хвиль. Ці помилки називають "впливом землі".

До недоліків радіовіддалемірів слід віднести те, що їх точність € нижчою від точності світловіддалемірів через більший вплив вологості повітря на швидкість радіохвиль, ніж світла. Точність визначення вологості повітря, яку забезпечують психрометри, для вимірювань радіовіддалемірами є недостатньою. Більш точних методів визначення вологості повітря в польових умовах нема. Тому точність визначення швидкості радіохвиль є нижчою від точності визначення швидкості світла. Радіовіддалемірами можна отримати-точність вимірювання ліній не більшу від 1/200 000.

Позитивним в радіовіддалемірах є те. шо ними можна вимірювати довжини нній при наявності невеликих перешкод на шляху радіохвиль, тобто при відсутності прямої видимості між пунктами, що для світловіддалемірів є неможливим.




Я.М.Костецька 97





Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал