|
3.1. Світловіддалемірна поліґонометрія. |
|
||
|
3.1.1. Принцип вимірювання віддалі світловіддалеміром |
|
||
Найпростіше пояснити цей принцип наприкладіз імпульсними світловими сигналами. |
||||
Нехай у деякий момент часу t1 приймач-передавач (п/п) розташований у точці |
A , посилає |
|||
світловий імпульс (спалах світла). Допустимо, що цей імпульс розповсюджуючись |
||||
прямолінійно й рівномірно зі швидкістю |
c , доходить до відбивача (наприклад, дзеркала), |
|||
розташованого в точці B , відбивається й повертається до п/п (як це показано на рис. 3.1) в |
||||
момент часу t2 . |
Якщо віддаль між приймачем-передавачем та відбивачем S1 , |
тоді за час |
||
τ = t2 −t1 імпульс пройде шлях 2S1 . Тому: |
|
= cτ . |
|
|
|
|
S |
(3.1) |
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
|
п/п |
t1 |
|
Відбивач |
|
K1 |
t2 |
|
|
K2 |
|
S1 |
|||
|
|
|
||
A |
|
S |
|
B |
|
|
|
|
|
|
Рис. 3.1. До принципуроботи імпульсного віддалеміра. |
|
||
Віддаль між точками AB = S не дорівнює S1 , оскільки точки від яких стартує,
приймається та відбивається імпульс не розташовані на осях обертання світловіддалеміра і відбивача, що проходять через точки A та B вимірюваної віддалі. Як видно з рис.3.1:
S = S1 + K1 + K2 . |
|
(3.2) |
|||
Тому: |
|
|
|
|
|
S = |
cτ |
+ K + K |
2 |
. |
(3.3) |
|
|||||
2 |
1 |
|
|
||
Позначимо: |
|
|
|
|
|
K = K1 + K2 , |
|
|
(3.4) |
||
і назвемо K приладовою поправкою світловіддалеміра. Звідси маємо остаточну формулу:
S = |
cτ |
+ K . |
(3.5) |
|
|||
2 |
|
|
|
Приладову поправку с/в визначають на взірцевих базисах. |
У топоґрафічних |
||
електронних тахеометрах приладову поправку уводять до початку вимірювань у пам'ять с/в, де її враховує програма упроцесівимірювань.
Визначимо, з якою точністю необхідно знати час |
τ щоб світловіддалемір |
був |
||||
придатний для геодезичних вимірювань. Для цього продиференціюємо формулу(3.5) по |
τ . |
|||||
|
dS = |
c |
dτ . |
|
(3.6) |
|
Звідси |
2 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
2dS . |
|
|
|||
|
dτ = |
|
(3.7) |
|||
|
|
c |
|
|
|
|
Наосновіформули (3.7), для того, щоб лінію довжиною S 1 км виміряти з похибкою |
||||||
15 см, для швидкості світла c ≈ 300000 км/с, матимемо: |
|
|
||||
dτ = |
2×15 см |
|
|
=1 10−9 |
с. |
|
30000000000 см/с |
|
|||||
|
|
|
|
|||
Точністьвимірюваннячасумаєбутинадзвичайновисокою.Зауважимо,що 1 10−9 (одна мільярдна частка секунди) називається наносекундою, скорочено нс.
Порівняно недавно вимірювання часу з такою точністю було не можливим. Тому імпульсні віддалеміри почали з’являтися тільки в наш час. Імпульсні віддалеміри застосовують для визначення надвеликих віддалей, до Місяця та ШСЗ. Значно ширшого застосування набули світловіддалеміри у яких час розповсюдження електромагнетних хвиль світлового діапазону вимірюють посереднім методом, заснованим на визначені різниці фаз двох синусоїдних коливань.
3.1.2. Класифікація світловіддалемірів
Згідно з ДСТУ 19223-90 "Світловіддалеміри геодезичні. Загальні технічні умови", світловіддалеміри залежно від царини застосування поділяють на:
-СГ – світловіддалеміри, яківикористовують для вимірювань удержавній геодезичній
мережі;
-СП – світловіддалеміри прецизійні, якізастосовують уприкладній геодезії;
-СТД – світловіддалеміри, якіпрацюють надифузномувідбиванні. Світловийпромінь,
під час вимірювань СТД, відбивається не від спеціально встановленого відбивача, а від поверхні, на яку він потрапив (будинок, земля, кущі тощо). Їх застосовують в топографії інженерній геодезії та у військовій справі.
- СТ – топографічні світловіддалеміри, які застосовують для створення розрядних мереж згущення, знімальних мереж, топографічного знімання, а також в земл еустрої та в інженерній геодезії.
Основною метрологічною характеристикою світловіддалемірів є середня квадратична похибка вимірювання лінії одним прийомом. Її подають у вигляді рівняння регресії, яке записують урізних варіаціях
mD=(a + b D 10-6)) мм,
mD=(a + b ppm·D) мм,, (3.8)
mD=(a + b ·D км) мм,
де: а і b– коефіцієнти у міліметрах, D - вимірювана віддаль у міліметрах, а утретій формулі у кілометрах.
Наприклад, найрозповсюдженіші топографічні електронні тахеометри з граничною віддаллю вимірювання ≈ 3 км мають рівняння регресії
mD= (2 + 2 D км) мм.
До світловіддалемірів типу СГ відносять, наприклад, світловіддалемір СГ3, що призначений для вимірювання віддалей до 50 км вночі і до 30 км вдень із середньою квадратичною похибкою
mD= (4 + 1 D км) мм.
Найточнішими є світловіддалеміри серії СП. Ними можна вимірювати віддаль, зазвичай, в межах 1 км, до десятих часток міліметра. Наприклад, світловіддалемір СП03 характеризується рівнянням регресії
mD= (0,5 + 1,5 D км) мм.
Геоменсор CR 204 характеризується рівнянням регресії
mD= (0,1 + 0,5 D км) мм.
Як і всі прилади для вимірювання ліній, світловіддалеміри (електронні тахеометри) необхідно компарувати. Цей процес називають визначенням приладової поправки світловіддалеміра. Для цього на місцевостінеобхідно мати взірцевий базис. Якщо визначають приладовупоправкудля топографічнихсвітловіддалемірів, то такий взірцевий базис маємати довжину приблизно 20 м. А для визначення с.к.п. вимірювання ліній ≈ 2км. Такий взірцевий базис має декілька точок, віддаль між якими відома з точністю
mD=0,3 (a + b ·D км) мм.
Різниця виміряної лінії світловіддалеміром і її значенням із даних вимірювання базиса і буде приладовоюпоправкою.