Wykład

Temat: Komparacja dalmierzy elektromagnetycznych

A w nim: Błędy związane z pomiarem długości dalmierzem elektromagnetycznym. Wyznaczenie poprawki stałej dodawania k, poprawki ze względu na zmianę częstotliwości wzorcowej oraz poprawki z tytułu wystąpienia błędu cyklicznego.

Komparacja dalmierzy elektromagnetycznych
Stosując w pomiarach odległości dalmierze elektromagnetyczne musimy uwzględniać wpływy błędów przypadkowych i systematycznych, które obciążają wyniki tych pomiarów. Ogólnie można powiedzieć, że błędy te związane są z samym dalmierzem oraz z wpływem środowiska na sygnał pomiarowy. Te ostatnie zostały omówione na poprzednim wykładzie.

Wyróżnić można następujące błędy instrumentalne:

• Błąd przypadkowy

• Błąd systematyczny niezależny od odległości

• Błąd systematyczny zależny liniowo od odległości

• Błąd systematyczny zależny nieliniowo od odległości

• Błąd cykliczny

• Błąd zależny od temperatury

• Błąd zależny od czasu

• Błąd zależny od napięcia zasilania

Charakterystyka błędów przypadkowych i systematycznych niezwiązanych z instrumentem:

• Błędy centrowania instrumentu i reflektora nad lub pod znakami pomiarowymi

• Błąd poziomowania dalmierza i lustra

• Błąd wycelowania:
  a) dalmierza na lustro
  b) lustra w kierunku dalmierza

• Błąd popełniany przy pomiarach nasadką dalmierczą

• Błąd pomiaru temperatury, ciśnienia i wilgotności na drodze sygnału pomiarowego

• Błąd pomiaru lub zaniechania wprowadzenia którejś z poprawek do długości

• Błędy wynikające z odbicia sygnałów pomiarowych od obiektów będących w tle reflektora

• Błędy wywołane turbulencją atmosferyczną

• Błąd zależny od czasu pomiaru i związany z różną ilością pomiarów przejść fazowych

Celem komparacji jest wyznaczenie błędów systematycznych pochodzenia instrumentalnego, które mogą być wyeliminowane z pomiarów poprzez wprowadzenie do nich poprawek wyznaczonych w procesie komparacji.

W praktyce wyznacza się trzy rodzaje poprawek:
1. Poprawkę stałej dodawania k
2. Poprawkę ze względu na zmianę częstotliwości wzorcowej od jej wartości nominalnej
3. Poprawkę ze względu na błąd cykliczny, która może występować tylko w dalmierzach fazowych

Ad.1 Poprawka stałej dodawania k
Ogólny wzór na obliczenie odległości pomierzonej dalmierzem wygląda następująco:

Stała k łączy ze sobą wpływ różnicy między centrem mechanicznym dalmierza, a jego centrem elektronicznym. Najczęściej wartość stałej k wyznacza się na krótkim odcinku poprzez porównanie odległości pomierzonej i długości wyznaczonej inną metodą, zazwyczaj o rząd dokładniejszą. Odcinek, na którym wykonywane są pomiary powinien mieć około 5-10 metrów. Wartość stałej dodawania obliczamy wówczas ze wzoru:

Pewniejszym sposobem wyznaczenia stałej k jest pomiar odległości 2-3 odcinków o długościach różniących się o 1-2 metry. Najlepiej, jeżeli są to np. odcinki odpowiednio w odległości 10,12 i 15 metrów od instrumentu.

Jeżeli nie znamy długości odcinka z dokładnością o rząd wyższą możemy zastosować inną metodę wyznaczania stałej k. Polega ona na pomiarze długości odcinka AB, na który wtycza się dodatkowo punkt C. Przedstawione to zostało na rysunku obok.

Rys.1 Sposób wykonania bazy pomiarowej

Mierzymy w dwóch kierunkach odcinki AC, CB i AB. Możemy wówczas zapisać prostą zależność łączącą wyniki pomiarów i stałą k dalmierza:

(AC+k)+(CB+k)=AB+k

Z czego po uproszczeniu otrzymujemy wzór na stałą dodawania k:

k=AB-(AC+CB)

 

Ad.2 Wyznaczenie błędu cyklicznego

Błąd cykliczny wynika z tzw. sprzężeń pasożytniczych występujących między częścią nadawczą a częścią odbiorczą dalmierza. Na sygnał powracający nałożony jest niejako sygnał zakłócający o tej samej częstotliwości. Błąd cykliczny pojawia się także w elektrycznym przesuwniku fazy.
Wartość błędu cyklicznego określamy w następujący sposób. Tworzymy bazę AB, na którą wtyczamy punkt C. Odcinek CB powinien być równy lub trochę dłuższy od połowy długości „przymiaru” podstawowego ? dalmierza. Odcinek ten należy podzielić na dziesięć równych części, których długość równa jest
Pomiary dalmiercze na tej bazie wykonujemy tylko na podstawowej częstotliwości wzorcowej. Obliczamy odchyłki długości pomierzonych od ich nominalnych wartości określonych z o rząd większą dokładnością. Jeżeli odchyłki te dla wszystkich długości są podobne to wartość ta jest stałą dodawania k dalmierza a błąd cykliczny nie występuje. Wówczas, gdy odchyłki są różne rysujemy wykres, na którym przedstawiamy zmiany. Na poniższym rysunku znajduje się przykład takiego wykresu. Służy on do określania poprawek długości dla różnych długości z tytułu błędu cyklicznego.

Rys.3 Wykres będący wynikiem wyznaczenia poprawek z tytułu błędu cyklicznego

 

 

Ad.3 Błąd zmiany częstotliwości

Pod wpływem różnych czynników, głównie jednak na skutek starzenia się kwarcu, częstotliwość wzorcowa dalmierza ulega zmianie. Powoduje to zmianę skali mierzonych nim długości. Możemy to zapisać następująco:

gdzie:
-zmiana częstotliwości wzorcowej

-częstotliwość wzorcowa nominalna(znana jest z metryki)

-częstotliwość wzorcowa w czasie pomiaru

W procesie komparacji chodzi zatem o wyznaczenie wartości df. Wykonuje się to poprzez porównanie aktualnej częstotliwości wzorcowej dalmierza fwp z częstotliwością wytwarzaną przez odpowiedni generator. Tego rodzaju bezpośredni pomiar wykonuje się w laboratoriach odpowiednich instytucji. Komparację częstotliwości można realizować także w warunkach polowych przez porównanie aktualnej jej wartości z tzw. krajowym wzorcem częstotliwości fal radiowych emitowanych regularnie przez niektóre radiostacje. Poprawkę z tytułu zmian częstotliwości podaje Polskie Radio codziennie o 12:00.

Obowiązujące przepisy nakładają na użytkowników dalmierzy obowiązek ich okresowej kontroli. W jej wyniku dalmierz uzyskuje tzw. Metrykę. Do wykonywania kontroli, którą nazywamy komparacją dalmierza zostały upoważnione w Polsce Instytut Geodezji i Kartografii w Warszawie oraz kilka instytucji, które założyły i utrymują tzw. Komparatory polowe. Komparatory polowe są to zbiory punktów zestabilizowanych w terenie w linii prostej w postaci postumentów betonowych., których trzon osadzony jest poniżej poziomu zamarzania gruntu. Długości baz takich komparatorów osiągają wartość 1,5 kilometra, a długości odcinków zawarte w tym zakresie wahają się od kilku do kilkunastu metrów. Odcinki komparatorów są wyznaczane i znane z dokładnością o rząd większą niż posiadają badane na nich instrumenty.

Literatura:

A. Płatek "Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachimetry elektroniczne", Warszawa 1991

A. Płatek "Elektroniczne techniki pomiarowe w geodezji", Kraków 1995

K. Holejko "Precyzyjne elektroniczne pomiary w geodezji", Warszawa 1987

---