Электронные дальномеры (стр. 3 )

Аналогично разрешается неоднозначность у электронного тахеометра 2ТА5 , где применяются три фиксированные частоты кГц, кГц, кГц.

На частоте однозначно определяется расстояние в пределах 10 м; на разностной частоте однозначно определяют расстояния в пределах 200 м и на разностной частоте – в пределах 2000 м.

Обработка результатов измерений на трех масштабных частотах производится микропроцессорным вычислительным устройством прибора.

5. ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ

ЭЛЕКТРОННЫМИ ДАЛЬНОМЕРАМИ

При измерении расстояний дальномерами фазового типа формулу (4) можно записать в следующем виде

(14)

где – разность фаз в пределах одного периода;

k – постоянная поправка.

Точность определения расстояния D зависит от точности определения величин, стоящих в правой части равенства.

Скорость с распространения электронных волн в вакууме известна с высокой точностью (относительная ошибка 4×10-9), частота в настоящее время определяется тоже с высокой точностью (можно этолонировать частоты с ошибкой до 1 гц). Разность фаз и постоянная поправка k тоже определяются точно. Основная проблема заключается в определении показателя преломления воздуха. Приближенно n =1.000296. Величина 106 называется индексом преломления (N=296). Она зависит от длины волны, температуры, давления и влажности. Ошибка в температуре на 10 дает ошибку в длине линии D 10-6, а ошибки в давлении на 1 мм ртутного столба – 0,5 Д ·10-6. Практически температуру и давление измеряют на концах линии. Среднее интегральное значение их остается неизвестным. Это обстоятельство в основном и лимитирует точность определения расстояний электронными дальномерами.

Для ослабления ошибок, связанных с определением индекса преломления можно наблюдать в разное время, или расставлять датчики температуры, давления и влажности по измеряемой линии. На последнем принципе в Германии создан прибор Геомензор, который позволяет измерять линии до 20 км с ошибкой 0,1 мм на 1 км.

Советским ученым Прилениным предложен дисперсионный способ определения индекса преломления. По этим идеям в Англии и США созданы приборы, позволяющие измерять линии с относительной ошибкой 10-7. Одним из наиболее точных дальномеров инженерного типа является Мекометр МЕ-3000 (Англия). Ошибка измерения – доли миллиметра.

Как видно из приведенных примеров, электронные дальномеры позволяют измерять расстояния с очень высокой точностью, которой нельзя достичь на какими другими приборами.

На практике точность измерений расстояний конкретным дальномером обычно характеризуют эмпирической линейной зависимостью вида

, (15)

где – средняя квадратическая ошибка рассстояния;

и – коэффициенты.

Значения коэффициентов и находят по методу наименьших квадратов из сопоставления длин линий с их ошибками, полученными при измерении эталонных базисов, или рассчитывают по результатам лабораторных определений отдельных ошибок.

Как видно из формулы (15), ошибка складывается из двух частей: первая не зависит от расстояния, а вторая – пропорциональна расстоянию. Например, в паспорте для светодальномера СТ5 приводится мм. Следовательно = 10 мм, =5 · 10-6. Приведенную формулу можно представить еще в таком виде

мм + мм/км.

6.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВЕТОДАЛЬНОМЕРАХ

Основными странами по разработке и серийному выпуску различных светодальномеров являются Швеция, Швейцария, Германия, Великобретания, США, Япония, Россия и др.

В 1984 г. в СССР был введен ГОСТ 19223-82 “Светодальномеры геодезические. Общие технические условия” согласно которому светодальномеры подразделяются на три группы: Г (геодезические), Т (топографические), П (применяемые в прикладной геодезии). Эти буквы добавляют к букве С, обозначающей слово “светодальномер”, после чего указывают цифры, обозначающие дальность действия прибора. Например, СТ5 означает светодальномер топографический с дальностью действия 5 км.

Геодезические светодальномеры предназначены для измерения сторон в государственных геодезических сетях, базисов космической триангуляции и триангуляции высших классов. Дальность их действия составляет 15-50 км, а средняя квадратическая ошибка порядка ±(5¸10) мм + (1¸2) мм/км.

Топографические светодальномеры применяются при построении сетей сгущения, производстве топографических съемок и других работах. Это светодальномеры массового применения с дальностью действия до нескольких километров с ошибкой порядка 2 см. Они могут изготовляться как автономные светодальномеры и как дальномерные насадки на теодолит.

К группе П относятся светодальномеры повышенной и наивысшей точности, которым можно измерять расстояния до 0,5¸3 км с ошибкой около 2 мм и менее. Они применяются при решении различных задач прикладной геодезии, в маркшейдерских работах и др.

Основные технические характеристики некоторых современных фазовых светодальномеров, условно разделенных на три группы, приведены в табл.1.

Для землеустроительной специальности наибольший интерес представляют топографические светодальномеры. Все современные приборы этой группы отличаются высоким уровнем автоматизации. Для управления, контроля и вычислений используют встроенный микропроцессор. Источником излучения служат полупроводниковый светодиод или лазерный диод на арсениде галлия (GaAs) с длиной волны порядка 0,9 мкм (инфракрасное излучение) и внутренней модуляцией. Расстояние выдается в цифровом виде на табло. Время измерения линии составляет от 0,7 до 10 с. Приборы можно совмещать с теодолитами (устанавливать сверху теодолита).

Жесткая конкуренция среди западных фирм вынуждает разрабатывать новые приборы и совершенствовать существующие. Повышенной точностью отличаются приборы Дистомат фирмы «Вильд» (Швейцария), особенно ДI 2000. Дальномер серии ДМ фирмы «Керн» выполнены в виде модулей конструкции, «надеваемой» на зрительную трубу теодолита. Прибор ДМ150 снабжен автоматическим редукционным датчиком углов наклона, что позволяет получить горизонтальное проложение и превышение.

Весьма совершенны геодиметры Шведской фирмы «АГА Геотроникс». Они отличаются малыми размерами (у модели 210 размер 175х90х87 мм) имеются автоматические редукционные датчики углов наклона. Фирмой разработаны специальные устройства для «самонаведения» реечника, позволяющие ему быстро отыскать луч от прибора и установить в его отражатель, смонтированный на рейке, а также устройство для односторонней речевой связи с реечником. На рейке с отражателем смонтирован приемник. Передача осуществляется по оптическому лучу в ИК диапазоне. Геодиметр имеет встроенный микрофон. Дальность действия связи – 1600 м. В приборах предусмотрена

Т а б л и ц а 1. Современные фазовые светодальномеры

Страна-изготовитель	Марка прибора	Дальность действия, км	Точность, мм+мм/км	Масса прибора, кг
Геодезические
Россия	Гранат СГ-3	20 30	5 + 2 4 + 1	15 15
Швеция	Геодиметр 600	40	5 + 1	15
США	Рейнджмастер III	60	3 + 1	27
Топографические
Россия	СТ5 СТ10	5 10	10 + 5 5 + 3	4,5 6,5
Швеция	Гедиометр 114 Гедиометр 210	7,5 4,5	5 + 1 5 + 5	2,7 1,6
Швейцария	Дистомат ДI2000 ДМ 150 ДМ 503	2,3 2,0 3,5	1 + 1 5 + 2 3 + 2	0,7 1,6 1,6
США	ДМ 800	1,3	5 + 5	1,5
Германия	FEN 4000	4,5	5 + 5	2,8
Япония	RED 2L	7,8	5 + 3	2,0
	RED MINI2	1.2	5 + 5	0,9
	NД-31	3,0	5 + 5	1,6
Светодальномеры повышенной точности
Россия	СП2 СП05	2,0 0,5	1 + 1 0,6+1,5	6 18
Швейцария	Мекометр МЕ 3000 Мекометр МЕ 5000	3 8	0,2 + 1 0,2 + 0,2	19 11
Великобретания	Теллурометр МА 100 Геоменсор CR-204	2 10	105 + 2 0,1 + 0,5	17 26

возможность «трекинга» (следящего режима) – работа с перемещающимся отражателем. Результаты измерений индицируются через каждые 1-2 с и даже через доли секунды. Во всех дальномерах автоматически учитывается приборная поправка, предусмотрен ввод данных о метеопараметрах с панели управления. В дальномерах серии NД Японской фирмы «Никон» имеется устройство дистанционного пульта управления прибором. Пульт можно отнести на расстояние до 2 м от прибора и управлять процессом измерений, не прикасаясь к дальномеру. Интересные особенности имеют дальномеры FEN фирмы «Феннель».