авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 |

«В.С.ПЛОТНИКОВ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов оптических ...»

-- [ Страница 10 ] --

Переход от неподвижной к следящей камере с тем же значением Q значительно повышает ее возможности. Например, для той же камеры Бейкер-Нанн в режиме слежения предельная звездная величина объек­ т та примерно на 5 больше, чем при неподвижном режиме.

Точность слежения и возможность слежения по захвату различных участков траектории определяются типом монтировки. Ранее было от­ мечено, что для неподвижной камеры выбирается самая простая двух Рис. 136. Общий вид камеры БеЙкера-Нанна:

/ — горизонтальная ось;

2 — вер­ тикальная ось: 3 — камера Рис. 137. Общий вид высокоточной астрономической установки (ВАУ):

/ — камера;

2 — гидирующие устройства;

3 — полярная ось (вилка) осная альт-азимутальная монтировка. Регистрация слабых звезд требу­ ет экваториальной монтировки. Слежение за объектом может быть осу­ ществлено высотно-азимутальной или экваториальной монтировкой при условии, если орбитальная ось будет направлена в полюс орбиты спутни­ ка и его можно будет отслеживать поворотом вокруг одной этой оси.

Отслеживание спутника по большому кругу может быть осуществле­ но трехосной монтировкой. Для повышения точности отслеживания вводится четвертая ось, что позволяет аппроксимировать видимую траекторию ИСЗ малым кругом..

Высотно-азимутальная трехосная монтировка горизонтального типа применена в азимутальной камере Бейкер —Нанн (см. рис. 133, г ). Ее преимущество - большая жесткость второй оси в виде рамы и отсут­ ствие противовеса, недостаток — ограничение наблюдений при малых углах места и невозможность наблюдений по часовому углу вокруг одной оси. В советской высокоточной астрономической установке ВАУ выбрана трехосная экваториальная монтировка. Ее преимущество — наблюдение без ограничений, возможность слежения по часовому углу вокруг одной оси и получение изображений звезд в непосредственной близости от изображения спутника, недостаток — меньшая жесткость полярной оси и необходимость противовеса. Общий вид камер Бейкер— Нанн и ВАУ показан на рис. 136, 137.

Четырехосная монтировка высотно-азимутального типа применена в камерах SBC (ГДР) и советской камере АФУ-75 (см. рис. 133, е).

В этих монтировках первая (вертикальная) и вторая (горизонтальная) Рис. 138. Общий вид камеры SBG: Рис. 139. Общий вид камеры АФУ-75:

1 - вертикальная ось;

2 - горизон­ 1 - вертикальная ось;

2 - горизонталь­ тальная ось;

3 — орбитальная ось;

ная ось;

3 - ось аппроксимации;

4 - ор­ 4 - ось аппроксимации битальная ось оси предназначены для направления третьей, орбитальной, оси в полюс видимой орбиты спутника. Четвертая ось служит для изменения угла между орбитальной и оптической осями (отклонение этого угла от пря­ мого для получения возможности отслеживания по малому кругу).

Монтировка АФУ-75 в приведенной выше классификации отнесена к комбинированным. В отличие от монтировки SBG она имеет экватори­ альную платформу, позволяющую в течение 2 - 3 мин отслеживание звезд. Общий вид камер SBG и АФУ-75 показан на рис. 138 и 139.

Выбор основных оптических параметров камеры ( Д /, ^ ) к кр производится с учетом следующих соображений.

Из формулы (12.7) видно, что для повышения возможности ка­ меры следует увеличивать ее обобщенный параметр, следовательно, надо увеличивать D и уменьшать / и d. Однако уменьшение f' к Kp K и увеличение D приводит к увеличению относительного отверстия.

Опыт расчета светосильных оптических систем показывает, что относительное отверстие порядка 1:1 является пределом. Следова­ тельно, фокусное расстояние может быть уменьшено до размеров D, который стремятся сделать максимальным. В спутниковых камерах, например в камере Бейкер-Нанн, D « 500 м м и / 500 мм, т.е.

к относительное отверстие 1:1. В большинстве других камер оно меньше.

Кроме того, минимальная величина фокусного расстояния ограни­ чивается требуемым угловым масштабом изображения и угловым полем.

Угловой масштаб изображения определяет точность вычисления угловых координат, так к а к предельно достижимая точность фотограм­ метрических измерений линейных координат на снимке не зависит от масштаба изображения. Угловой масштаб изображения М опреде­ у ляется зависимостью М = ~ - р " ("/мм). (12.8) у При ошибке линейных измерений на снимке б / ошибка вычислен­ ного угла б будет:

откуда 12 М У=~ЬГ Например, при 6/ = 0,003 м м и 5^ = 1,2" величина Л/ = 400 " / м м, у а величина фокусного расстояния камеры = /к = " Т ^ Г " = 500 мм.

Таким образом, минимальная величина фокусного расстояния Минимум фокусного расстояния ограничивается также необходи­ м ы м угловым полем изображения, величина которого при методе при­ вязки к опорным звездам должна быть относительно большой (не менее 5 x 1 0 ° ). Во многих случаях методические возможности съемки требуют еще большей величины углового поля.

Например, угловое поле изображения ВАУ и Бейкер-Нанн равно 3 0 x 5 °. Такая величина углового поля в зеркальных системах с одно­ временно высокой светосилой, большим диаметром входного зрачка (порядка 500 м м ), небольшим к р у ж к о м рассеяния d 0,025 м м Kp не позволила получить плоскую поверхность изображения.

В этих случаях поверхность изображения сферическая, что весьма неудобно конструктивно и, несмотря на любые меры, снижает точность результатов. Фотографирование ведется на пленку, которая натягивается на шаблон соответствующей формы, поэтому для уменьшения деформа­ ций ширину пленки ограничивают. Для лучшего использования поля при­ ходится вводить еще одно конструктивное неудобство — поворот всей камеры для ориентирования длинной стороны кадра вдоль направления движения спутника.

Однако стремление к наибольшей мощности камеры (величине Q) с целью возможности наблюдения очень слабых спутников и космиче­ т ских объектов (9—\2 ) обусловливает применение зеркальных опти­ ческих систем, позволяющих получить наибольшее входное отверстие D, и уменьшить аберрации, а следовательно, уменьшить кружок рассе­ яния d p.K В некоторых камерах с зеркальными оптическими системами для получения плоской фокальной поверхности непосредственно перед фо­ томатериалом устанавливают так называемую полеспрямляющую линзу (камеры SBG, ФАС, Большая английская баллистическая камера).

В этих камерах фотографирование ведется на стеклянные фотоплас­ тинки, введением линзы качество изображения ухудшается незначи­ тельно, однако угловое поле приходится уменьшать до 10—15°.

В камерах типа ВАУ, Б е й к е р - Н а н н, SBG, Антарес регистрация вре­ мени наблюдений должна быть обеспечена с точностью до 0,0001 с.

В камере ВАУ служба времени состоит из двух кварцевых генера­ торов, трех параллельно работающих делителей частоты, радиоприем­ ника, блока электронной шкалы времени, электронных часов, механи­ ческих часов и электронно-лучевой трубки. Два генератора с частотой 5 МГц дублируют работу друг друга. Стабильность частоты Ы 0 ~ за 48 ч непрерывной работы. Наличие развертки электронно-лучевой трубки позволяет отсчитывать время до 0,0001 с.

В камере Бейкер —Нанн на начальном этапе эксплуатации применя­ лись кварцевые часы Нормана, затем в 1965-1966 гг. они были заме­ нены атомными, что обеспечило точность в 0,0001 с.

Г л а в а НИВЕЛИРЫ § 75. Методы нивелирования и типы нивелиров В настоящее время применяют следующие методы нивелирования и соот­ ветственно виды нивелиров: а) метод геометрического нивелирования (нивелирование горизонтальным лучом);

б) нивелирование наклонным лучом;

в) нивелирование с помощью луча лазера;

г) барометрическое нивелирование;

д) гидростатическое нивелирование.

Основным, самым точным, является метод геометрического нивели­ рования. В соответствии с ГОСТ 10528—76 нивелиры, предназначенные для определения превышений методом геометрического нивелирования, по точности разделяются на три группы:

а) высокоточные, тип Н-05 - для определения превышений со сред­ ней квадратической ошибкой не более 0,5 м м на 1 к м двойного хода (нивелирование 1 и I I классов);

б) точные, тип Н-3 - для определения превышений со средней квад­ ратической ошибкой не более 3 м м на 1 к м двойного хода (нивелирова­ ние I I I и IV классов, инженерно-геодезические изыскания);

в) технические, тип Н-10 - для определения превышений со средней квадратической ошибкой не более 10 м м на 1 к м двойного хода (ниве­ лирование для обоснования топографических съемок, инженерно-геоде­ зические изыскания в строительстве).

В зависимости от устройства, применяемого для приведения визир­ ной оси в горизонтальное положение, нивелиры всех типов выпускаются в двух исполнениях: с уровнем при зрительной трубе и с компенсатором углов наклона. Нивелиры типов Н-3 и Н-10 допускается изготовлять с лимбом для измерения горизонтальных углов. Нивелир с компенсато­ ром и лимбом типа Н-10 обозначается Н-10 КЛ.

§ 76. Особенности расчета и проектирования нивелиров с уровнем В соответствии с принципиальной схемой геометрического нивелирова­ ния главным условием нивелира является горизонтальность визирной оси зрительной трубы при рабочем положении прибора. Это условие в нивелирах с уровнем означает, что ось уровня должна быть параллель­ на визирной оси трубы. Из курса "Геодезия" известно, что при равен­ стве расстояний от нивелира до обеих реек (нивелирование из середины) ошибка, вызываемая непараллельностью проекций оси уровня и визир­ ной оси трубы на вертикальную плоскость, исключается, так к а к пре­ вышение получается как разность отсчетов по передней и задней рей­ к а м. При проведении измерений точно выдержать равенство расстоя­ ний до реек невозможно, поэтому в соответствии с допустимыми ошиб­ ками превышений инструкцией устанавливаются допустимые значе­ ния неравенства расстояний до реек для различных классов работ (ниве­ лирование I класса - до 0,5 м ;

I I класса - до 1 м;

III класса - до 3 м ).

Если / - угол между осью уровня О В (рис. 140), которую будем считать горизонтальной, и визирной линией ОВ\ то точки В и В явля­ ются точками встречи линий ОВ и ОВ' с вертикальной плоскостью (плоскостью г*ейки). Ошибка отсчета по рейке и будет определяться отрезком ВВ = А. При расстоянии до рейки, равном 5, А = S tg/. При нивелировании не из середины, если расстояния до задней рейки S и до передней рейки S не равны, а угол / в течение работы на одной n станции остается постоянным, величина ошибки АЛ, входящей в пре­ вышение, будет Ah = ( 5 - 5 „ ) tgi.

Учитывая, что угол / мал, его допустимую величину можно выразить формулой Ahp" Ahp' (13.1) 'доп AS S S 3 n В современных нивелирах точность отсчи­ тывания по рейке весьма высока. Так, в высокоточных нивелирах с плоскопарал­ лельной пластинкой Ао ± 0,05 мм. Чтобы считать величину Ah пренебрегаемо малой по сравнению с ошибкой отсчета при ниве­ Рис. 140. Угол наклона визир Ной линии лировании, следует положить АЛ т 0,2 яд# где &н ~ средняя квадратическая ошибка в превы­ шении на станции. ГОСТ 10528-76 и инструкциями установлено для нивелиров разных классов: высокоточных - ю д # = 0,15 м м ;

AS 0,5 м;

точных — = 2, 0 м м ;

AS 2 м;

технических — яд# = = 5, 0 м м ;

AS Ю м.

При этих данных для нивелиров: высокоточных / = 12", точных доп = 'доп 40", технических / = 20".

доп По ГОСТ 10528-76 для высокоточного нивелира / = 10". Если доп считать, что величина / для точного нивелира может быть уменьшена доп по крайней мере до / технического нивелира, допуск на неравенство доп плеч при точном нивелировании может быть расширен в 2 раза. С такой точностью отъюстировать нивелир трудно, однако постоянство угла / позволяет производить измерения превышений с необходимой точностью при условии компенсации величины AS на ближайших станциях, когда величину / можно еще считать неизмененной. При конструировании нивелиров обеспечение требования постоянства угла / является одним из главных. Это требование обеспечивают выбором соответствующих материалов для оправ трубы и уровня, элементов соединения этих оправ, тщательным и надежным креплением алидады уровня в оправе и сетки нитей трубы, защитой уровня и трубы от теплового воздействия лучей солнца и самого наблюдателя (теплозащитный кожух). Высокие требо­ вания к постоянству угла / привели к тому, что в нивелирах с уровнем применяется в настоящее время преимущественно лишь схема глухого нивелира, т.е. непосредственное крепление уровня к трубе.

Сопрягаемые детали должны иметь одинаковый температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент линейного расшире­ ния должен быть минимальным, а теплопроводность материала высо­ кая. При креплении стеклянных элементов, например ампулы уровня, оправа должна иметь коэффициент линейного расширения близкий к стеклу. Следует избегать деталей сложных форм, с большим пере­ падом толщин и резким переходом между поверхностями. С учетом сто­ имости материала обычно детали оправы уровня, трубы и детали их креплений изготовляют из стали.

Расчет цены деления уровня нивелиров изложен в § 30. Д л я ниве­ лиров полезно установить еще целесообразное соотношение между ценой деления уровня и увеличением трубы.

Учитывая, что ошибка взгляда (однократного наведения) равна ошибке измерения превышения на станции, т.е. т = т ^ ц, а также и принимая во внимание, что отсчет производится по удаленной рейке, основной составляющей комплексной ошибки считают ошибку отсчитывания по рейке и принимают т ~ 0,5 АЯД# :

Необходимое увеличение зрительной трубы найдем по формуле Г = (13 2) 0 «щ. о"' ' Для нивелира типа Н-05 при / и д / / = 0,2 м м и S = 50 м, принимая Р = 15" при биссектировании угловым биссектором горизонтального г штриха, получим:

15- х Г= г* 38.

s O,5-O,2-2- Для определения целесообразного соотношения между увеличени­ ем трубы и ценой деления уровня, очевидно, следует потребовать, что­ бы для рабочего расстояния до рейки ошибка отсчета, вызванная ошиб­ х кой визирования в трубу с увеличением Г, была равна ошибке, опреде­ ляемой пределом чувствительности уровня. Ошибка визирования, к а к х было установлено, равна Р / Г, а предел чувствительности уровня мож­ г но принять несколько меньшим, чем ошибка установки по уровню, оцениваемая обычно в 0,15 г. Если принять предел чувствительности 0,1 т то получим — = 0,1 г. (13.3) Разрешающую способность глаза для оценки десятых долей шашечной рейки можно принять Р = 40". г Тогда для точных и технических нивелиров из соотношения (13.3) получим т Т = 400. (13.4) Порог чувствительности контактного уровня примерно в 2,5 раза выше, поэтому для систем с контактным уровнем без увеличения т Т = 1000. (13.5) Для высокоточного нивелира Р « 10—15", а порог чувствитель­ т ности контактного уровня при рассматривании через систему с увели­ х чением порядка Г = 2,5 можно принять 0,03 т. Тогда получим л тТ = 330-500. (13.6) Увеличение трубы для случая отсчета по оптическому микрометру иногда определяют из условия, чтобы смещение нитей при повороте отсчетного барабана микрометра на одно деление было видно под углом, равным величине Р [15]. т (13.7) где S - расстояние до рейки;

у - цена деления микрометра. При ш S = 50 м и у = 0,05 м м получим Г = 5 0, а из полученного соотно­ х ш шения (13.6) для высокоточного нивелира найдем т = 7 - 1 0 ", что соот­ ветствует значениям т в существующих конструкциях. Условие по фор муле (13.7) более жесткое, чем по формуле (13.2), и для расчета точно­ сти нивелира в целом целесообразно использовать формулу (13.2).

При расчете осевой системы нивелира можно руководствоваться следующими соображениями. В отличие от теодолита точность верти­ кальной оси нивелира может быть ниже, так как наклон вертикальной оси, обусловленный ошибками изготовления деталей осевой системы, непосредственно на точность измерений не влияет. Перед отсчетом по каждой рейке пузырек уровня устанавливается на середину подъемным или элевационным винтом (последнее точнее и применяется в высоко­ точных нивелирах, когда элевационным винтом наклоняется труба с уровнем). Однако слишком грубая вертикальная ось приведет к необ­ ходимости существенно изменять наклон трубы, что снизит произво­ дительность и не обеспечит необходимой точности положения. Можно рекомендовать при расчете нивелиров принимать допустимое значение изменения наклона вертикальной оси при вращении верхней части прибо­ ра / г, где т — цена деления уровня при трубе. Это условие с неболь­ в шим запасом обеспечивает требования ГОСТ (по ГОСТ 10528—76 для нивелира типа Н-05 величина / = 15", а г = 10") и является вполне в приемлемым по технологическим соображениям. Так, для вертикаль­ ной цилиндрической оси нормального типа (см. § 23) допустимый за­ зор будет A ~^L, (13.8) где L — расстояние между центрирующими поясками вертикальной оси.

При т = 10" и /, = 80 м м А ^ 0,004 м м. Как видно, точность оси остается довольно высокой, хотя допустимая величина зазора примерно в 4 раза больше, чем для осей аналогичного типа у теодолитов.

Кроме цилиндрических осей нормального типа в точных нивелирах получают распространение разнесенные шариковые опоры кинематиче­ ского типа с плоскими опорными поверхностями (см. § 23).

Важным узлом в трубе нивелира является узел фокусировки на раз­ личные дистанции. При перемещении фокусирующего компонента долж­ но быть обеспечено постоянство положения визирной линии. При линзо­ вом фокусирующем компоненте в одном из нивелиров для обеспечения положения визирной оси в пределах 2 допуск на несоосность деталей определяется величиной 3 — 5 м к м. Детали оправ фокусирующих компо­ нентов и посадочные места направляющих участков трубы должны иметь соответствующие эксцентриситеты и жесткие допуски на отклонение формы. Хорошие результаты дает кинематический принцип конструиро­ вания, когда втулка оправы фокусирующей линзы конструируется с за­ мыкающей пружинящей пластинкой. Расстояние между опорными эле­ ментами втулки оправы, т.е. длину направляющей, следует делать воз­ можно больше. Например, в отечественном нивелире 2Н-10Л направля­ ющие оправы фокусирующей линзы простираются на всю длину трубы, что обеспечивает практическую неизменяемость положения визирной оси при перефокусировке.

§ 77. Нивелиры с компенсаторами В нивелирах с компенсаторами (с самоустанавливающейся линией визи­ рования) последняя автоматически устанавливается в горизонтальное положение с помощью специальных устройств, называемых компенса­ торами. Это повышает производительность и точность выполнения измерений, так как операции наведения биссектора на штрих и установ­ ки линии визирования в горизонтальное положение выполняются одно­ временно.

В настоящее время существует большое разнообразие схем нивели­ ров с компенсаторами, которые отличаются друг от друга способом компенсации угла наклона визирной линии, оптической схемой зритель­ ной трубы и местом расположения компенсатора.

В качестве чувствительных элементов в компенсаторах нивелиров применяют маятниковые системы, уровни и гидростатические устрой­ ства. Здесь рассматриваются маятниковые компенсаторы, как получив­ шие наибольшее распространение.

Рассмотрим способы компенсации угла наклона зрительной трубы.

Пусть визирная ось Z Z ' трубы нивелира (рис. 141) образует с гори­ зонтальным направлением Z Z угол е. При этом горизонтальная нить 0 сетки сместится от горизонтального направления визирной линии и прой­ дет через точку Z. Компенсировать угол наклона е зрительной трубы можно различными способами: 1) переместить сетку нитей из положе­ ния Z в положение Z (рис. 141,а);

2) изменить направление горизон­ т е. 141. Способы компенсации угла Рис. 142. Механические маятниковые наклона зрительной трубы компенсаторы:

а - подвешена сетка (нивелир 5 итальянской фирмы "Филотехника Сальмоираги");

б - подвешен объ­ ектив тального луча визирования таким образом, чтобы он прошел через гори­ зонтальную нить смещенной сетки (рис. 141,6);

3) осуществить парал­ лельное смещение горизонтального луча визирования на такую величину, при которой он пройдет через горизонтальную нить смещенной сетки (рис. 141, в ).

В зависимости от способа компенсации угла наклона зрительной трубы все компенсаторы можно разделить на компенсаторы с подвиж­ ной сеткой, компенсаторы с поворотом визирного луча и компенсато­ ры с параллельным смещением визирного луча. В общем случае любой компенсатор представляет из себя механизм маятникового типа и харак­ теризуется коэффициентом компенсации К, который равен отношению угла б', на который компенсатор отклоняет визирный луч, к углу е наклона зрительной трубы (А" - е '/е).

Компенсацию угла наклона зрительной трубы можно осуществить механическим, оптическим или оптико-механическим способами.

Примером компенсатора с подвижной сеткой является механиче­ ский компенсатор с физическим маятником (диском с сеткой 4) на нитях 3 (рис. 142, а). Основное уравнение компенсации имеет вид / е = Se\ (13.9) где / - эквивалентное фокусное расстояние объектива зрительной тру­ бы;

S - длина рычага физического маятника, несущего сетку нитей (длина нитей физического маятника).

Принцип действия механического маятникового компенсатора сво­ дится к следующему. Если совместить ось вращения физического маят­ ника с задней главной точкой объектива зрительной трубы и принять длину нитей, равной эквивалентному фокусному расстоянию объекти­ ва /, то, к а к это следует из основного уравнения компенсации (13.9), при небольших углах наклона визирная линия будет сохранять неизмен­ ное положение относительно горизонта. Такой маятник использован в конструкции нивелира 5190 итальянской фирмы "Филотехника Саль моираги" (см. рис. 142, д). Этот нивелир имеет зрительную трубу пря­ мого изображения перископического типа, Фокусировка трубы осуще­ ствляется перемещением объектива 2. Визирный луч, отраженный систе­ мой зеркал /, проходит через главную точку объектива 2, перекрестие нитей сетки 4, подвешенной на трех стальных нитях 5, систему дополни­ тельных линз и пентапризму и попадает на шелевую диафрагму.

Пределы работы компенсатора ± 10', точность установки визирной оси ± 0, 4 - 0, 8 ".

Нивелир обеспечивает высокоточные результаты лишь при укоро­ ченных до 2 5 - 3 5 м визирных лучах.

Широкое распространение в нивелирах получили оптико-механиче­ ские компенсаторы. Чувствительный элемент компенсатора представля­ ет из себя оптическую деталь (или систему оптических деталей), подве­ шенную с помощью какой-либо системы подвески. Такими компенса­ торами являются компенсаторы с поворотом визирного луча и компен саторы с параллельным смещением визирного луча (см., например, рис. 142, 6, где на нитях / подвешен объектив 2). Оптико-механические компенсаторы характеризуются коэффициентами механической К м и оптической К компенсации.

Наклон основания маятника, жестко соединенного со зрительной трубой, на угол б вызывает отклонение его чувствительного элемента от первоначального положения на угол е", величина которого зависит только от механических связей основания маятника с подвижной частью подвески и от свойств материала подвески. Отношение е " : е называет­ ся коэффициентом механической компенсации К. Величина К зави­ м м сит от выбранного типа подвески и определяется ее параметрами.

Отклонение чувствительного элемента маятника на угол К е при­ м водит к изменению ориентации оптической детали относительно направ­ ления визирования, при этом оптическая деталь изменяет первоначаль­ ное направление линии визирования на угол е', величина которого зави­ сит от оптических свойств подвешенной детали.

Коэффициент компенсации, обусловленный действием оптических свойств подвешенной детали, называется оптическим коэффициентом компенсации К. Величина К зависит от вида и параметров оптической 0 детали.

Таким образом, общий коэффициент компенсации оптико-механи­ ческих компенсаторов обусловлен действием механических связей и оптических свойств деталей. Получим формулы расчета общих коэффи­ циентов компенсации для наиболее распространенных на практике слу­ чаев.

В компенсаторах с поворотом визирного луча в качестве чувстви­ тельных элементов широко используются подвешенные отражающие поверхности. В случае одного подвешенного зеркала используется свойство зеркала отклонять падающий на него луч на угол, равный двой­ ному углу падения этого луча на зеркало. При наклоне зрительной трубы на угол е зеркало отклоняется от начального положения на угол К е, м при этом визирный луч отклонится на величину е = 2K e. Таким обра­ M зом, полный коэффициент компенсации составит К = e'je = 2К. М Если подвешено одно зеркало, а другое жестко закреплено, то ис­ пользуется свойство такой системы отклонять проходящий через нее луч на величину, равную двойному углу между зеркалами. При наклоне зрительной трубы, а следовательно, и жестко закрепленного с ней зерка­ ла на угол б подвешенное зеркало отклонится на угол К е и угол меж­ м ду зеркалами составит ф= €(К -1),м при этом визирный луч отклонится на величину 2 ф = 2е (К - 1), и об­ м щий коэффициент компенсации определится формулой К= 2(* -1).

м В [35] получена формула для определения общего коэффициента компенсации для системы из п подвижных и т неподвижных зеркал, которая имеет вид К = 2(пК - т). (13.10) м Формула (13.10) справедлива для случая, когда в каждой точке сис­ темы поворот луча осуществляется либо одним отражателем, либо не­ четным числом отражений. Если же имеются точки системы, в которых поворот луча осуществляется четным числом отражений, характер изменения будет другим. В [35] приведена формула для вычисления общего коэффициента компенсации К, применимая для обоих случаев, которая имеет вид К = 2 [(пК - /я) - 2 (рК - ?)], (13.11) м м где р и q — число точек системы, в которых происходит четное отраже­ ние луча соответственно от подвижных и жестко закрепленных зеркал.

Для поворота визирного луча в практике построения нивелиров с компенсаторами применяются также подвешенные линзы. В основу таких нивелиров положено свойство линзы отклонять на угол е' лучи, падающие на нее под углом \р, причем е' определяется по формуле (рис. 143, а) б= (п- 1) ур = K yp Q и по формуле (рис. 143, б) !)/ = К $, € = (П - где п — показатель преломления подвешенной линзы.

При наклоне компенсатора на угол е линза наклонится на угол К е, при этом угол падения визирного луча на линзу составит м,р = К е-е - (* - 1)б, м м Рис. 143. Схемы линзового компенсатора 23 - B.C. Плотников и полный коэффициент компенсации определится формулой К = с'/€ = К (К - 1). (13.12) 0 м Основное уравнение компенсации для компенсаторов с отклонением визирного луча имеет также вид формулы (13.9):

/е = Se', где S — длина рычага или длина хода луча визирования от точки паде­ ния его на чувствительный элемент компенсатора до сетки нитей. Выра­ жение (13.9) позволяет производить расчет компенсаторов с отклоне­ нием визирного луча при различных условиях. Так, если значение S известно (например, у нивелиров, в которых компенсатор находится перед объективом зрительной трубы в параллельном ходе лучей, и мож­ но считать S » / и общий коэффициент компенсации должен быть равен К — — 1) из формул (13.11) или (13.12) рассчитывают величину механи­ ческого коэффициента компенсации К. м Для нивелиров, у которых компенсатор находится внутри зритель­ ной трубы, из выражений (13.9), (13.11), (13.12) можно определить по­ ложение S компенсатора относительно сетки нитей при заданном общем коэффициенте компенсации К.

В компенсаторах с параллельным смещением визирного луча в каче­ стве чувствительных элементов обычно применяют плоскопараллельные пластинки или ромб-призмы (блок плоскопараллельных зеркал). При использовании плоскопараллельной пластинки в качестве чувствительно­ го элемента компенсатора используется ее свойство при повороте на угол \р относительно луча, падающего на нее под малым углом, вызы­ вать параллельное смещение этого луча на величину h, равную п- Л = d—— tg ^ где d — толщина пластинки;

п — показатель преломления.

Рассмотрим расчет коэффициентов механической компенсации К м для наиболее распространенных видов подвески. Существует несколько видов подвески: подвеска на тонких металлических нитях, подвеска на эластичной пружине, подвеска на упругой закрученной нити или лен­ точке (торсионная подвеска), физический маятник.

Компенсаторы. Демпфирующие устройства Для получения высокой точности стабилизации визирной оси зрительной трубы необходимо, чтобы величина коэффициента механической ком­ пенсации строго соответствовала его расчетной величине. Рассмотрим расчет различного вида подвесок.

Наиболее распространенным видом подвески является подвеска на тонких металлических нитях. Существует несколько схем подвесок оптической детали компенсатора на нитях — подвеска на параллельных Рис. 144. Схемы подвесок оптической детали компенсатора на нитях нитях (рис. 144, д), подвеска на скрещивающихся нитях (рис. 144, б, в, г) и подвеска на нитях в форме трапеции (рис. 144, д, е) которые обеспе­ у чивают получение необходимых по знаку и величине коэффициентов механической компенсации К. На рис. 144 точки А и В являются точ­ м ками крепления нитей к жесткой базе ( к зрительной трубе), а точки С и D — точки крепления нитей к подвижной базе, несущей оптическую деталь. В [12] получена формула для расчета коэффициента механиче­ ской компенсации К в зависимости от геометрических размеров под­ м вески (а, Ъ, с) и положения / центра тяжести, которая имеет вид l^!f (13.13) к = + 3 4 f t V + с(а - с) +4А (а - с) причем а — АВ] с = CD\ Ъ — AD = ВС для подвески на параллельных нитях и подвески на трапеции;

Ъ = АС = DB — для подвески на скре­ щивающихся нитях;

И - расстояние между нитями АВ и DC\ h = (с - а ) I — расстояние от центра тяжести подвешенной - у.

части до основания CD (значение / положительно, если центр тяжести находится ниже основания CD, и отрицательно в противном случае).

Знак плюс в формуле (13.13) соответствует подвескам на парал­ лельных нитях и подвескам на трапеции, а знак минус — подвескам на скрещивающихся нитях.

Необходимо отметить, что формула (13.13) для вычисления коэф­ фициента механической компенсации К справедлива только в слу­ м чае, когда в точках А, В, С, D крепления нитей имеются идеальные шар­ ниры, т.е. когда не учитываются упругие свойства металлических нитей.

Однако эти свойства и поперечные размеры нитей влияют на процесс компенсации угла наклона, так к а к известно [12], что силы упругости нитей, возникающие при их изгибе, влияют на координаты (х, у) т т мгновенного центра вращения (рис. 145,а), которые при малых углах с J? с Рис. 145. Соотношения в нитяных подвесках компенсатора отклонения растягивающей силы вычисляются по формуле 1_ ГШ EI 2^ •*w ~ У т Р 4РЬ * ~ где Е - модуль упругости материала нити;

/ - момент инерции попе­ речного сечения;

Р — нагрузка на нить;

Ъ — длина нити.

При малых углах наклона нити можно считать, что в точке М (мгно­ венном центре вращения) металлическая нить работает к а к идеальный шарнир. Из рис. 145, б видно, что фактически будет работать четырех­ угольник со сторонами а', Ь\ с и высотой h \ Поэтому коэффициент механической компенсации можно вычислить по формуле (13.13), приняв в ней в качестве значений а Ъ с, h соответственно значения у у а, Ъ\ с\ h ', которые вычисляются по формулам [12]: для систем в фор­ ме трапеции (13.14) для систем со скрещивающимися нитями:

(13.15) (13.15) В формуле (13,14) знак плюс соответствует случаю, когда а с, а знак минус при а с.

Применив в качестве нитей ленточки прямоугольного сечения, мож­ но уменьшить влияние упругих свойств нитей на величину коэффици­ ента К.м Следует отметить, что по формуле (13.13) с учетом (13.14) и (13.15) можно рассчитывать параметры подвесок при заданном значении коэф­ фициента К.м Рассмотрим другой тип подвески — подвеску на эластичной пружине, которая представляет собой упругую пластинку, один конец которой жестко крепится к корпусу зрительной трубы, а на втором подвижном конце крепится оптическая деталь компенсатора. Существует два вариан­ та такой подвески: с нагрузкой верхнего конца (рис. 146, а) и нагруз­ кой нижнего конца пластинки (рис. 146,5). При наклоне зрительной трубы на угол е упругая пластинка за счет действия силы тяжести оптиче­ ской детали изогнется и отклонится от оси симметрии, при этом оптиче­ ская деталь наклонится на угол /3 относительно оси симметрии.

Полный угол наклона оптической детали относительно начального положения трубы (ее горизонтального положения) составит для рис. 146,а величину е" = е + /3 и для рис. 146, б значение е" = € — /3.

В этом случае коэффициент механической компенсации будет выражать­ ся зависимостью Км = — = 1± (13.16) причем, знак будет соответствовать первому случаю (см. рис. 146,0), а знак " —" — второму случаю (см. рис. 146, б).

Формула для вычисления К конкретной упругой подвески имеет м вид [12] (13.17) где S — расстояние от центра тяжести С нагрузки на пружину до точ­ ки О соединения пружины с оптической деталью;

Р — сила тяжести нагрузки пружины: Е — модуль упругости материала пружины;

/ — мо­ мент инерции поперечного сечения пружины.

Знак минус в формуле (13.17) относится к первому случаю, а знак плюс — к о второму.

Рис. 146. Варианты подвесок на эластичной пружине А-А / /, ш 1 X— И Рис. 147. Торсионный вид подвески По формуле (13.17) также можно рассчитывать параметры подвески при заданном значении коэффициента механической компенсации К.м Рассмотрим торсионный вид подвески — подвески на упругой закру­ ченной нити или ленточке (рис. 147, а). Оптическая часть 1 компенсато­ ра удерживается в состоянии равновесия двумя металлическими ленточ­ ками 2, J, закрученными в противоположные стороны, или металличе­ ской ленточкой или нитью 2 и бифилярной растяжкой 3. Существует два способа подвески: центр тяжести S лежит ниже оси вращения Н (рис. 147,6) и выше Я (рис. 147, в ). Не давая^подробный вывод форму­ лы для расчета коэффициента механической компенсации К торси­ м онных подвесок, приведем выражение для вычисления К [12].

м к + к* (13.18) к +к + А:, 2 в котором знак минус соответствует случаю, когда центр тяжести S лежит ниже нити, а знак плюс, когда он находится выше нити. Коэффи циент K характеризует величину момента, создаваемого массой маят­ t ника mg (т - масса м а я т н и к а, g - ускорение силы тяжести), длиной L при наклоне его за счет наклона основания маятника, и вычисляется по формуле К = mgL. (13,19) х Коэффициент К характеризует величину противодействующего крутя­ щего момента, возникающего в поперечном сечении нити круглого сече­ ния радиуса г и длиной /, причем [ 12] АЕ 0 К = ~^- (13.20) г где А — я т — площадь поперечного сечения нити;

Е — модуль упругос­ ти материала нити. Коэффициент Кг характеризует величину противодей­ ствующего момента, возникающего в бифилярной растяжке высотой h, в продольном направлении которой действует растягивающее усилие Р и вычисляется по формуле [12] // 2пЕр К =Р, + —, (13.21). ПЖ sh 4А - р V — —) в которой р — радиус поперечного сечения нитей бифилярной подвески;

/ - длина нитей бифилярной подвески, / - расстояние между точками г закрепления нитей на корпусе компенсатора, / - расстояние между точками закрепления нитей на корпусе маятника;

Е — модуль упругости материала нитей.

По формуле (13,18) можно рассчитывать параметры подвески при заданном значении А. м Наиболее простым видом подвески, применяющейся в геодезии, является физический маятник, положение которого не меняется при на­ клоне базы (зрительной трубы). Поэтому коэффициент механической компенсации К физического маятника равен нулю. На точность уста­ м новки маятника в отвесное положение влияют силы трения в опорах оси вращения маятника. Для получения высокой точности установки маятника в отвесное положение силы трения должны быть минимальны­ ми. Такому требованию удовлетворяют подвески физического маятни­ ка с опорами на центрах, с опорами на кернах, на ножевой опоре и на магнитной подвеске. В опорах на центрах рабочие поверхности цапф и втулок имеют небольшой радиус ( 0, 5 - 1 м м ), в опорах на кернах ра­ диус полированной сферической поверхности керна составляет 0,01 — 0,2 м м при радиусе опорной сферической поверхности подшипника 0, 1 - 1 м м, ножевая опора имеет малую поверхность соприкосновения ножа с опорой. Поэтому эти опоры обладают малыми моментами тре­ ния. Действие магнитной подвески основано на уравновешивании силы тяжести физического маятника силой, создаваемой магнитом или элект Рис. 148. Компенсатор с воздушным t 5 Б демпфером:

/ — корпус компенсатора;

2 - цилиндр демпфера;

3 — поршень демпфера;

4 — верхнее основание трапецеидаль­ ной подвески;

5 — оправа подвижного зеркала;

6 — зеркало;

7 — нижнее ос­ нование подвески;

8 — ленточка под­ вески, 9 — балансировочные винты ромагнитом. Конструкция различных видов опор проста и приводит­ ся в [12].

В процессе наблюдений могут возникать различные динамические нагрузки, которые нарушают равновесие чувствительного элемента ком­ пенсатора. В результате этого чувствительный элемент начинает совер­ шать колебания, что затрудняет проведение измерительных работ.

Устройства, которые применяются для успокоения собственных свободных колебаний чувствительного элемента, называются успокоите­ лями или демпферами, а сам процесс - демпфированием. Демпферы являются неотъемлемой частью компенсаторов. В геодезических прибо­ рах с маятниковым уровнем обычно в качестве успокоителей колебаний применяют воздушные поршневые демпферы или электромагнитные демпферы. Схема компенсатора с воздушным демпфером поршневого типа показана на рис, 148.

При р а с ч е т е д е м п ф е р а исходными параметрами для проекти­ рования являются: диапазон работы компенсатора с ;

порог чувстви таХ гельНости маятника б ;

время успокоения г маятника, т.е. продолжи­ усл тельность времени от начала колебаний маятника при максимальном на 4альном угле / = K * до величины отклонения ^ = K S, нач M maLX кон M :оответствующей порогу чувствительности 6 маятника.

Время успокоения маятника регламентируется по ГОСТ 10528- i не должно превышать 2 с.

Вначале определим максимальную величину А линейного переме я цения поршня. Считая, что в пределах небольших углов колебания маятника, перемещение поршня демпфера, жестко связанного с чувстви ельным элементом маятника, линейно зависит от угла поворота маят шка, максимальную величину линейного перемещения поршня Д„ /южно вычислить из выражения в котором е — расстояние центра тяжести подвижной части маятника от его мгновенного центра вращения;

/ — расстояние от центра тяжести до нижнего основания CD подвески, определяемое из формулы (13.13) при заданных параметрах а Ь, с, h подвески и коэффициенте К ;

А — у м толщина подвешенного зеркала (А 5 м м, так к а к требования к каче­ ству зеркала высокие).

Значение е можно определить из рассмотрения подобных треуголь­ ников АВМ и CDM (см. рис. 148) к а к ch е = /+ ас В процессе проектирования демпфера необходимо также рассчиты­ вать величину А зазора между его поршнем и цилиндром, значение щ которой, к а к будет показано ниже, зависит от величины коэффициента демпфирования K демпфера. Получим выражение для определения D необходимого коэффициента демпфирования. Для этого рассмотрим ре­ шение дифференциального уравнения, описывающего свободные коле­ бания маятника, которое имеет вид [17] -""°'со (о;

ч/Г^Ь-е),, _=!_= (13.22) = е 8 где ^ — начальное максимальное отклонение маятника ( р = нач нач = K a )\ * ~ текущее время;

е - сдвиг фазы колебаний (е = M m2iX Р = arctg— - — ) ;

Р — степень успокоения затухающих колебаний, Р=, где mg - сила тяжести маятника, / — момент инерции 2 V mgel маятника относительно его мгновенного центра вращения Af;

со - на­ т е чальная круговая частота колебаний ( с о = у / * ). Из уравнения (13.22) получим выражение для времени успокоения маятника в виде 1п 3 *усп = 1Г— ^ - О- ) в котором Рд - величина степени успокоения, необходимая для получе­ ния заданного времени успокоения.

Задавшись временем успокоения t из уравнения (13.23) итера­ ycn% ционным методом можно получить значения Рц. Тогда необходимый коэффициент демпфирования определится к а к K = 2Р yfmgel. (13.24) D Н Таким образом, получено выражение для определения необходимого коэффициента демпфирования при заданном времени успокоения t. ycn Получим выражение для расчета величины зазора Д между ци­ щ линдром и поршнем ( Д = Дц - Д ). щ п Для этого запишем выражение для объема воздуха Г проходя­ Щ щего через кольцевую щель длиной /, при движении поршня за едини­ цу времени, Г = *(R* -R )v, (13.25) щ n где Л - радиус цилиндра;

R - радиус поршня;

v - средняя скорость ц n движения воздушного потока в кольцевой щели.

Очевидно, что объем F будет равен изменению за единицу времени m объема воздуха F, замкнутого в цилиндре и вычисляемого к а к (счи­ таем, что Л ^ R ) ц n F= тгЛ и, (13.26) u ц где и - линейная скорость поршня.

Среднюю скорость v воздушного потока в кольцевой щели можно определить с помощью выражения [17] Д А Л v= (13.27) 12т?/, где Др — перепад давлений, создающий воздушный поток;

rj - коэф­ фициент динамической вязкости сухого воздуха (при температуре 13 15 °С, давлении 101 324, 720 Па т? « 1,7-lOT Н с / м м ).

Приравнивая выражения (13.25) и (13.26) с учетом выражения (13.27), получим R и6г/, /? 677/1 ф ц ц А (13 28) г =— * — =- ^ - 7 щ щ где ф - угловая скорость движения поршня;

L - расстояние от мгновен­ ного центра вращения до оси поршня.

Записав величину демпфирующего момента M, возникающего при D движении поршня, в виде M nR*A L = D p и считая, что демпфирующее усиление линейно зависит от скорости пор­ шня (M — Кр'ф), с учетом выражения (13.28) для Д р, получим выра­ D жение для вычисления величины зазора Д щ 61117/1JC I / ~ д,„ = R „. (13.29) Щ К,D • Расчет конкретного маятникового уровня с поршневым демпфером успокоителем приводится в [17].

Ошибки нивелиров с компенсаторами К нивелирам с компенсаторами относится то же основное условие (тре­ бование обеспечения постоянства угла / ), что и к нивелирам с уровнем.

Для этого случая через угол / обозначим угол, составленный при рабо­ чем положении прибора горизонтальной линией и частью визирной оси, расположенной между компенсатором и объективом зрительной трубы.

Постоянство угла / в заданных пределах в этих приборах обеспечива­ ется надлежащей чувствительностью компенсатора.

Чувствительность компенсатора зависит от многих факторов и опре­ деляется в основном качеством изготовления деталей компенсатора и их сборки и качеством изготовления системы подвески. Чувствитель­ ность компенсатора определяется ошибкой самоустановки т, которая с зависит от типа компенсатора (ошибка самоустановки задана ГОСТ;

для нивелира типа Н-0,5К т 0,2"). Ошибка самоустановки компен­ с сатора определяется в основном явлением гистерезиса упругих матери­ алов подвески [35].

Величина гистерезиса упругих материалов, изготавливаемых про­ мышленностью, составляет примерно Д = 0,05% [17]. Если считать, г что диапазон действия компенсатора находится в пределах ± 1 0 ', с уче­ том указанного гистерезиса порог чувствительности системы подвески составит б = 0,05 %• 10'-60" = 0,3". Эта величина должна быть согласо­ вана с ошибкой наведения при отсчете в высокоточных нивелирах, кото­ рая должна быть того же порядка, что и чувствительность компенсатора.

Так, наименьшая величина е смещения нити, видимая в трубу, опре­ деляется формулой где Р — предел разрешения глаза, зависящий от метода отсчитывания;

г Г - видимое увеличение зрительной трубы. Выше было принято при от­ считывании долей делений рейки на глаз Р = 6G", а при использовании г оптического микрометра Р = 1 0 - 1 5 ". Д л я этих значений Р получим:

т г tt 6 X для нивелира Г = 30 без микрометра е = — ~ ^ 1,2 ;

для ниве V 3 • х лира с Г = 5 0 и с оптическим микрометром е = 0,2". Для высокоточ­ ных нивелиров для расчета принимают е = 0,2".

На точность измерения превышений на станции влияют три основные, ошибка компенсации т ошибки: визирования т и ошибка деле­ к виз ний шкал реек т. Поэтому ошибку tn^ превышения на станции H р можно вычислить по формуле Рис. 149. Схема ошибки измерения Если принять влияние всех ошибок одинаковым, то значение каждой из составляющих ошибок можно вычислить по формуле ttis — т Рассмотрим ошибку компенсации, которая также является комп­ лексной. Известно, что для грубой установки нивелира с компенсатором в рабочее положение используют круглый уровень. При этом оптическая ось объектива зрительной трубы занимает наклонное положение, а ком­ пенсатор устанавливает визирную линию в горизонтальное положение.

Предположим, что при установке нивелира по круглому уровню ось вращения прибора заняла положение MP (рис. 149), при этом по­ явился угол е наклона зрительной трубы. Считая, что ошибки в ком­ пенсаторе отсутствуют, луч визирования после прохождения им опти­ ческой системы проходит через центр объектива горизонтально (через точку О в направлении ГО при визировании на заднюю рейку и через г точку 0\ в направлении Г0 при визировании на переднюю рейку).

При этом за счет изменения горизонта появится ошибка превышения Ah на станции, равная 21 sin € cos А Ah =, (13.30) ;

Р где / = DP - расстояние от задней главной точки объектива до верти­ кальной оси вращения нивелира;

е - угол наклона вертикальной оси;

А — угол, составленный плоскостью наклона вертикальной оси с плос­ костью визирования.

Для уменьшения этой ошибки необходимо уменьшать значение /, т.е. совмещать заднюю главную точку объектива с осью вращения при­ бора. При наклоне перископической трубы с компенсатором внутри тру­ бы на угол е появляется аналогичная ошибка Ah, которую можно вы­ числить по формуле (13.30), приняв в ней в качестве / расстояние от главной точки объектива до верхнего поворотного зеркала по ходу глав­ ного луча при строго вертикальном положении прибора (см, рис. 142, б).

Ошибка изменения горизонта за счет наклона вертикальной оси яв­ ляется одной из составляющих ошибки компенсации. Второй составля­ ющей ошибки компенсации является ошибка от пере ф о к у с и р о в к и зрительной трубы. Она возникает из-за изменения фокусного расстояния объектива при наведении зрительной трубы с внутренней фокусировкой на точку объекта и из-за перемещения сетки нитей для труб с внешней фокусировкой. В обоих случаях не удовлетворяется основное уравне­ ние компенсации ( / е = e's), так к а к оно справедливо лишь при постоян­ ных / и 5. Поэтому после юстировки компенсатора при фокусировке зрительной трубы на другие расстояния визирная линия станет наклон­ ной, в связи с чем возникает ошибка нивелирования на станции.

Можно показать [12], что ошибка от перефокусировки вычисляется по формуле Р из которой следует, что для исключения этой ошибки необходимо при­ менять такие зрительные трубы, у которых фокусное расстояние объ­ ектива существенно не изменяется при изменении расстояний визирова­ ния (например, в нивелире N i l фирмы "Оптон", ФРГ) (рис. 150).

Кроме того, возможно изменять s вместе с изменением / (расстоя­ ния от задней главной точки объектива до изображения рейки), что име­ ет место в нивелире 5190, где фокусировка осуществляется перемеще­ нием объектива (см. рис. 1 4 2, а ). Располагая компенсатор 1 в параллель­ ном пучке лучей перед объективом 2, в оправе 3 можно также исклю­ чить влияние этой ошибки, так к а к в расчетные формулы таких компен­ саторов величина / не входит, вследствие чего перефокусировка зритель­ ной трубы не влияет на результаты нивелирования (нивелир N i D l, ВНР, рис. 151). Важным преимуществом этой схемы является то, что компен­ сатор в параллельном ходе может быть изготовлен в виде насадки к существующим уровенным нивелирам.

Приданием компенсатору функций фокусирующего устройства, чем обеспечивается равенство отношения углов е'/е и отношение //5, можно также исключить ошибки за счет перефокусировки зрительной трубы. Такой компенсатор применен в нивелирах Ni002 фирмы "К, Цейсе", ГДР (рис. 152), НС2 (ЦНИИГАиК) (рис. 153) и др.

Третьей составляющей ошибки компенсации является ошибка от смещения оптической детали компенсатора. При наклоне зрительной трубы нивелира смещается точка падения главного луча на подвешенную оптическую деталь компенсатора, в результате чего изменяется длина хода визирного луча от точки отражения компенсатора до сетки нитей, т.е. меняется длина s рычага маятника, что приводит к невыполнению основного условия компенсации ( / е = se') и в отсчете появляется ошиб­ ка. Если в качестве компенсатора применяется зеркальный компенсатор 12 3 7 в 3 tO 12 1J Рис. 150. Схема нивелира Nil фирмы "Оптои" (ФРГ):

i 1 — защитное стекло;

^ — плоскопараллельная плас­ тинка;

3 — призма;

4 — объектив отсчетного мик­ роскопа;

5, 0, 7 — объектив;

5 — призма;

9 — приз­ ма-компенсатор;

70 — сетка, 11 — окуляр;

12 демпфер, 13 — нити подвески Рис. 151. Схема нивелира NiDl (ВНР) — Рис. 152. Схема нивелира Ni002 фирмы "К. Цейсе" (ГДР) Рис. 153. Схема нивелира НС2 (ЦНИИГАиК):

1 — защитное стекло;

2 — пластинка микрометра;

3 4 — объектив;

5 — призма;

t б — сетка;

7 — зеркало;

8 — 13 — объективы;

9 - окуляр;

10 — демпфер;

11, 12 — призмы компенсатора;

14 — призма с простым маятником, для устранения этой ошибки необходимо уста­ новить зеркало компенсатора 1 по вертикали, а сетку нитей 3 совмес­ тить с главной точкой объектива 2 зрительной трубы. Это осуществлено в конструкции нивелира Ni002 (см. рис. 152). Нивелир Ni002 подроб­ но описан в [13].

Наконец, четвертой составляющей ошибки компенсации является ошибка самоустановки компенсатора, которая была рассмотрена выше.


На основании анализа рассмотренных ошибок компенсации можно сделать вывод об оптимальной конструкции нивелира с компенсатором:

оптимальной является такая конструкция, в которой главные точки объ­ ектива и центр перекрестия нитей сетки сближены между собой и одно­ временно совмещены с осью вращения прибора;

фокусировка на визи­ руемое расстояние должна осуществляться чувствительным элементом компенсатора;

зрительная труба должна давать прямое изображение.

Наиболее близки к оптимальному решению конструкции нивелиры типа NC2, Ni002 и N i l. Схемы нивепиров описаны в геодезической литературе [12, 35]. Следует отметить, что устройство нивелира Ni значительно сложнее двух других, тогда к а к полевые испытания пока­ зали примерно одинаковые эксплуатационные характеристики всех трех приборов [35]. Кроме того, в нивелире Ni002 совмещена задняя главная точка с сеткой нитей, но их положение не совпадает с осью вра­ щения, поэтому в конструкции применяется специальный микрометр для исключения ошибки за наклон вертикальной оси. В нивелире N i l полное условие совмещения указанных выше плоскостей и оси враще­ ния не выполняется, однако эл счет практически неизменного значения фокусного расстояния при перефокусировках главное уравнение ком­ пенсации сохраняется.

§ 78. Зрительные трубы прямого изображения в нивелирах Для повышения производительности и удобства измерений в последнее время в геодезических приборах все чаще применяют трубы прямого изображения. Для нивелиров это имеет особенно важное значение. По­ скольку в зрительной трубе обязательным элементом является фоку­ сирующий элемент, принципиальное построение труб прямого изобра­ жения производят с учетом этого обстоятельства. Как для оборачива­ ния изображения, так и для фокусирования в зрительных трубах могут быть применены линзовые либо призменные элементы. Поэтому воз­ можны следующие очевидные сочетания схем зрительных труб прямого изображения.

1. Линзовая оборачивающая система и линзовая фокусировка.

2. Линзовая оборачивающая система и призменная фокусировка.

3. Призменная оборачивающая система и линзовая фокусировка.

4. Призменная оборачивающая система и призменная фокусировка.

Из призменных оборачивающих систем применяют прямоугольную приэму с крышей, пентапризму с крышей, систему призм Малафеева— Порро I и II рода и др.

Применение призменной оборачивающей системы позволяет умень­ шить длину трубы, использовать одну из призм в качестве компенса­ тора наклона и фокусирующего элемента.

Однако по сравнению с линзовыми призменные оборачивающие системы обладают недостатками, выражающимися в увеличении массы прибора, усложнении конструкции и снижении ее технологичности, уменьшении коэффициента пропускания.

Исходя из указанных преимуществ и недостатков, призменные оборачивающие системы целесообразно применять в нивелирах с ком­ пенсаторами, причем оптимальным вариантом для этого случая являет­ ся использование в качестве фокусирующего элемента призмы (или зеркала) компенсатора, так к а к это позволяет исключить колебание визирной линии. При этом, если призму компенсатора расположить от сетки на расстоянии, равном / ' / 2, то изменение коэффициента компен­ сации будет исключено. Так выполнены, например, схемы нивелиров НС2, Ni002 (см. рис. 152, 153), " Т о к а - А у т о - Л е в л " (Япония). В послед­ нем компенсатором и фокусирующим элементом служит одна из призм призменной системы Малафеева—Порро I рода. Для нивелиров с уров­ нем оптимальным является применение линзовой оборачивающей систе м ы и линзового фокусирующего элемента, так к а к применение призмен ной фокусировки сопряжено с очень высокими требованиями к точности изготовления направляющих (доли м к м ) и появляется лишний элемент.

С целью уменьшения числа линз фокусирующим элементом может слу­ жить либо компонент объектива, либо один из компонентов оборачи­ вающей системы.

Г л а в а ТАХЕОМЕТРЫ. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ § 79. Тахеометры. Общие сведения Тахеометры предназначены для топографической съемки. Поэтому они должны иметь приспособления, при помощи которых можно определить направление на точку визирования, расстояние до нее от точки стояния прибора и превышение одной точки над другой. При тахеометрической съемке положение снимаемого пункта определяется полярными коор­ динатами с началом координат в точке стояния прибора. По конструкции эти приборы могут иметь вид теодолита или буссоли, снабженных спе­ циальными устройствами для измерения расстояний. Вплотную к классу тахеометров примыкают кипрегели, принципы построения которых не отличаются от принципов построения тахеометров, однако они допол­ нительно снабжаются специальными приспособлениями, позволяющими непосредственно наносить координаты и высоты точек на план или карту в процессе съемки.

Тахеометры принято подразделять на несколько видов по прин­ ципу измерения расстояний и превышений, В СССР в соответствии с ГОСТ 10812-82 разрешены к выпуску следующие виды тахеометров:

с авторедуцирующими дальномерами двойного изображения, внутри базные, номограммные и электронные.

В тахеометрах перечисленных видов предполагается полная или частичная автоматизация определения горизонтальных проложений и превышений.

Большая часть приборов для тахеометрической съемки рассчитана на применение вертикальной дальномерной рейки;

такие приборы име­ ют более простую конструкцию, дают возможность быстро, удобно и производительно выполнять съемку местности С точностью, достаточной для составления инженерно-строительной документации, проектных работ и топографических карт. Для получения более высокой точности создаются прецизионные тахеометры, рассчитанные на работу с горизон­ тальной рейкой.

Из применяемых до настоящего времени тахеометров, позволя­ ющих автоматически получать горизонтальные проложения и превыше­ ния точек, первыми появились номограммные тахеометры.

24 - B.C. Плотников § 80. Номограммные тахеометры Номограммными тахеометрами принято называть приборы, в поле зре­ ния зрительных труб которых вводятся специальные номограммы, содержащие набор кривых, рассчитанных соответствующим образом, по которым, к а к по дальномерным штрихам, берут отсчеты по рейке, дающие непосредственно величины горизонтального проложения и пре­ вышения. Это достигается тем, что при наклоне зрительной трубы изоб­ ражение номограммы в поле зрения перемещается и расстояние между кривыми вдоль вертикального штриха сетки изменяется в соответствии с формулами редуцирования:

S = S ' c o s a = A7cos a;

(14Л) h = SXga = ~Kl sin 2a, (14.2) где S' - наклонное расстояние;

S - горизонтальное проложение;

a угол наклона визирной оси;

К — коэффициент дальномера;

/ — отрезок рейки, видимый между дальномерными нитями.

Обычно в поле зрения прибора имеется начальная кривая, чаще всего окружность, которой пользуются к а к одним из дальномерных штрихов и при измерении горизонтальных проложений, и при измере­ нии превышений;

в качестве второго дальномерного штриха в первом случае используют так называемую кривую расстояний, а во втором слу­ чае — кривую превышений.

Обозначим расстояния между начальной кривой и кривыми рассто­ яний и превышений через p и p соответственно и получим формулы s h зависимости их от угла наклона линии визирования. Из рис. 154 видно, что наклонное расстояние S' может быть определено из параллактиче­ ского треугольника TMN через параллактический угол у, угол наклона а Отсюда, используя формулы (14.1) и (14.2), получим выра­ жения для горизонтального про­ ложения и превышения:

cos (а + у) cos а S=l—- ;

sin cos (a + у) sin a h =l • sin у Рис. 154. Схема измерения горизонталь- Преобразуя полученные фор ного проложения и превышения мулы и учитывая, что возможно визирование не только вверх, но и вниз, получим окончательно [6] S = cos a(ctgy ± tga)/ = K l\ (143) x h = -Y-sin2a(ctgy ± tga)/ = K l, (14.4) где Кi и K - коэффициенты дальномера соответственно для измерения горизонтальных проложений и превышений. Поскольку в нитяном даль­ номере ctg7 = J QIP, где / ф - эквивалентное фокусное расстояние Q б объектива, а р — расстояние между далъномерными штрихами, расстоя­ ния р и p можно выразить формулами $ h cos а /об * р=—— (14.5) К i i sin a cos a и sin /o = Ph ;

— • (И.6) h 2(K ± sin a) Здесь знак берется для визирования вверх, а знак — для визирования вниз.

Номограммные кривые наносят обычно на стеклянную пластинку линиями толщиной около 5 м к м. В простейшем случае необходимо иметь три кривые: начальную кривую 7, кривую расстояний 2 и кривую превышений 3 (рис. 155). Однако часто наносят несколько кривых превышений, а иногда и расстояний с различными значениями коэффи­ циентов.

Номограммные тахеометры различаются прежде всего по способу совмещения изображений рейки и номограммы.

В тахеометрах системы Гаммера—Феннеля номограмма наносилась на стеклянную пластинку, установленную неподвижно так, чтобы ее на­ чальная кривая, имеющая форму дуги окружности (рис. 156), распола­ галась концентрично горизонтальной оси вращения трубы. Изображение номограммы передавалось в фокальную плоскость с помощью призмы, закрывающей половину поля зрения. Это вызывало уменьшение яркости изображения рейки и, кроме того, затрудняло отсчитывание, так к а к изображения кривых не пересекали изображения рейки, к а к обычные дальномерные штрихи, а только подходили своими концами к этому изображению.

Этот недостаток был устранен в тахеометрах Дальта (тахеометр автомат Даля), выпускаемых народным предприятием *'Карл Цейсе" (ГДР). В этих приборах номограмма также наносится на стеклянный круг, соосный с горизонтальной осью вращения трубы, однако световой поток, прошедший объектив зрительной трубы, с помощью специальной призменной системы пропускается через зту номограмму, и в окуляр рассматриваются наложенные изображения рейки и кривых номограм Рис. 156. Номограмма тахеометра системы Рис. 155. Пример выполнения но­ Гаммера- Феннеля мограммы мы. В первых моделях тахеометра имелись ошибки из-за параллакса, поскольку изображения рейки, номограммы и сетка находились в раз­ личных плоскостях. Кроме того, конструкция окуляра была излишне сложной, что вызывалось необходимостью обеспечить достаточно боль­ шой передний отрезок от первой линзы окуляра до сетки.


Указанные недостатки устранены в последующих модификациях (Дальта 020, Дальта 010, Дальта 01 OA, Дальта 010В).

Рассмотрим подробнее конструкцию тахеометра Дальта 010, явля­ ющуюся одной из наиболее удачных среди номограммных тахеометров.

Оптическая схема трубы прибора приведена на рис. 157, Объектив 7, фокусирующая линза 2 и призменная оборачивающая система J, пред­ ставляющая собой видоизмененную систему Порро I I рода, строят в плоскости номограммы 4 изображение рейки, повернутое на 9 0 °, т.е.

параллельное радиусу круга с номограммой. Далее совмещенное изобра­ жение рейки и кривых номограммы коллективом 5 и объективом 7 че­ рез призмы 6 и 8 строится в плоскости сетки 9, причем в окуляр наблюдатель видит прямое изображение рейки. Таким образом, опти­ ческая система зрительной трубы имеет две плоскости изображения, что позволяет устранить параллакс. Номограмма тахеометра Дальта имеет несколько кривых превышений с различными коэффициентами для различных углов наклона:

К 10 20 50 а 0-7°12' 5°24'-10°48' 10°48'-26°б' 26°б'-42°б' Поле зрения тахеометра Дальта 010 показано на рис. 158.

Наклонное положение кривых в поле зрения номограммных тахе­ ометров приводит к снижению точности отсчитывания по рейке, поэто­ му в ряде конструкций предпринимались меры к уменьшению наклона кривых. Так, в тахеометре RDS фирмы "Вильд", оптическая схема ко­ торого в принципе аналогична оптической схеме тахеометра Дальта 010, круг с номограммой имеет возможность вращаться вокруг горизонталь­ ной оси прибора. При наклоне трубы круг с номограммой приводится в движение специальной зубчатой передачей, обеспечивающей его раз Рис. 157. Оптическая схема тахеометра Дальта Рис. 158. Поле зрения тахеометра Даль- Рис. 159. Номограмма тахеометра RDS та ворот относительно зрительной трубы на величину, в четыре раза боль­ шую ее наклона.

При этом кривые, рассчитанные на изменение наклона в пределах ± 4 5 °, растягиваются на всю окружность и при длине окружности поряд­ ка 300 м м становятся довольно пологими (рис. 159).

Схема зубчатой передачи тахеометра RDS, приводящей в движение диск с номограммой, показана на рис. 160. Зубчатый венец 1 жестко соединен со зрительной трубой и поворачивается при ее наклоне на угол а, шестерни 2,2' и 3 установлены на осях, закрепленных в корпусе тахеометра, причем шестерня 3 жестко связана с оправой номограммно го круга. Шестерни 2, 2 ' и J имеют одинаковое количество зубьев, а зуб­ чатый венец имеет количество зубьев в три раза большее. Таким обра­ зом, при вращении трубы центральная шестерня 3 вращается в направ­ лении, противоположном этому повороту, с угловой скоростью в три ра­ за большей coj = —3 со 1.

Венгерское предприятие MOM также выпускает тахеометр Ta-Dl с круговой номограммой, приво­ димой в движение зубчатой пере­ дачей. Однако в этой конструкции наибольшее внимание было уде­ лено технологичности изготовле­ — ния номограмм. При наклоне 2 • трубы номограммный диск вра­ щается с той же угловой ско­ ростью, но в противоположном Рис. 160. Схема зубчатой передачи тахе­ направлении. В этом случае ометра кривые расстояний и превышений приобретают форму дуг окружностей с различными центрами, что суще­ ственно упрощает их нанесение. Достоинством прибора является также то, что благодаря повороту круга с номограммой на угол 2 а можно про­ изводить тахеометрическую съемку и при втором положении зрительной трубы с той же кривой.

Кроме размещения номограммы на стеклянном круге, соосном с горизонтальной осью вращения зрительной трубы, возможно и другое конструктивное решение, позволяющее совместить изображения рейки и номограммы, оставляя при этом поле зрения открытым. В редукци­ м онном тахеометре DKR фирмы К е р н " нанесенная на небольшом стек­ лянном круге номограмма была расположена в плоскости изображения объектива зрительной трубы эксцентрично и перпендикулярно к визир­ ной оси. При наклоне трубы диск поворачивается с помощью кониче­ ской зубчатой передачи на угол, вчетверо больший величины наклона.

Как показала практика, точность номограммных тахеометров не­ сколько ниже, чем точность нитяных дальномеров с аналогичными пара­ метрами. Это вызвано увеличением погрешности отсчитывания по на­ клонным штрихам по сравнению с горизонтальными.

Оценим степень влияния составляющих погрешностей на конеч­ ный результат измерения превышения номограммным тахеометром.

Из формулы (14.6) имеем sin 2 а /об 2P h При небольших углах вторым членом выражения можно пренебречь по сравнению с первым, и тогда получим sin 2а 'об К, = 2Р„ откуда ' о б sin 2 а h= (14.7) Найдем среднюю квадратическую ошибку измерения превышения как функцию составляющих ошибок sin /об ' / о б • sin 2 а 2 а 2 /• sin 2а + ) (14.8) где /Яр^ ~ средняя квадратическая ошибка нанесения номограммной кривой;

mi — средняя квадратическая ошибка определения отрезка рейки;

- средняя квадратическая ошибка определения фокусного расстояния объектива.

Преобразуем формулу (14.8) к виду Kl K2I 2 (14.9) или l=K\[{—-)ml +ml (—-t fm}].

+ g y h f o 'об Вычислим по полученной формуле среднюю квадратическую ошибку определения превышения номограммным тахеометром со следующими х параметрами: f' § = 250 м м, Г = 2 5, К = 20.

a Ошибка определения отрезка рейки может быть вычислена по фор­ муле т. ~^nrS, (14.10) 31р где Р — предел разрешения глаза, который для отсчитывания по наклон­ г ным штрихам можно принять в два раза худшим, чем по прямым, и рав­ ным 120", тогда для нашего случая m = 1,1310~ 5\ l Среднюю квадратическую ошибку расстояния между кривыми из-за ошибочного их нанесения примем равной 5 м к м, а ошибку определения фокусного расстояния равной 0,25 м м. При ошибке т ^ = 5 м к м р ошибка нанесения будет около т г = т : \fl « 3 м к м. п Ошибка, вносимая неточностью определения фокусного расстояния, зависит от величины параллактического угла, которая в номограммном тахеометре изменяется в зависимости от наклона линии визирования.

Для а = 10° при К = 20 из формулы (14.4) имеем tg у « 8,5 1 0 ', 10 2 тогда т\ = 3960- 1 ( Г - 5 ;

m = 6,3• 10~ S\ h Для S = 150 м получим m « 9 см. Этот результат довольно хоро­ h шо согласуется с получаемой на практике точностью измерений [ 7 ].

Принципы построения номограммных кипрегелей в основном аналогичны. Устройство кипрегелей КН и КА-2 описано в литературе по геодезии и геодезическому инструментоведению [13].

§ 81. Тахеометры с авторедуцирующими дальномерами двойного изображения Принцип действия авторедуцирующих дальномеров двойного изобра­ жения основан на изменении параллактического угла с помощью клино­ вого компенсатора по определенному закону в зависимости от угла на­ клона визирной линии.

Если два оптических клина с одинаковыми преломляющими углами поместить один за другим на пути пучка света так, чтобы их главные се­ чения совпадали, а вершины были направлены в одну сторону (рис. 161), угол отклонения луча у составит 26, где 6 — угол отклонения луча од­ ним клином. Если теперь повернуть оба клина в плоскости, перпендику­ лярной к падающему лучу, на один и тот же угол а, но в разные стороны, то угол у будет изменяться по закону 7 = 26 cos а или (14.11) у = 26 (и - 1) cos а, где в — преломляющий угол клина, a w - показатель преломления стекла клина. Если такую пару клиньев поместить так, чтобы она эакры в в Рис. 161. Схема клинового компенсатора Рис. 162. Оптическая схема тахеометра Редта Рис. 163. Схема зубчатой пере­ дачи тахеометра Редта 8 Рис. 164. Оптическая схема тахеометра ТД вала половину объектива зрительной трубы дальномера, а механизм вращения клиньев связать кинематически с осью вращения трубы, то получим дальномер двойного изображения с параллактическим углом, изменяющимся пропорционально косинусу угла наклона трубы прибора, а так к а к наклонное расстояние S' и горизонтальное проложение S свя­ заны формулой S = S' cos а, то такой дальномер пригоден для авторедуцирования горизонтальных проложений.

Одним из приборов, основанных на этом принципе, является редук­ ционный тахеометр Редта 002 Народного предприятия "Карл Цейсе" (ГДР).

Оптическая схема зрительной трубы прибора изображена на рис. 162, а схема зубчатой передачи, приводящей во вращение клинья компенса­ тора, на рис. 163. Зубчатые колеса Z и Z являются венцами, закреп­ 5 ленными на оправах оптических клиньев, которые вращаются в специ­ альных насыпных шарикоподшипниках. Зубчатое колесо Z связано x с алидадой вертикального круга. Передаточное отношение передачи Z Z._ %\ 2 4 ^ Z Z Z 2 3 Подпружиненная шестерня Z введена для уменьшения мертвого хода.

При горизонтальном положении визирной оси трубы плоскости главных сечений обоих клиньев также горизонтальны, а угол откло­ нения максимален. При наклоне трубы на угол а угол отклонения будет уменьшаться пропорционально cos а.

Оптическая схема трубы тахеометра (см. рис. 162) включает также ромбическую призму 4 для формирования второго изображения, объ­ ектив 7, клинья 2 и 2 ', компенсирующий клин 3, фокусирующую лин­ з у / и разделительное устройство, включающее бипризму 8 и диафраг­ му 9, расположенную вблизи изображения входного зрачка коллекти­ вом, образующим один компонент с бипризмой.

Дополнительный объектив 10 с увеличением J « 0,7 изображает разделительную грань в плоскости полевой диафрагмы 11, которая рассматривается в о к у л я р 12.

Для работы с тахеометром применяется горизонтальная рейка с нониусом, позволяющим отсчитывать доли деления рейки. Кроме того, предусмотрена возможность отсчета долей делений нониуса с по­ мощью оптического микрометра, измерительным элементом которого является ромбическая призма 4, установленная перед верхней частью объектива. Поворачивая призму с помощью специальной головки 5, можно осуществить смещение визирного луча на величину, равную цене деления нониуса рейки. Отсчет на шкале, нанесенной на головку 5, производится с помощью лупы 6.

К недостаткам описанной конструкции можно отнести высокие требования к изготовлению зубчатой передачи.

Погрешность поворота оптических клиньев связана с погрешностью в параллактическом угле зависимостью Ау = —6 sine-Да;

при этом AS А7 _ у S' • Отсюда получим зависимость допустимой ошибки зубчатой передачи от требуемой величины относительной ошибки измерения расстояния AS Аа = — — pctga. (14.12) Для а = 45° и относительной ошибки в расстоянии 1:10 ООО полу­ чим Аа = 0,3', что является очень жестким требованием.

Редукционный тахеометр двойного изображения, не имеющий зубча­ той передачи, был разработан в СССР и выпускается под маркой ТД (до 1975 г. выпускался под маркой Т П ). Работа тахеометра основана на принципе, предложенном А.И. Захаровым. Оптическая схема прибора изображена на рис. 164. Изменение параллактического угла осуществля ется путем двукратного пропускания половины светового пучка, иду­ щего от рейки, через клинья 3, выполненные в виде колец, центры ко­ торых совмещены с горизонтальной осью вращения трубы. Клинья закреплены в единой оправе, связанной с корпусом прибора, и остаются неподвижными при наклоне зрительной трубы. Таким образом, при раз­ личных углах наклона трубы световой пучок, проходящий через защит­ ное стекло 7, призмы 2, 4 и 5, отклоняется различными сечениями клиньев, причем угол отклонения изменяется по закону 5 = б cos а, где 5 - угол отклонения пучка в главных сечениях. Это позволяет осуществлять непосредственное измерение горизонтальных проложений по горизонтальной рейке.

Устройство может работать и к а к высотомер. Для этого предусмот­ рена возможность поворота оправы с клиньями на 9 0 °. Тогда 5 = 6 sin а.

Точные измерения S и h достигаются применением нониуса на рей­ ке. Кроме того, тахеометр снабжен оптическим микрометром, главным элементом которого является телескопическая полулинза б, перекрыва­ ющая часть светового потока, которая не проходит через оптические клинья. Телескопическая полулинза создает добавочное увеличение 110/111. В остальном устройство зрительной трубы тахеометра ТД аналогично устройству других приборов двойного изображения (см.

гл. 10). Она содержит объектив 7, фокусирующую линзу 8, бипризму 9, окуляр 10 и щелевую диафрагму 11 (см. рис. 164).

Редукционные тахеометры двойного изображения предназначены для измерения расстояний с относительной средней квадратической ошибкой порядка 1:5000 и превышений с ошибкой 3,..., 4 см на 100 м расстояния.

§ 82. Электронные тахеометры Появление высокоточных датчиков " у г о л - к о д ", высокоточных и надеж­ ных светодальномеров, а также бурное развитие микропроцессорной техники сделало возможным создание электронных тахеометров.

В разработке электронных тахеометров можно выделить два основ­ ных направления: 1) оснащение серийно выпускаемых кодовых теодо­ литов светодальномером и малогабаритным вычислителем;

2) разра­ ботка приборов, в которых дальномерная и угломерная системы состав­ ляют единое целое, а вычислительное устройство размещается в самом приборе или подключается извне.

Вычислители электронных тахеометров, которые осуществляют управление измерительным процессом, регистрацию данных, вычисле­ ние геометрических и метеорологических поправок, преобразование результатов измерений в искомые величины (горизонтальное проложе Авторейнджер Полевой вычислитель^ 1 Г" Функцио­ Наклонное Накопи­ Индика­ Индика­ нальный пе расстоя­ тель тор тор реключатель ние Микропроцессорная система Микропроцессор I клавиатура ввода Вектрон данных вертикаль­ ный iL угол Горизон- Индика­ тальный М Микропро- Н тор угол ТУагнито^ цессорная система Автомата-] Печатаю­ Многопоэици ческий вер щее уст- » Г* очный тикаль переключа­ I ныйиндеке уройшво J \данных | тель Рис. 165. Функциональная схема тахеометра "Вектрон-Авторейнджер" ^Отсчетно-конт­ Измеритель­ рольный блок ный блок Наклонное Вертикаль Пульт управ­ расстоя ный ления ние угол Горизон­ Вычисли­ Клавиатура тальный тель ввода угол Вычисли­ данных тель Автомати­ Ленточный Индикатор­ ческий вер­ перфоратор ный тикальный бпок индекс I II I Рис. 166. Функциональная схема геодиметра ние, превышение и т.д.), представляют собой довольно сложные микро­ процессорные системы. Это позволяет максимально автоматизировать измерительный процесс и получать искомые величины в виде, удобном для дальнейшего использования [ 10 ].

Рассмотрим подробнее некоторые известные приборы, представля­ ющие оба направления в разработке электронных тахеометров.

К первой группе приборов можно отнести тахеометр, созданный на базе цифрового теодолита "Вектрон" и малого дальномера "Авторейнд­ жер" (США). Функциональная схема тахеометра приведена на рис. [10]. Измеренные и вычисленные величины выводятся на индикаторные Тахимат ТС Индикатор­ Наклонное Вертикалью ный блок расстоя­ ние угол Индикатор­ ный блок Горизон­ тальный угол Клавиату­ Ми про ЭВМ ра ввода Кассетный данных Автомати­ магнито ческий вер­ Клавиату­ (рон тикальный ра ввода данных индекс Рис. 167. Функциональная схема тахеометра 'Тахимат ТС Г устройства или регистрируются на магнитную или бумажную ленту.

Ко второй группе следует отнести геодиметр 710 фирмы АГА (Шве­ ция), который состоит из измерительного блока в виде теодолита и от­ дельно располагаемых вычислителя с отсчетными и контрольными бло­ ками и ленточного перфоратора 'Теодэт 700". В измерительном блоке полностью смонтированы светодальномер с его электронными схемами, системы отсчитывания углов, а также часть вычислителя. Функциональ­ ная схема прибора приведена на рис. 166 [10]. В дальномере тахеометра в качестве источника света применен гелий-неоновый лазер, расходи­ мость пучка которого может изменяться в пределах 0,2-10 м на 1 к м.

Дальномер оборудован автоматической системой регулировки интенсив­ ности излучения, благодаря чему сигнал, принимаемый приемной систе­ мой, всегда имеет постоянную амплитуду.

Модулятор дальномера построен на базе ячейки Керра. Результаты аналоговых фазовых измерений преобразуются в цифровую форму.

Для измерения вертикальных и горизонтальных углов в геодиметре применяются муаровые датчики с электронной интерполяцией. Разреше­ ние датчиков составляет для вертикального круга 2,5 мгон, для гори­ зонтального - 0,5 мгон.

В приборе предусмотрено обеспечение следующих режимов работы:

в качестве теодолита, когда индицируются горизонтальный и вертикаль­ ный углы;

в качестве прибора для измерения превышений, когда инди­ цируются горизонтальный угол и превышение;

в качестве разбивочного прибора, когда индицируются горизонтальное расстояние и горизонталь­ ный угол;

в качестве дальномера, когда индицируется вертикальный угол и наклонное расстояние.

В приборе "Тахимат Т С 1 " фирмы "Вильд" (Швейцария) измери­ тельная система и элементы управления объединены в один прибор.

Функциональная схема прибора приведена на рис. 167 [10]. Отличитель­ ной особенностью "Тахимата ТС Г ' является то, что управление измери­ тельным процессом осуществляется микроЭВМ, которая контролирует также обеспечение точности измерений в заданных пределах.

Условно можно отнести к классу электронных тахеометров также приборы, в которых сохранено визуальное отсчитывание по кругам, а измерение дальности и вычислительные операции автоматизированы.

Такие приборы строятся, к а к правило, на базе обычных оптических тео­ долитов. К этому типу приборов относятся, например, тахеометр ТА5, разработанный в СССР на базе теодолита 2Т5К и светодальномера ЗСМ ( " Б л е с к " ), и тахеометр EOT 2000 Народного предприятия "Карл Цейсе" (ГДР) на базе оптического теодолита Тео 01 OA.

§ 83. Топопривязчики Принцип работы топопривязчика сводится к непрерывному интеграль­ ному решению прямой геодезической задачи в плоских прямоугольных координатах. Обычно автоматический топопривязчик устанавливается на подвижном основании, которым может быть автомобиль или другое транспортное средство. В этом случае определяемыми величинами, которые служат исходными данными для вычисления координат, явля­ ются величина проходимого автомашиной пути и дирекционные углы бесконечно малых отрезков траектории ее движения. Длина пути опреде­ ляется специальным датчиком, связанным с передними колесами авто­ машины. Дирекционный угол курса движения топопривязчика опреде­ ляется с помощью гироскопического устройства.

Сигналы с датчиков пути и дирекционного угла поступают в счетно решающий прибор, называемый курсопрокладчиком, который опреде ten А % О Рис. 168. Схема вычисления координат точек маршрута ляет координаты местоположения топопривязчика в каждый момент времени. Одновременно маршрут движения машины может вычерчи­ ваться на топографической карте или плане при помощи специального устройства.

Вычисление координат точек маршрута осуществляется по форму­ лам:

п х =х + 3S coso^;

(14.13) в л i у =у +|65 sina (14.14) в А f /f где JC4 и уд — координаты начальной точки маршрута (рис. 168);

Х и В Ув ~~ координаты конечной точки маршрута;

65/ — элементар­ ные отрезки пути, пройденного топопривязчиком;

а,- — дирекционные углы этих отрезков пути.

Функциональная схема топопривязчика изображена на рис. 169:

1 — множительный механизм координаты х;



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.