plik


BBdy i komparacja dalmierzy elektromagnetycznych Komparacja dalmierzy elektromagnetycznych Stosujc w pomiarach odlegBo[ci dalmierze elektromagnetyczne musimy uwzgldnia wpBywy bBdw przypadkowych i systematycznych, ktre obci|aj wyniki tych pomiarw. BBdy te zwizane s z samym dalmierzem oraz z wpBywem [rodowiska na sygnaB pomiarowy. Wyr|ni mo|na nastpujce bBdy instrumentalne (dalmierza): " bBd przypadkowy, " bBd systematyczny niezale|ny od odlegBo[ci, " bBd systematyczny zale|ny liniowo od odlegBo[ci, " bBd systematyczny zale|ny nieliniowo od odlegBo[ci, " bBd cykliczny, " bBd zale|ny od temperatury, " bBd zale|ny od czasu, " bBd zale|ny od napicia zasilania. BBdy przypadkowe i systematyczne nie zwizane z instrumentem: " bBdy centrowania instrumentu i reflektora nad lub pod znakami pomiarowymi, " bBd poziomowania dalmierza i lustra, " bBd wycelowania: a) dalmierza na lustro, b) lustra w kierunku dalmierza, " bBd popeBniany przy pomiarach nasadk dalmiercz, " bBd pomiaru temperatury, ci[nienia i wilgotno[ci na drodze sygnaBu pomiarowego , " bBd pomiaru lub zaniechania wprowadzenia ktrej[ z poprawek do dBugo[ci, " bBdy wynikajce z odbicia sygnaBw pomiarowych od obiektw bdcych w tle reflektora, " bBdy wywoBane turbulencj atmosferyczn, " bBd zale|ny od czasu pomiaru i zwizany z r|n ilo[ci pomiarw przej[ fazowych. Celem komparacji jest wyznaczenie bBdw systematycznych pochodzenia instrumentalnego, ktre mog by wyeliminowane z pomiarw poprzez wprowadzenie do nich poprawek wyznaczonych wBa[nie w procesie komparacji  stosujc specjaln procedur pomiarow. W praktyce wyznacza si trzy rodzaje poprawek. 1. Poprawk staBej dodawania k. 2. Poprawk ze wzgldu na zmian czstotliwo[ci wzorcowej od jej warto[ci nominalnej. 3. Poprawk ze wzgldu na bBd cykliczny, ktra mo|e wystpowa tylko w dalmierzach fazowych. 1. Poprawka staBej dodawania k Oglny wzr na obliczenie odlegBo[ci pomierzonej dalmierzem wyglda nastpujco: 1 D = n t + k 2 StaBa k Bczy ze sob wpByw r|nicy midzy centrem mechanicznym dalmierza, a jego centrem elektronicznym. Najcz[ciej warto[ staBej k wyznacza si na krtkim odcinku poprzez porwnanie odlegBo[ci pomierzonej D i dBugo[ci wyznaczonej inn metod D0 zazwyczaj o rzd dokBadniejsz (jest to metoda porwnawcza). Odcinek, na ktrym wykonywane s pomiary powinien mie okoBo 5 - 10 metrw. Warto[ staBej dodawania obliczamy wwczas ze wzoru: k = D0 - D Pewniejszym sposobem wyznaczenia staBej k jest pomiar odlegBo[ci 2 - 3 odcinkw o dBugo[ciach r|nicych si o 1 - 2 metry. Najlepiej, je|eli s to np. odcinki odpowiednio o dBugo[ciach 10, 12 i 15 metrw. Je|eli nie znamy dBugo[ci odcinka z dokBadno[ci o rzd wy|sz mo|emy zastosowa inn metod wyznaczania staBej k (metod r|nicow). Polega ona na pomiarze dBugo[ci odcinka A, na ktry wtycza si dodatkowo punkt C. A C B Sposb wykonania bazy pomiarowej Mierzymy w dwch kierunkach odcinki AC, CB i AB. Mo|emy wwczas zapisa prost zale|no[ Bczc wyniki pomiarw i staB k dalmierza: (AC + k) + ( CB + k) = AB + k Z czego po uproszczeniu otrzymujemy wzr na staB dodawania k: k = AB - (AC + CB) 2. BBd zmiany czstotliwo[ci Pod wpBywem r|nych czynnikw, gBwnie jednak na skutek starzenia si kwarcu, czstotliwo[ wzorcowa dalmierza ulega zmianie. Powoduje to zmian skali mierzonych nim dBugo[ci. Mo|na zapisa to nastpujco: Df DD Df = DD = D f D f , gdzie: Df = fwn - fwp - zmiana czstotliwo[ci wzorcowej, fwn - czstotliwo[ wzorcowa nominalna (znana jest z metryki dalmierza), fwp - czstotliwo[ wzorcowa w czasie pomiaru. W procesie komparacji chodzi zatem o wyznaczenie warto[ci Df. Wykonuje si to poprzez porwnanie aktualnej czstotliwo[ci wzorcowej fwp dalmierza z czstotliwo[ci wytwarzan przez odpowiedni generator. Tego rodzaju bezpo[redni pomiar wykonuje si w laboratoriach odpowiednich instytucji. Komparacj czstotliwo[ci mo|na realizowa tak|e w warunkach polowych przez porwnanie aktualnej jej warto[ci z tzw. krajowym wzorcem czstotliwo[ci fal radiowych emitowanych regularnie przez niektre radiostacje. WspBczynnik zmiany skali ks mierzonych dBugo[ci spowodowany zmian czstotliwo[ci wzorcowej (wyra|ony w ppm) mo|na obliczy ze wzoru: Df ks = 106 fwn , gdzie: Df = fwn - fwp - zmiana czstotliwo[ci wzorcowej, fwn - czstotliwo[ wzorcowa nominalna (znana jest z metryki dalmierza), fwp - czstotliwo[ wzorcowa w czasie pomiaru. Mo|na skontrolowa na bazie o dBugo[ci D - znanej z du| dokBadno[ci (pod warunkiem wcze[niejszego wprowadzenia/uwzgldnienia wszystkich innych poprawek). DD [mm] ks = D [km] 3. Wyznaczenie bBdu cyklicznego BBd cykliczny wynika z tzw. sprz|eD paso|ytniczych wystpujcych midzy cz[ci nadawcz a cz[ci odbiorcz dalmierza. Na sygnaB powracajcy naBo|ony jest niejako sygnaB zakBcajcy o tej samej czstotliwo[ci. BBd cykliczny pojawia si tak|e w elektrycznym przesuwniku fazy. Warto[ bBdu cyklicznego okre[lamy w nastpujcy sposb. Tworzymy baz AB, na ktr wtyczamy punkt C. Odcinek CB powinien by rwny lub troch dBu|szy od poBowy dBugo[ci  przymiaru podstawowego dalmierza l/2. l D = (N + R) l (od 0,6 m do 40 m) 2 A C B Odcinek CB nale|y podzieli na dziesi rwnych cz[ci, ktrych dBugo[ rwna jest l/2/10  jedna dziesita poBowy dBugo[ci fali. A C B Pomiary na tej bazie wykonujemy tylko na podstawowej czstotliwo[ci wzorcowej (w punkcie A ustawiamy dalmierz a kolejno w punktach od C do B reflektor). Obliczamy odchyBki di dBugo[ci pomierzonych od ich nominalnych warto[ci (okre[lonych z o rzd wiksz dokBadno[ci). Najpierw obliczamy odchyBk [redni - d[r i poszczeglne r|nice od tej [redniej - warto[ci ci. Je|eli odchyBki di dla wszystkich dBugo[ci s podobne to warto[ ta jest staB dodawania k dalmierza a bBd cykliczny nie wystpuje. Wwczas, gdy odchyBki s r|ne rysujemy wykres, na ktrym przedstawiamy zmiany (ci to r|nice w cm lub mm od warto[ci [redniej  d[r). PrzykBad takiego wykresu znajduje si na rysunku poni|ej. d[r SBu|y on do okre[lania poprawek dla r|nych dBugo[ci z tytuBu bBdu cyklicznego. Obowizujce przepisy nakBadaj na u|ytkownikw dalmierzy obowizek ich okresowej kontroli. W jej wyniku dalmierz uzyskuje tzw. metryk. Do wykonywania kontroli, ktr nazywamy komparacj dalmierza zostaBy upowa|nione w Polsce Instytut Geodezji i Kartografii w Warszawie oraz kilka instytucji, ktre zaBo|yBy i utrzymuj tzw. komparatory polowe. Komparatory polowe s to zbiory punktw zastabilizowanych w terenie w linii prostej w postaci postumentw betonowych, ktrych trzon osadzony jest poni|ej poziomu zamarzania gruntu. DBugo[ci baz takich komparatorw osigaj 1,5 kilometra, a dBugo[ci odcinkw zawarte w tym zakresie wahaj si od kilku do kilkunastu metrw. Odcinki komparatorw s wyznaczane i znane z dokBadno[ci o rzd wiksz ni| posiadaj badane na nich instrumenty. PN ISO 17123-4: Optyka i instrumenty optyczne. Terenowe procedury do badania instrumentw geodezyjnych i pomiarowych. Cz[ 4: Dalmierze elektrooptyczne (instrumenty EDM). Literatura Holejko K., Precyzyjne elektroniczne pomiary odlegBo[ci i ktw, WNT, Warszawa 1981. PBatek A., Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachymetry elektroniczne, cz[ I, Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne do pomiarw terenowych, PPWK, Warszawa  WrocBaw 1991. PBatek A., Elektroniczna technika pomiarowa w geodezji, Wyd. AGH, Krakw 1995. Tatarczyk J., Elementy optyki instrumentalnej i fizjologicznej, Wyd. AGH, Krakw 1984. Wanic A., Instrumentoznawstwo geodezyjne i elementy technik pomiarowych, Wyd. UWM, Olsztyn 2007. PN ISO 17123-4:2005 Optyka i instrumenty optyczne. Terenowe procedury do badania instrumentw geodezyjnych i pomiarowych. Cz[ 4: Dalmierze elektrooptyczne (instrumenty EDM). www.zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/automatyka/c_elektroniczna_techn_pomiarowa/w14.htm (dostp dn. 10.10.2010) Funkcjonowanie wybranych moduBw operacyjnych dalmierzy Generator czstotliwo[ci wzorcowej Powinien zapewnia wysoki stopieD stabilno[ci wytwarzanej czstotliwo[ci wzorcowej. Wzgldna niestabilno[ czstotliwo[ci wzorcowej mo|e by wyra|ona wielko[ci zmiany generowanej czstotliwo[ci wzorcowej do jej nominalnej warto[ci i dla fazowych dalmierzy elektrooptycznych jest dopuszczalna w przedziale 1*10-6 1*10-7. Zmiana czstotliwo[ci wzorcowej generatora wynika m.in. ze zmian czynnikw termicznych, pojemno[ciowych lub zmian napi zasilajcych. Starzenie si elementw elektronicznych rwnie| wpBywa na zmian parametrw obwodu rezonansowego generatora. W celu stabilizacji czstotliwo[ci generatora stosuje si stabilizatory napicia, termostaty, a tak|e zabezpiecza si elementy skBadowe generatorw przed udarami mechanicznymi mogcymi zmieni parametry nominalne obwodu rezonansowego. Najwa|niejszym jednak zabiegiem zapewniajcym staBo[ generowanych drgaD jest zastosowanie stabilizacji kwarcowej, polegajcej na wBczeniu do obwodu rezonansowego generatora czstotliwo[ci wzorcowej - rezonatora kwarcowego. Rezonatorem kwarcowym jest odpowiednio wycita i wyposa|ona w elektrody pBytka z krysztaBu kwarcu (SiO2), w ktrym wystpuje zjawisko piezoelektryczne polegajce na przetwarzaniu energii elektrycznej w mechaniczn i odwrotnie. Po pobudzeniu pBytki kwarcu napiciem przemiennym doprowadzonym za pomoc odpowiednich elektrod, powstaj w niej drgania mechaniczne (deformacje spr|yste pBytki kwarcu), ktrych amplituda jest najwiksza, gdy czstotliwo[ przemiennego napicia pobudzajcego jest rwna czstotliwo[ci rezonansu mechanicznego pBytki kwarcowej. Maksymalna amplituda drgaD wystpuje wwczas, gdy czstotliwo[ drgaD obwodu elektrycznego jest rwna czstotliwo[ci rezonansu mechanicznego pBytki kwarcowej. W ten sposb drgania wBasne kwarcu steruj drganiami obwodu elektrycznego generatora wytwarzajcego czstotliwo[ wzorcow. Uzyskiwane czstotliwo[ci rezonansowe wynosz od kilku kilohercw do kilkudziesiciu megahercw. Stosuje si powszechnie generatory kwarcowe z termokompensacj. Czstotliwo[ drgaD wBasnych kwarcu nie jest staBa. Zmiany w tym zakresie s spowodowane starzeniem si kwarcu i mog zachodzi w sposb cigBy lub skokowy. yrdBa [wiatBa yrdBami [wiatBa w dalmierzach elektrooptycznych du|ego zasigu (kilkadziesit kilometrw) s lasery helowo-neonowe (Ne-He) o mocy wyj[ciowej nieprzekraczajcej 5 mW. Lasery tego typu s zrdBem cigBego promieniowania spjnego i monochromatycznego najcz[ciej o dBugo[ci fali 632.8 nm. Emitowana przez laser wizka [wietlna mo|e by skupiona przez ukBad nadawczy dalmierza, dziki czemu otrzymujemy wizk o maBym kcie rozbie|no[ci. W dalmierzach krtkiego zasigu (do kilku kilometrw) jako zrdBo [wiatBa stosuje si diody luminescencyjne wykonane z arsenku galu (GaAs). Cech charakterystyczn diod luminescencyjnych oraz laserw pBprzewodnikowych jest nierwnomierno[ fazy wystpujca na powierzchni emitujcej zBcza. Fotodetektory W dalmierzu elektronicznym zadaniem fotodetektora jest przetworzenie optycznego sygnaBu pomiarowego na sygnaB elektryczny. Dawniej jako fotodetektory byBy stosowane fotopowielacze, w ktrych prd fotoelektryczny o zmodulowanej amplitudzie w procesie fotoemisji, jest jednocze[nie wzmacniany. Obecnie jako fotodetektory wykorzystuje si elementy pBprzewodnikowe, jak fotodiody i diody lawinowe. Wa|nymi zaletami fotodiod s przede wszystkim ich maBe wymiary, praca z niskim napiciem zasilania, a tak|e mo|liwo[ detekcji sygnaBw [wietlnych przy bardzo wysokich czstotliwo[ciach modulacji. Wewntrzna linia optyczna W dalmierzach elektromagnetycznych tory sygnaBw elektrycznych fal pomiarowych doznaj dodatkowych przesuni na elementach elektronicznych samego dalmierza. W celu wyeliminowania tych przesuni, ktre wprowadzaj do pomiarw odlegBo[ci bBdy, dokonuje si dodatkowego pomiaru r|nicy faz na znanej drodze wewntrznej w ukBadzie nazywanym lini skalowania (LS) lub wewntrzn lini optyczn. LS Aby do wynikw pomiarw na zewntrznej linii optycznej mo|na byBo uwzgldnia dawa wBa[ciw poprawk to w trakcie pomiarw LS i D (odlegBo[ zewntrzna) musz by najpierw zrwnane amplitudy tych obydwu sygnaBw. Przy maBych odlegBo[ciach D, kiedy sygnaB zewntrzny jest silniejszy, poziom jego nat|enia jest regulowany do poziomu z obiegu wewntrznego przez tBumienie na torze wewntrznym. Przy du|ych odlegBo[ciach sygnaB z zewntrz jest sBabszy, regulowany jest wic poziom nat|enia sygnaBu na linii LS. Obecnie - w nowoczesnych dalmierzach - zrwnywanie amplitud wykonywane jest automatycznie. Mikroprocesor blokuje a nastpnie wBcza system pomiarowy po otrzymaniu informacji o wyrwnaniu tych amplitud. Proces pomiarowy tej dBugo[ci LS jest wykonywany zawsze przez dalmierz i nie mo|e by ona ustalona jako staBa dodawania, gdy| zmienia si w czasie i zale|y od temperatury urzdzenia. Zmiana obiegu sygnaBu pomiarowego z wewntrznego na zewntrzny i na odwrt odbywa si za pomoc przeBcznika zmieniajcego poBo|enie zwierciadeB, ktry uruchamiany jest automatycznie przez sygnaB z mikroprocesora sterujcego pomiarem. PrzeBczania te musz by wykonywane szybko (poni|ej 1s) ze wzgldu na zmiany czasowe samej LS. Specjalne tryby pracy fazomierza - chwilowe przesBonicie sygnaBu pomiarowego Z chwil pojawienia si na celowej przeszkody nastpuje przerwa sygnaBu, do dalmierza nie trafia promieD odbity, co w efekcie powoduje przerwanie pomiaru r|nicy faz. W nowoczesnych dalmierzach fakt ten uwzgldnia si wyposa|ajc fazomierz w tzw. blokowy ukBad zaniku, ktry wstrzymuje prace fazomierza. Po odsBoniciu celowej ukBad blokady wBcza fazomierz, ktry kontynuuje przerwany pomiar. Nawet wielokrotne przesBonicie celowej nie maj wpBywu na wyniki,  czstkowe pomiary nie s utracone, s one przechowywane w pamici mikroprocesora. Zablokowanie pracy fazomierza nastpuje tak|e przy pomiarze odlegBo[ci przy bardzo sBabym sygnale, ktrego amplituda zmienia si w czasie. Zasig dalmierza uzale|niony jest od wystpowania i nat|enia [wiatBa sBonecznego. Fala no[na dalmierza elektrooptycznego jest podczerwona i jest zakBcana przez sBoDce. W nocy zasig dalmierza bdzie zdecydowanie wikszy. - system tracking Jest to system umo|liwiajcy pomiar odlegBo[ci do reflektora w ruchu. Okre[lana jest wtedy chwilowa odlegBo[ z niewielkiej ilo[ci przebiegw fazowych w cigu krtkiego regularnie powtarzanego interwaBu czasu Ts. DokBadno[ takich pomiarw jest przewa|nie o rzd mniejsza od pomiarw przy nieruchomym reflektorze. System ten jest wykorzystywany do zgrubnego tyczenia punktw w terenie albo przy pozycjonowaniu przemieszczajcych si obiektw. Sterowanie prac dalmierza przez procesor Do najwa|niejszych funkcji mikroprocesora w dalmierzu nale|: " kontrola gotowo[ci dalmierza do pomiaru (sprawdzanie parametrw zasilania, wewntrzne testowanie), " wBczanie kolejnych czstotliwo[ci wzorcowych w celu rozwizania niejednoznaczno[ci pomiaru (obliczanie N), " przeBczanie obiegw wewntrznych i zewntrznych oraz zrwnywanie amplitud na tych obiegach, " sterowanie ukBadem blokady zaniku, " sterowanie pomiarem w trybie tracking, " sterowanie prac fazomierza  realizowanie zaprogramowanego trybu pomiaru. Oprcz wymienionych wcze[niej funkcji mikroprocesorw zwizanych z pomiarem speBniaj one tak|e wiele funkcji dodatkowych. Polegaj one na wprowadzaniu do mierzonej odlegBo[ci poprawek oraz obliczeD redukcyjnych i innych. Do tych funkcji mo|na zaliczy (funkcje nie zwizane z samym pomiarem): " uwzgldnienie poprawki dodawania, " uwzgldnienie warto[ci wspBczynnika zaBamania (wpByw temperatury, wilgotno[ci i ci[nienia), " obliczenie poprawki na odwzorowanie, " obliczenie dBugo[ci zredukowanej na poziom lub r|nicy wysoko[ci na podstawie wprowadzonego kta pionowego. Wiele wspBczesnych dalmierzy ma rozbudowane oprogramowanie umo|liwiajce obliczanie wspBrzdnych stanowiska tachimetru lub wspBrzdnych punktw celu oraz wektorw, ktre Bcz te punkty. Tendencje w rozwoju konstrukcji dalmierzy Aktualne tendencje polegaj na wykorzystaniu najnowszych produktw elektroniki tj. wBczenie ich do poszczeglnych blokw konstrukcyjnych dalmierza. Uzyskuje si przez to zmniejszenie ci|aru i gabarytw, chocia| w tym zakresie osignito ju| raczej optimum i niewiele w najbli|szej przyszBo[ci nale|y oczekiwa. Literatura Holejko K., Precyzyjne elektroniczne pomiary odlegBo[ci i ktw, WNT, Warszawa 1987. PBatek A., Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachymetry elektroniczne, cz[ I, Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne do pomiarw terenowych, PPWK, Warszawa  WrocBaw 1991. PBatek A., Elektroniczna technika pomiarowa w geodezji, Wyd. AGH, Krakw 1995. Tatarczyk J., Elementy optyki instrumentalnej i fizjologicznej, Wyd. AGH, Krakw 1984. Wanic A., Instrumentoznawstwo geodezyjne i elementy technik pomiarowych, Wyd. UWM, Olsztyn 2007. PN ISO 17123-4:2005 Optyka i instrumenty optyczne. Terenowe procedury do badania instrumentw geodezyjnych i pomiarowych. Cz[ 4: Dalmierze elektrooptyczne (instrumenty EDM). www.zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/automatyka/c_elektroniczna_techn_pomiarowa/w15.htm (dostp dn. 10.10.2010)

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
5 Funkcjonowanie wybranych modułów operacyjnych dalmierza
Wyklad 11 sII Badanie funkcji białek
ETP wyklad 10 dalmierze elektromagnetyczne dokladnosc pomiaru dalmierzami wplyw warunkow meteorologi
ETP wyklad 10 dalmierze elektromagnetyczne dokladnosc pomiaru dalmierzami wplyw warunkow meteorologi
Wykład 11 stolarka okienna i drzwiowa
WYKŁAD 11
wyklad 11 psychosomatyka
PLC mgr wyklad 11 algorytmy
ETP wyklad 3 niwelatory precyzyjne
CHEMIA dla IBM Wyklad 8) 11 2013
Wyklad 11
Wyklad 11 stacj Genetyka i biotechnologie lesne
Stat wyklad2 11 na notatki
(Uzupełniający komentarz do wykładu 11)
wyklad10 11 ME1 EiT
WYKŁAD 11 2
wykład 11 Wm
Metodologia wykład 11 12 Tabela

więcej podobnych podstron