Тема 7. Метрологическое обеспечение точности геодезических приборов

Метрологическое обслуживание геодезических и фотограмметрических приборов

Метрологическое обслуживание прибора — комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на осуществление метрологического обеспечения на различных этапах жизненного цикла прибора — от разработки до применения в народном хозяйстве. Метрологическое обеспечение в геодезическом приборостроении направлено на установление и применение современных научно-методических приемов, правил и норм, необходимых для достижения единства и достоверности измерений.

Как известно, геодезические приборы позволяют получать информацию об угловых, линейных величинах (в плане и по высоте) или их функциях (приращениях координат, горизонтальных проложениях, превышениях). Для обеспечения единства измерений необходимо, чтобы измеряемые величины выряжались в принятой системе единиц. В 1971 г. XIV Генеральной конференцией по мерам и весам была принята система единиц СИ, которая введена в народное хозяйство страны с 01.01.1980г.

Единицей плоского угла СИ является радиан — угол между двумя радиусами окружности, дуга между которыми по длине равна радиусу. В градусном исчислении 1 рад= 57°17'44,8'.

Единицей длины СИ является метр — длина, равная 1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р₁₀ и 5 атома криптона-86 (оранжевой линии спектра).

В практике высокоточных астрономо-геодезических измерений и фундаментальных исследований используются единица времени — секунда и связанная с ней единица частоты — герц (1 Гп = 1 с"¹). В качестве единицы времени СИ служит секунда — время, равное 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133.

Общесоюзная поверочная схема для средств измерения времени и частоты установлена ГОСТ 8.129—77. Государственный первичный эталон времени и частоты представляет собой сложный комплекс аппаратуры, включающей водородные и кварцевые генераторы, делители частоты от 100 кГц до 1 Гц, оборудование для сличения частот, квантовые часы для хранения шкал времени, аппаратуру средств обеспечения. Государственный первичный эталон воспроиз­водит единицу времени и частоты со средним квадратическим отклонением результатов измерений не более, 1х10¹⁸ при неисключенной систематической погрешности не более 1х10^м.

Метрологическое обслуживание геодезических приборов ведется через систему испытаний, аттестаций, поверки, исследований; разумеется, метрологическому обслуживанию подлежат лишь средства измерений. Дадим определения основных понятий системы метрологического обслуживания.

Испытания — совокупность экспериментальных операций, проводимых с целью установления соответствия прибора по своим техническим параметрам, размерам и характеристикам требованиям НТД, распространяющихся на прибор. Испытания, проводимые с целью утверждения типа прибора и решения вопроса о возможности его выпуска в обращение, называют приемочными.

Испытания, проводимые с целью проверки стабильности и качества серийного выпуска приборов, называют контрольными.

Метрологическая аттестация — совокупность экспериментальных операций, проводимых с целью установления соответствия средства измерений своему назначению и выявления его метрологических характеристик. Как правило, метрологической аттестации подвергаются не стандартизованные средства измерений и приборы, ввозимые из-за границы.

Исследование — совокупность экспериментальных операций или теоретических приемов, направленных на изучение конкретных характеристик и свойств прибора либо определение зависимости параметров (функций) от изменения воздействующих факторов (аргументов).

Одно из основных понятий в системе метрологического обслуживания — поверка. Поверкой называется совокупность экспериментальных операции, направленных на осуществление контроля метрологической исправности прибора. При этом под метрологической исправностью будем понимать такое состояние средств измерений, при котором его метрологические характеристики отвечают установленным требованиям.

В отличие от испытаний при поверке прибора контролируется не весь комплекс параметров и характеристик, установленных в НТД, а лишь имеющие отношение к метрологической исправности прибора, т.е. метрологические характеристики. В зависимости от того, кем проводится поверка — государственной или ведомственной метрологической службой, различают государственную и ведомственную поверку средств измерений. Государственной поверке подлежат средства измерений, входящие в состав государственной системы приборов (ГСП), и измерительные приборы, используемые при государственных испыта­ниях и контроле технологических процессов как образцовые средства. Геодезические приборы поверяются ведомственной метрологической службой: заводов-изготовителей — при выпуске из производства и после ремонта, организаций-потребителей — в процессе эксплуатации.

Методы и средства поверки геодезических приборов в процессе эксплуатации устанавливаются инструкцией, утвержденной ГУГК.

Поверка, осуществляемая при выпуске приборов из производства или после ремонта, называется первичной; поверка, осуществляемая при эксплуатации или хранении приборов через установленные промежутки времени, называется периодической.

Составными элементами поверки являются такие понятия, как «метод», «средство», «операция». Метод поверки — совокупность правил и технических приемов проведения поверки. Для геодезических приборов применимы следующие известные в метрологии методы поверки: прямые измерения поверяемым прибором величины, воспроизводимой образцовым измерительным прибором или мерой; сличение поверяемого прибора с образцовым средством изме­рений при помощи компаратора. Для геодезического прибора характерно также применение метода самокалибровки, основанного на использовании известных математических условий и технологических особенностей геодезических построений.

К средствам поверки относят технические средства (приборы, стенды, устройства), предназначенные для контроля метрологических характеристик поверяемых приборов. К средствам поверки геодезических приборов можно причислить, например, экзаменатор, автоколлиматор, компаратор МК-1, измерительный микроскоп УИМ, многогранник, полевой контрольный базис, штриховую меру, измерительную линейку.

Операция поверки — самостоятельный этап поверки, результатом которого является определение фактического значения метрологической характеристики поверяемого прибора. Операции поверки в метрологической практике называют следующим образом: визуальный (внешний) осмотр, опробование, проверка, определение, контроль, исследование. Состав операций поверки зависит как от устройства, назначения и точности прибора, так и от метода выявления основных метрологических характеристик. При этом допускается определять основную метрологическую характеристику прибора двумя путями. Первый путь — поэлементная поверка, при которой метрологическая исправ­ность прибора определяется по характеристикам отдельных элементов (напри­мер, для нивелира — по ошибкам установки визирной оси в горизонтальное положение, отсчета по рейке, за влияние угла I, неточности нанесения делений рейки и т. д.). Второй путь — комплектная поверка, при которой оценивается суммарная погрешность прибора как единого целого по результатам измерений.

Неотъемлемой частью методики поверки является установление условий поверки. Под условиями поверки "следует понимать состояние физических факторов, влияющих на метрологические характеристики поверяемых средств измерений. Различают рабочие и нормальные условия поверки. Рабочие условия соответствуют всему диапазону применения прибора; получаемые при этом характеристики и параметры отягощены дополнительными погрешностями, вызываемыми влияющими факторами. Первичную поверку проводят, как правило, при нормальных условиях, оговариваемых действующей нормативно-технической документацией. При нормальных условиях, осуществляемых обычно в лабораторных помещениях, влияющие факторы сведены к практически пренебрегаемым величинам.

Перед поверкой прибор помещают в рабочее пространство не менее чем за 2 ч до начала измерений. Контрольно-измерительное оборудование и образцовые" средства располагают с учетом удобства управления ими, обеспечения заданного режима измерений и правил эксплуатации.

Содержание поверочных работ определяется требованиями НТД вида «Методы и средства поверки». Периодичность и объем поверки устанавливаются в зависимости от типа прибора (с учетом сложности конструкции, точности измерений), условий применения в геодезической практике, а также его метрологической надежности.

Виды технического обслуживания геодезических и фотограмметрических приборов

Принято различать следующие основные фазы жизненного цикла прибора: разработка, установочная серия, серийное производство, эксплуатация, ремонт, хранение. Техническое обслуживание на каждой из названных фаз существования прибора имеет свои характерные особенности.

Под техническим обслуживанием будем понимать комплекс подготовительных, технологических, методических и физико-механических операций, направленных на обеспечение готовности прибора для применения по назначению.

По отношению к геодезическим приборам можно выделить следующие основные виды технического обслуживания: профилактический осмотр, подготовка прибора к работе, эксплуатационная поверка и юстировка, ремонт (текущий, средний, капитальный), технологическое обслуживание, метрологическое обслуживание, хранение при использовании по назначению.

Полнота перечисленных видов технического обслуживания для разных типов приборов неодинакова и связана в конечном счете с точностью геодезических измерений.

Эксплуатацию геодезических приборов следует отнести к числу сложных процессов, так как для поддержания надежности на должном уровне требуется вмешательство квалифицированного специалиста (наблюдателя, оператора) в процесс выполнения измерений. Это обстоятельство во многом предопределяет природу и сущность мероприятий по техническому обслуживанию приборов в период их эксплуатации и при подготовке к ней, т.е. комплекс работ, направленных на поддержание надежности приборов на заданном уровне.

Главная цель этих мероприятий — предотвратить случаи появления отказов при измерениях (наблюдениях). Эта цель реализуется путем проверки через установленные интервалы времени состояния прибора, юстировки отдельных его элементов, регулировки частей и устранения выявленных неисправностей.

В рабочих условиях, видимо, следует говорить об эксплуатационной надежности прибора, понимая под этим свойство прибора безотказно работать в течение определенного интервала времени в заданных условиях (режимах) применения при соблюдении установленных нормами мер технического обслуживания.

Как показывает практика, определение надежности только по данным разброса параметров и среднему времени между отказами прибора является явно недостаточным. Более подробную и точную характеристику надежности можно получить при наличии следующей дополнительной информации: квалификация обслуживающего персонала, качество и количество работ по техническому обслуживанию, наличие запасных частей, наличие поверочной аппаратуры, наличие эксплуатационной документации и ее качество, условия транспортирования, качество укладочных футляров (амортизационных устройств).

Выяснение причин отказов в процессе эксплуатации приборов — трудоемкая и достаточно кропотливая задача. Отказы по характеру возникновения принято разделять на внезапные и постепенные. Внезапные отказы приводят к скачкообразному изменению параметров. Эти отказы могут быть вызваны экстремальными факторами внешней среды, наличием в приборе дефектных элементов, конструктивными недоработками. Постепенные отказы обусловлены накапливающимися изменениями параметров. Причиной постепенных отказов могут быть износ и старение элементов прибора, несогласованность работы отдельных частей прибора, неточная юстировка и регулировка его подвижных узлов. Отказы, возникающие при эксплуатации, с точки зрения последствий от их проявления подразделяют на функциональные и метрологические; функциональные отказы приводят к временной потере работоспособности, метрологические отказы вызывают ухудшение качества наблюдений, способствуют появлению недопустимых погрешностей в результатах измерений. Устранение отказа обеспечивается проведением юстировки или ремонта прибора.

Геодезические приборы, как известно, относятся к восстанавливаемым изделиям, т.е. они приспособлены к ремонту. В зависимости от особенностей, степени износа и неисправностей прибора различают текущий, средний и капитальный ремонт.

Текущий ремонт — минимальный по объему вид ремонта, при котором обеспечивается нормальная эксплуатация прибора. В процессе текущего ремонта неисправности устраняют заменой или восстановлением отдельных составных частей, а также выполняют юстировочные работы. Текущий ремонт выполняют силами обслуживающего персонала и ремонтными службами предприятий-изготовителей .

Средний ремонт заключается в восстановлении эксплуатационных качеств прибора ремонтом или заменой поврежденных или исчерпавших свой ресурс составных частей. При среднем ремонте в обязательном порядке проверяется техническое состояние всех остальных частей прибора с устранением обнаруженных неисправностей. Средний ремонт выполняют стационарные ремонтные службы.

Капитальный ремонт заключается в полной разборке прибора, подробном составлении дефектной ведомости, в замене или ремонте большинства важнейших составных частей, проверке всех составных частей, чистке и сборке прибора, его полной поверке, в случае необходимости — юстировке. Капиталь­ный ремонт выполняется стационарными ремонтными предприятиями.

Подготовка геодезического и фотограмметрического прибора к работе

Конструкция геодезического прибора предусматривает возможность его юстировки в полевых условиях. Необходимость юстировки прибора выясняется на основании результатов проверки геометрических, оптических, механических и электрических условий, заложенных в его конструкции. Комплекс работ по подготовке прибора к работе, контролю конструктивных условий прибора и его юстировке входит в состав эксплуатационной поверки.

Эксплуатационная поверка геодезического прибора проводится периодически как в лабораторных помещениях, так и в полевых условиях непосредственно перед производством наблюдений.

Рассмотрим типичные операции эксплуатационной поверки геодезических приборов.

1. Проверка устойчивости штатива. Во время наблюдений штатив должен обеспечивать неизменность положения прибора в вертикальной плоскости и боковых направлениях.

Проверка осуществляется опробованием и наблюдением при помощи зрительной трубы прибора за какой-либо четко видимой неподвижной точкой. При обнаружении смещений частей штатива следует ужесточить соединения ножек штатива с головкой и наконечников с ножками.

2. Проверка подъемных винтов подставки. Вращение подъемных винтов подставки должно быть плавным, легким, качка винтов не допускается.

Проверка осуществляется опробованием. Смещение подставки за счет качки винтов проверяется так же, как описано в п.1 для штативов. При юстировке шпилькой вращают регулировочную гайку, обеспечивая одинаковое качество вращения всех подъемных винтов.

3. Проверка правильности установки уровней. Ось цилиндрического уровня прибора должна быть перпендикулярна к его вертикальной оси. Для проверки Уровень располагают по направлению двух подъемных винтов и с их помощью выводят пузырек на середину. Поворачивают верхнюю часть прибора, несущую Уровень, на 180°. Если пузырек уровня сместится из среднего положения более чем на одно деление, юстировочными винтами этого уровня перемещают пузырек к середине ампулы на половину отклонения. После этого проверку повторяют (если необходимо — вместе с юстировкой).

При наличии круглого установочного уровня ставится условие, чтобы его ось была параллельна вертикальной оси прибора. Для проверки прибор горизонтируют по цилиндрическому уровню, после чего юстировочными винтами круглого уровня выводят его пузырек на середину.

4. Сетка нитей зрительной трубы должна быть установлена правильно. Проверку выполняют наблюдением какой-либо четко видимой точки при помощи зрительной трубы. При перемещении трубы в горизонтальной и вертикальной плоскостях наблюдают за схождением штриха сетки (горизонтального или вертикального) с изображения точки. Для исправления положения сетки поворачивают ее оправу в нужном направлении при помощи котировочных винтов.

5. Проверка положения визирной оси зрительной трубы. В нивелирах угол между визирной осью зрительной трубы и осью уровня должен быть минимальным, т.е. не превышать установленного нормативной документацией допуска.

В теодолитах визирная ось трубы должна быть перпендикулярна к горизонтальной оси. Для выполнения проверки в нивелирах определяют известными способами (например, двойным нивелированием) угол i, а в теодолитах — коллимационную ошибку с— 0,5 (КЛ—КП). В случае недопустимых значений i и с проводится юстировка визирной оси перемещением сетки нитей в боковом направлении или по вертикали.

6. Отсчетный индекс вертикального круга угломерного прибора должен быть установлен правильно. Отсчет, соответствующий горизонтальному положению трубы при установке пузырька уровня на середину, называется местом нуля (местом зенита). Это условие также поддается корректировке юстировочными винтами сетки или уровня.

7. Проверка установки центрира, встроенного в прибор. Визирная ось оптического центрира должна совпадать с вертикальной осью прибора.

Для выполнения проверки необходимо получить при трех положениях верхней части прибора (через 120°) проекции перекрестия сетки центрира на горизонтальную плоскость, т.е. определить треугольник погрешностей. Для юстировки перемещают одну из оптических деталей центрира до совмещения сетки с центром тяжести треугольника погрешностей. У некоторых приборов юстировка оптического центрира может быть произведена только в мастерских.

8. Проверка установки оптического визира. Ось оптического визира должна быть параллельна визирной оси зрительной трубы.

Для проверки зрительную трубу наводят на удаленную цель, после чего эту же цель наблюдают через визир. Если его визирная линия смещена с изображения цели, выполняют поворот визира. Для этого необходимо ослабить винты, крепящие визир к корпусу трубы, установить визир по цели, после чего затянуть винты.

Общие правила эксплуатации геодезических и фотограмметрических приборов

Геодезические приборы являются сложными оптико-механическими или оптико-электронными устройствами; надежные результаты геодезических измерений в полевых условиях можно получить при бережном обращении с приборами, при соблюдении правил их эксплуатации и правильном выборе времени измерений.

Геодезические приборы разрешается перевозить в укладке любыми видами транспорта; при транспортировании укладочный (транспортировочный) ящик с прибором должен находиться в вертикальном положении, под него рекомендуется подкладывать амортизирующие материалы.

Перед извлечением прибора из футляра необходимо подготовить место для его установки (штатив или столик геодезического знака). Перед началом наблюдений следует убедиться в устойчивости и жесткости основания, на котором располагают прибор.

Геодезический прибор и штатив защищают от прямых солнечных лучей и дождя зонтом. Прибор, оставляемый во время дождя на штативе, следует закрывать полиэтиленовым или брезентовым чехлом. Случайно попавшие на прибор капли воды удаляют мягкой салфеткой. Не допускается касаться пальцами оптических поверхностей прибора, удалять пыль можно мягкой кисточкой, а загрязнения — обезжиренной мягкой салфеткой или гигроскопической ватой.

Если прибор длительное время не был в работе, рекомендуется произвести его эксплуатационную поверку по п. 4.2. В случае надобности следует выполнить юстировку прибора.

Перед началом измерений прибор горизонтируют, центрируют над точкой относительно измерений (центром пункта) или определяют элементы приведений, при необходимости ориентируют рабочую меру.

Далее опробованием проверяют работоспособность подвижных частей прибора (алидады, зрительной трубы, установочных приспособлений, окуляров). Наводящие винты выводят в среднее положение. Во избежание появления вредных механических напряжении и деформаций частей прибора зажимные и юстировочные приспособления нужно затягивать не очень сильно и по возможности постепенно. При работе наводящими устройствами окончательное движение должно быть всегда однообразным, например, на ввинчивание. Вообще, следует стремиться измерения выполнять однообразными операциями, желательно использовать симметричный порядок наблюдений.

Выбор способа измерений в геодезической сети в общем случае определяется конкретными условиями и поставленными задачами (в отношении точности, производительности). Способы геодезических измерений, допуски на промежуточные и заключительные операции измерений устанавливаются действующими технологическими инструкциями, утвержденными ГУГК.

Большое значение для полевого геодезического прибора имеет учет факторов внешней среды при определении выгоднейших периодов наблюдений. При этом подход к разрешению проблемы будет разным в зависимости от точности геодезического прибора. Для высокоточных приборов требуются особо благоприятные условия измерений (высокая прозрачность атмосферы, отсутствие осадков и сильных колебаний изображений, слабый ветер). Этим условиям чаще всего удовлетворяют утренние и вечерние часы. Для приборов средней и малой точности регламентация периодов наблюдений не столь строга. Особые требования в отношении ослабления рефракционных влияний предъявляют точные угловые измерения и нивелирование, измерения расстояний оптическими дальномерами.

По окончании работы в поле геодезический прибор следует тщательно осмотреть, протереть мягкой салфеткой и аккуратно уложить в футляр.

Профилактика и хранение геодезических и фотограмметрических приборов

После получения прибора с предприятия-изготовителя необходимо внимательно изучить эксплуатационные документы, в которых излагаются особенности конструкции, правила эксплуатации, методы поверки и юстировки, правила хранения и обслуживания прибора.

К профилактическим мероприятиям в системе технического обслуживания геодезических приборов обычно относят: внешний осмотр прибора и комплектующих принадлежностей: опробование работоспособности подвижных частей прибора; частичную разборку, чистку, смазку и устранение обнаруженных неисправностей прибора; сборку, профилактическую поверку и юстировку прибора; упаковку, сдачу на хранение или передачу в эксплуатацию.

Осуществление профилактических мероприятий возможно в специально оборудованных помещениях, оснащенных соответствующим инструментарием и рабочими местами.

Внешний осмотр и проверку работоспособности подвижных частей геодезического прибора производят так, как это принято делать при проведении эксплуатационной поверки.

Разборка и чистка прибора требуют профессиональной подготовки и навыков. Особенно тщательно должна проводиться чистка оптических деталей. Наблюдатель способен самостоятельно выполнить относительно несложные операции на основе информации, получаемой после ознакомления с инструкцией по техническому обслуживанию или соответствующим разделом инструкции по эксплуатации.

По результатам внешнего осмотра, опробования и частичной разборки прибора составляют дефектную ведомость и выявляют необходимость юстировки прибора или его ремонта.

Общие требования к условиям хранения геодезических приборов установлены ГОСТ 23543—79.

При подготовке приборов к длительному хранению (на срок более одного года) геодезические приборы должны подвергаться консервации по группе «Л» по ГОСТ 15150—69. Перед укладкой на хранение ответственные детали прибора обертывают мягкой бумагой, механизмы наводящих и подъемных винтов устанавливают в среднем положении.

Геодезические приборы должны храниться в укладочных футлярах на стеллажах, в сухих отапливаемых помещениях при температуре 5—30°С и относительной влажности не более 80 %. Приборы, поступившие на хранение на срок более полугода, допускается хранить в транспортной таре. Расстояние между приборами должно быть не менее 0,1 м.

Не реже одного раза в год следует проводить внешний осмотр приборов, находящихся на длительном хранении.

Во избежание появления деформаций приборов и расклейки оптических деталей размещать приборы на хранение вблизи источников отопления, не допускается.

Штативы, рейки, вехи должны храниться в специальных стойках в вертикальном положении. Приборы, снабженные магнитными стрелками, следует хранить на расстоянии не менее 2 м от предметов из ферромагнитных материалов и электропроводки. Ко всем хранящимся приборам должен быть обеспечен удобный доступ.

Воздух в помещении, в котором хранятся приборы, не должен содержать агрессивных примесей, приводящих к порче приборов и нарушению их покрытий.

При внесении прибора с холода в теплое помещение (или наоборот) следует футляр оставлять закрытым в течение по крайней мере 1 ч, а затем постепенно приоткрывать футляр и давать возможность прибору принимать температуру окружающего воздуха.

Общие сведения о методах определения параметров и характеристик геодезических и фотограмметрических приборов

Определение геометрических и механических характеристик

Геометрические размеры прибора (в том числе и габаритные размеры) определяют измерением линейкой или рулеткой с миллиметровыми делениями с погрешностью порядка 1 мм. В тех случаях, когда приложить линейку к измеряемой детали для непосредственных измерений затруднительно, пользуются нутромером, оптиметром, штангенциркулем или катетометром.

Расход наводящих устройств (винтов), например алидады или зрительной трубы, определяют по разности показаний отсчетных шкал (встроенных или дополнительных), соответствующих крайним точкам диапазона установки этих устройств.

Моменты трения покоя (моменты трогания) подвижных частей прибора определяют по формуле

М_т.п=F1, (1)

где М_т.п. — момент трения покоя; F — сила трения покоя, измеряемая динамометром; плечо силы, измеряемое линейкой.

Цену деления уровней (цилиндрических, круглых) определяют на экзаменаторе. Для вычисления цены деления и используют формулу

 = (2n)/r₀ (2)

где r₀ — среднее значение перемещения пузырька уровня в полуделениях шкалы ампулы; п — число делений, на которое переставляют винт экзаменатора; ( — цена деления шкалы измерительного винта экзаменатора.

Цену деления отсчетных шкал геодезических приборов определяют методом сличения измеренных значений проверяемой шкалы с образцовой шкалой (мерой). При этом значение цены деления проверяемой шкалы : получают из выражения

 = l₀/l (3)

где l₀ — значение отсчета по образцовой шкале; l — значение отсчета по проверяемой шкале.

Значение . можно получить по результатам прямых измерений проверяемой шкалы образцовым средством измерений (или мерой), т.е. методом компарирования.

В геодезической практике для этих же целей часто применяют метод самокалибровки (например, при исследовании погрешностей диаметров лимба, рена шкалы оптического микрометра или шкалового микроскопа, цены деления окулярного микрометра).

Массу прибора определяют взвешиванием его на весах любого известного типа, обеспечивающих точность измерений около 0,1 кг.

2. Определение оптических характеристик

Увеличение зрительной трубы Г определяют по результатам измерений диаметров входного D_ВX и выходного D_ВЫX зрачков оптической системы трубы (или соответственно отверстия диафрагмы D_д перед объективом и изображения отверстия D_л диафрагмы за окуляром трубы). Для получения значения Г используют формулу

Г = D_ВХ/D_ВЫХ=D_Д/D_И. (4)^

Диаметр выходного зрачка и диафрагмы изображения измеряют при помощи диаметра Рамсдена или диоптрийной трубки; значения D_ВХ и D_д измеряют; штангенциркулем или линейкой с точностью 0,1 мм.

Угол поля зрения трубы 2 можно определить при помощи шкалы широкоугольного коллиматора, располагаемого перед объективом проверяемой зрительной трубы, предварительно от фокусированной на бесконечность по удаленному предмету или длиннофокусному коллиматору. Отсчеты по шкале берут по краям поля зрения, а затем определяют разность отсчетов, которая и будет характеризовать значение 2.

Для угломерных приборов угол поля зрения трубы получают по разности отсчетов по лимбу, соответствующих двум последовательным наведениям краев поля зрения трубы на одну и ту же точку местности.

Если известна линейная мера Е поля зрения трубы в пространстве предметов, удаленных от прибора на расстояние S, то угол поля зрения можно вычислить по формуле

2 = (Е^/)/S, где ^/ = 3438. (5)

Предел разрешения зрительной трубы определяют на оптической скамье (ОСК-1, ОСК-2) по мире согласно ГОСТ 15114—78. Допустимое значение предела разрешения (ПР) в центре поля зрения трубы устанавливают по формуле

ПР = (120k)/D_вх = (120k)/Г-D_вых, (6)

где k = 1,2—1,5 — эмпирический коэффициент из нормативно-технической документации на прибор.

Коэффициенты светопропускания К_СП и светорассеяния К_СР оптической системы зрительной трубы определяют на шаровой фотометрической установки. Значение коэффициента светопропускания К_СП получают по формуле

К_СП = Ф₁/Ф (7)

где Ф₁ — световой поток, прошедший через трубу и принятый фотоэлектрическим индикатором; Ф — световой поток, излучаемый фотометрической установкой.

Значение коэффициента светорассеяния К_СР получают по формуле

К_СР = В₁/В₂ (8)

где В₁ — яркость создаваемого испытуемой трубой изображения абсолютно черного тела, расположенного на равномерном по освещению фоне внутренней части шарового фотометра; В₂ — яркость изображения фона.

Погрешность определения значений К_СП и К_СР не более 1—2 %.

Качество изображения, даваемого оптической системой, оценивают визуально на оптической скамье по мире и дифракционной картине точечной диафрагмы. При этом устанавливают степень окрашенное изображения, качество центрирования оптических компонентов, четкость и контрастность изображения.

Наименьшее расстояние визирования зрительной трубы характеризуют измеренным рулеткой отрезком между точкой стояния прибора и ближайшим к нему четко различаемым в трубу изображением предмета (или шкалой рейки) при крайнем положении фокусирующей линзы трубы.

Коэффициент К нитяного дальномера зрительной трубы определяют по формуле

К = (S₀ - S_ - С)/ L, (9)

где С — постоянное слагаемое дальномера, выбираемое из паспорта прибора; S_ — поправка за наклон измеряемой линии; S₀ — значение длины интервала контрольного базиса; L — разность отсчетов по рейке, полученных по дальномерным штрихам сетки зрительной трубы.

Для определения К обычно используют не менее 5-6 интервалов базиса. Допускается определять значение К. в лабораторных условиях коллиматорным методом. В этом случае измеряют вертикальным кругом образцового теодолита параллактический угол , соответствующий угловому расстоянию между дальне-мерными штрихами сетки. Значение коэффициента К при этом вычисляют по формуле

К=ct  (10)

Следует отметить, что при измерении угла  зрительные трубы испытуемого и образцового приборов должны быть тщательно установлены на одной оптической оси, чтобы их выходные зрачки были совмещены с погрешностью не более 1 мм.

3. Определение электрических характеристик

Напряжение источника питания проверяют при помощи вольтметра, подключаемого к выходным клеммам блока питания (аккумулятора, батареи). Силу тока в электрической цепи прибора контролируют амперметром.

Потребляемую мощность P вычисляют по формуле

Р=IV, (11)

где V — напряжение источника питания в вольтах; I — сила тока в амперах. Значение P выражают в ваттах (Вт).

Важной характеристикой электромагнитного дальномера является стабильность масштабной частоты опорного генератора, которая характеризуется ее отклонением от номинального значения. Значение частоты определяют при помощи высокоточных частотомеров после их подключения к соответствующим выходам генерируемой частоты в конструкции проверяемого прибора. В относительной мере отклонение частоты вычисляют по формуле

f/f=(f_и-f_о)/f_о, (12)

где f_о — номинальное значение частоты; f_и — фактическое (измеренное) значение частоты.

Если через промежуток времени t получено значение частоты f^/_н, то разность  f=(f_и-f_о) будет характеризовать временную нестабильность частоты за промежуток времени t.

4. Определение основной метрологической характеристики

В качестве основной метрологической характеристики геодезического прибора принимают обычно среднюю квадратическую погрешность измерений (например, у теодолитов — угла, у нивелиров — превышения, у дальномеров — расстояния).

Известно несколько методов оценки основной метрологической характеристики:

по вероятнейшим ошибкам  ряда независимых равноточных измерений

(13)

по отклонениям  измеренных значений величины от значений, получаемых образцовым (эталонным) средством измерений,

(14)

по невязкам  измерений в геодезических построениях

(15)

по разностям d двойных независимых измерений

(16)

где q — число измеряемых геодезических величин; п — число погрешностей.

Выбор метода оценки значения т диктуется наличием контрольно-измерительного оборудования, возможностями получения избыточной информации, назначением и условиями применения испытуемого прибора.

В обоснованных случаях допускается метод поэлементного контроля метрологической исправности прибора с учетом известных значений систематических т_ и случайных т_ составляющих:

(17)

Среднюю квадратическую погрешность среднего результата из п приемов с учетом уравнения (17) вычисляют по формуле

(18)

где m_ — среднее квадратическое влияние остаточных систематических погрешностей.

Переход от средних квадратических погрешностей к предельным осуществляют на основании известного закона распределения погрешностей и заданной доверительной вероятности.

В последнее время стали пользоваться оценкой измерений при помощи доверительной погрешности _д, определяющей интервал, в котором действительное значение измеряемой величины находится с заданной вероятностью р. Иначе говоря, с вероятностью р выполняется условие ||  _д.

В некоторых случаях теории и метрологической практики для оценки качества измерений применяют энтропийное значение погрешности

_д, =km (19)

где k — энтропийный коэффициент, зависящий от вида закона распределения погрешностей измерений (для нормального закона k = 2,07, для равномерного k = 1,73).

Для некоторых видов приборов, например дальномеров, абсолютную погрешность измерений целесообразно выразить в виде уравнения

 = ± (а+bх), (20)

где а и b — параметры уравнения (постоянные); х — измеряемая величина (для дальномеров в качестве х выступает измеряемое расстояние S).

Параметры а и b уравнения (20) определяют по методу наименьших квадратов или статистическим путем на основе уравнения регрессии.

ГСИ допускает также применение приведенной погрешности, определяемой по формуле

 =±/x_N, (21)

где х_N — значение величины, к которой относят абсолютную погрешность измерений при вычислении приведенной погрешности (нормирующее значение).

Например, погрешность дальномеров двойного изображения согласно ГОСТ 22549—77 примято относить к 100 м; погрешность измерения превышений нивелирами относят к 1 км двойного нивелирного хода (согласно ГОСТ 10528—76).

Методы определения основной метрологической погрешности геодезических приборов излагаются в стандартах и технических условиях на конкретные типы приборов.

5. Испытания на брызго- и пылезащищенность

Испытания прибора на пылезащищенность проводят в пылевой камере, объем которой в 1000 раз превышает объем пылевой смеси. В состав пылевой смеси входят частицы, размер которых не должен быть более 0,2 мм: 60—70 % песка, 15—20 % мела, 15—20 % каолина. Прибор в укладочном футляре помещают в камеру и обдувают потоком воздуха со скоростью около 15 мс^-1. Продолжительность испытаний согласно ГОСТ 23543—79 выбирают из ряда 0,5; 2; 4 и 8 ч.

Испытания на брызгозащищенность проводят на дождевальной установке, на которой прибор размещают в укладочном футляре. При испытаниях прибор подвергается равномерному действию дождя сверху при угле падения брызг около 45°. Интенсивность дождя составляет (5 ± 2) мм в 1 мин, продолжительность воздействия 0,5-2 ч. Температура воды должна быть (15 ± 10)°С, а температура воздуха равна температуре воды или несколько выше ее.

После испытаний на брызго- и пылезащищенность производят внешний осмотр приборов, извлеченных из футляров. Прибор бракуется, если обнаруживается попадание пыли или влаги, которое затрудняет выполнение измерений или ухудшает качество его работы и надежность.

6. Испытания на влажность

Испытания геодезических приборов на воздействие повышенной влажности проводят в камере влаги, обеспечивающей режимы относительной влажности 95-100% при температуре (20 ± 3)°С. Приборки составные части комплекта помещают в камеру влаги и выдерживают в течение времени, установленного в НТД на прибор (обычно 6-8 ч).

До начала и после выдержки прибора в камере проверяют характеристики, указанные в документации. Пребывание прибора в камере не должно вызывать нарушения покрытий наружных поверхностей деталей, появления следов коррозии, налетов на оптических деталях, ухудшения плавности работы подвижных частей, приводить к отказам функционирования индикаторных и отсчетных устройств.

7. Испытания на воздействие пониженного атмосферного давления

Проверку работоспособности прибора при пониженном атмосферном давлении выполняют, помещая прибор в барокамеру. При нормальных условиях контролируют его характеристики, а затем, закрыв камеру, снижают давление в ней до 613,3 гПа (460 мм рт. ст.) и выдерживают в этих условиях прибор в течение 2-3 ч. После этого давление в барокамере поднимают до наружного атмосферного и вновь контролируют характеристики по установленной программе, после чего сравнивают их с исходными значениями.

8. Испытания на воздействие температуры

Испытания на воздействие повышенной (пониженной) температуры, соответствующей рабочим условиям применения прибора, проводят следующим образом.

Прибор помещают в камеру тепла (холода), приводят в рабочее состояние и контролируют характеристики, установленные в НТД для данного вида испытаний.

Температуру в камере изменяют до верхнего (нижнего) рабочего значения (для геодезических приборов верхним значением является температура +40 - +50 °С, а нижним -25 - -40°С); допускаемое отклонение от заданного режима — не более ±3°С. Испытуемый прибор выдерживают при заданной температуре не менее 2 ч. После выдержки, не изменяя температуры в камере, приводят прибор в рабочее состояние и вновь проверяют его характеристики по установленной программе. Кроме того, оценивают состояние внешнего вида и работоспособность органов управления и подвижных частей прибора.

Далее температуру в камере понижают (повышают) до нормального значения, выдерживают при этой температуре не менее 1ч, приводят прибор в рабочее состояние и вновь проверяют установленные программой характеристики.

Допускается прибор помещать в камеру с заранее установленным температурным режимом. В этом случае прибор необходимо вносить в камеру в футляре и выносить из камеры также в футляре. Извлечение его из футляра производить же ранее чем через 1 ч.

Испытания на воздействие повышенной (пониженной) температуры, соответствующей условиям транспортирования, также проводят в камере тепла (холода). Предельные значения повышенной (пониженной) температуры транспортирования могут достигать ±60 °С.

До испытаний проверяют соответствие характеристик прибора установленным для данного вида испытаний, после чего прибор и составные части комплекта в упаковке помещают в камеру тепла (холода) и повышают (понижают) температуру до заданного значения с отклонением не более ±3 °С. Далее выдержи­вают прибор в камере при заданной температуре в течение 2-3 ч. Температуру в камере понижают (повышают) до нормального значения, выдерживают не менее 1ч, после чего распаковывают, приводят в рабочее состояние, проводят внешний осмотр и опробование и измеряют характеристики, предусмотренные для данного вида испытаний.

Допускается помещать прибор в упаковке в камеру с заранее установленным режимом и извлекать из камеры без изменения ее режима, что должно быть оговорено в программе испытаний и НТД на прибор.

9. Испытания на вибропрочность

Испытания прибора на вибропрочность проводят на вибростенде, обеспечивающем режимы ускорений в пределах 1-5 м с^-2 в диапазоне частот 1-80 Гц при продолжительности воздействия 1 ч.

До начала испытаний контролируют характеристики, предусмотренные программой и НТД для данного вида испытаний. Затем прибор помещают в укладочный футляр и закрепляют на вибростенде.

После испытаний прибор приводят в рабочее положение, проводят его внешний осмотр и опробование, измеряют характеристики, установленные для данного вида испытаний. Прибор считают выдержавшим испытания на вибростенде, если изменения контролируемых характеристик находятся в допустимых пределах, а внешние повреждения отсутствуют.

10. Испытания на ударную прочность

Испытания прибора на ударную прочность проводят на ударном стенде, обеспечивающем ускорения для многократных ударов 5-25 мс^-2 при частоте ударов 80-100 1/мин и длительности ударного импульса 2-10 мс и для одиночных ударов 20—50 мс^-2 при длительности ударного импульса 2-5 мс.

Методика проведения испытаний на ударную прочность аналогична описанной для испытаний приборов на вибропрочность.

Допускается отдельные виды сложных геодезических приборов испытывать на прочность при воздействии многократных ударов путем перевозки прибора в кузове грузовой автомашины по непрофилированным дорогам 2-й и 3-й категорий на расстояние не менее 150—200 км со средней скоростью 30 кмч^-1.

11. Испытания на надежность

При этих испытаниях определяют установленные для данного вида приборов показатели безотказности.

Нижний предел вероятности безотказной работы вычисляют по формуле

(22)

где N_o — число отказов;q — число проверяемых элементов прибора; k — число испытуемых приборов; r₁ — статистический коэффициент.

Если отказы отсутствуют (N_o = 0), для оценки безотказности применяют формулу

где r_o — статистический коэффициент, выбираемый из таблицы при заданной доверительной вероятности р.

При N₀ 0 объем выборки определяют по формуле

qk(5N₀)/r₁

Средняя интенсивность отказов , может быть получена из выражения

(25)'

где Т — наработка на отказ.

С учетом , средняя наработка на отказ будет

Т_CP = 1/. (26)

Гамма-процентный ресурс (например, при  = 90%) можно найти по формуле

(27)

Для некоторых геодезических приборов целесообразно определять комплексный показатель надежности, например коэффициент готовности,

где Г — суммарная наработка прибора за период эксплуатации T₀; T_В— общее время, затраченное на восстановление работы.

Показатель К_Г (Т_О) характеризует не только безотказность прибора, но и его ремонтопригодность.

Объем выборки, критерии отказов, а также условия проведения испытаний на надежность должны устанавливаться в НТД на конкретные приборы. Контрольные испытания на надежность, как правило, совмещаются с периодическими испытаниями.

В обоснованных случаях показатели надежности рассчитывают по материалам активного опроса потребителей на основании данных эксплуатации приборов; при этом используют статистические методы оценки показателей надежности.

Лекция №14