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 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |

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

-- [ Страница 9 ] --

Я ч е й к а К е р р а (рис. 127,5) составлена тремя элементами: двумя поляризационными устройствами J и 5 и расположенным между ними конденсатором Керра 4. Конденсатор Керра - это стеклянный сосуд (кювета) с введенными через его стенки металлическими стержнями — электродами. Электроды изготовляют из никеля или ковара. Кювета заполняется жидкостью, чаще всего нитробензолом, после чего внутрен­ няя полость ее герметизируется.

Разность фаз ф колебаний в обыкновенном и необыкновенном и лучах пропорциональна квадрату напряженности электрического поля:

ф» = 2ттВ1Е, (10.85) где В - электрооптическая постоянная жидкости (нитробензола);

/ - длина пути света в анизотропной среде;

Е — U:300d — напряжен­ ность электрического поля;

U - напряжение между электродами;

d расстояние между электродами (для ячеек Керра геодезических свето­ дальномеров 0,2 d 1,5 м м ).

Световой поток, излучаемый источником 1 оптической конденсор ной системы 2, собирается между электродами конденсатора Керра 4, середина которых совпадает с фокальной плоскостью объектива передающей оптической системы светодальномера. В конденсатор Керра световой поток попадает через поляризатор 3, где превращается в плос кополяризованный. После ячейки Керра шюскоиоляризованный све­ товой поток становится эллиптически поляризованным, а колебания обыкновенного и необыкновенного лучей будут обладать разностью фаз ф. С помощью анализатора 5 изменения разности фаз преобразу­ у ются в изменения интенсивности потока излучения, выходящего из ана­ лизатора.

Когда плоскости поляризации поляризатора и анализатора парал­ лельны (а = 0) или взаимно перпендикулярны (а = 90°) и расположены под углом Р = 4 5 ° к направлению электрического поля, эллиптическая поляризация превращается в круговую, а глубина модуляции приобре­ тает наибольшее значение. Углы а и 0 необходимо выдерживать с по­ грешностью не более ± 1 °.

Значение светового потока Ф после ячейки Керра при 0 = 45 и а = = 90° будет:

ф BIU -у- (т^г).

ф 2 Ф = шах ^п =Ф sin (10-86) тах где Ф — максимальное значение светового потока, прошедшего тах ячейку Керра.

Так к а к согласно формуле (10.86) зависимость светового потока Ф от фазового сдвига ф нелинейна, то необходимо предусматривать ус­ р ловия работы такого модулятора с минимальными нелинейными иска­ жениями. Так, для обеспечения наименьших нелинейных искажений помимо гармонического модулирующего напряжения с амплитудой и т 20 - B.C. Плотников к электродам конденсатора прикладывается постоянное напряжение смещения и (поляризующее напряжение).

Оптимальные соотношения между прикладываемыми напряжениями следующие:

"о % 0,9 + 1;

(10.87) "о 0,55 — — 0,7, где - критическое (полуволновое) напряжение, при котором ф = я v и Ф= Ф. Критическое напряжение для конкретного экземпляра кон­ тах денсатора Керра определяется экспериментальным путем.

Напряжение смещения и$ должно быть больше, чем модулирующее напряжение и. (Обычно и до 3500 В, и - до 1500 В.) т 0 т Формула (10.86) показывает, что при данных геометрических пара­ метрах конденсатора Керра / и d с увеличением электрооптической постоянной В нужный фазовый сдвиг ф может быть получен при р меньшем напряжении U. Из всех известных жидкостей наибольшую m величину электрооптической постоянной имеет нитробензол ( C H N 0 ).

6 5 Это жидкость желто-зеленого цвета, ядовита, летуча, гигроскопична, на воздухе быстро разлагается, температура кипения 211 °С, температу­ ра затвердевания 5,6 °С. В конденсаторах Керра используется тщательно очищенный и обезвоженный нитробензол.

При расстоянии между электродами конденсатора Керра 0,7-1 м м пробивное напряжение достигает 10-15 кВ, в реальных условиях экс­ плуатации рабочее напряжение в 2 - 3 раза меньше.

Ячейка Керра одинаково хорошо работает на фиксированных часто­ тах и при гшавном изменении частоты. Она надежна, малоинерционна, имеет небольшие габариты. Практически целесообразная частота моду­ ляции достигает 30 МГц, при коэффициенте нелинейных искажений, не превышающем 5 - 1 0 %, глубина модуляции может достигать 80%.

К недостаткам ячейки Керра относятся: малый коэффициент пропус­ кания ( 2 0 - 3 0 % ) ;

сравнительно большие значения напряжений UQ и и ;

высокая температура замерзания нитробензола (5,6 °С);

суще­ т ственное уменьшение электрооптической постоянной при повышении температуры (при 40 °С она уменьшается примерно в 2 раза по сравне­ нию с ее значением при нормальной температуре 20 °С).

Для модуляции светового потока используется э л е к т р о о п т и ч е с ­ к и й э ф ф е к т П о к к с л ь с а в искусственных прозрачных одноосных кристаллах. Наибольшее применение нашли кристаллы из группы дигид рофосфатов: дигидрофосфат аммония - ADP ( N H H P 0 ) и дигидро 4 2 фосфат калия - KDP ( К Н Р 0 ). Кроме того, применяют кристаллы 2 из ниобата лития и дейтерированный дигидрофосфат (DKDP), выращен­ ный в тяжелой воде с целью уменьшения гигроскопичности кристал­ ла KDP.

Инерционность эффекта Поккельса намного меньше инерционности эффекта Керра, и поэтому возможна модуляция света на частотах вплоть до 10 ГГц.

При модуляции света возможны различные варианты взаимной ори­ ентации электрического поля, направления света и его поляризации.

Но чаще всего электрическое поле направлено вдоль оптической оси.

Свет через кристалл пропускают или вдоль силовых линий этого поля — продольный эффект, или перпендикулярно к силовым линиям — попе­ речный эффект.

Фазовый сдвиг между обыкновенным и необыкновенным лучами прямо пропорционален напряженности электрического поля:

ф„ = 2тг, (10.88) Х • зоо эф где п — показатель преломления кристалла для обыкновенного луча;

г — электрооптический коэффициент;

U - напряжение, приложенное ьъ к электродам - обкладкам кристалла;

Х ф - эффективная длина несу­ Э щих световых волн.

На рис. 127, в представлена схема кристаллического модулятора Поккельса.

В отличие от ячейки Керра через модулятор проходит почти парал­ лельный пучок (угол расхождения не более 1°), поэтому модулятор Поккельса лучше, чем модулятор Керра, подходит для луча лазера с небольшим диаметром сечения (0,5—1,0 м м ).

Модулятор Поккельса в СВЧ диапазоне представляет собой объем­ ный резонатор, в емкостном зазоре которого расположен электроопти­ ческий элемент. В модуляторах Поккельса на кристаллах KDP для вы­ сокоточных светодальномеров достигнута добротность Q — 900— 1000, при этом имеется возможность широкодиапазонной перестройки резо­ нансной частоты.

Для повышения линейности вводят напряжение смещения и = = 0,5 и. Однако при изменении температуры рабочая точка характерис­ к тики смещается с середины прямолинейного участка.

Лучшим решением, использованным, например, в геодиметре АГА-8, является применение вместо напряжения смещения на пути лучей чет­ вертьволновой двоякопреломляющей пластинки (см. рис. 127, в) из слюды.

Существенным недостатком модулятора Поккельса на кристаллах из группы дигидрофосфатов является то, что для них величина полу­ волнового напряжения U является очень большой. Так, например, для K длины световой волны \ = 0,547 м к м полуволновое напряжение крис­ и талла ADP равно 8,6 кВ, a KDP - 7,5 к В. Поскольку амплитуда пере­ менного модулирующего напряжения должна быть несколько меньше, но порядка 0,5 U, при частоте модуляции в несколько десятков МГц K (в АГА-8 F ^ 30 МГц) получение переменного напряжения такой боль­ M шой амплитуды является достаточно сложной задачей.

скан страницы отсутствует скан страницы отсутствует отсчет, для теодолитов остальных типов допускается одностороннее отсчитывание по лимбу. Проведение общего расчета точности и оптими­ зации параметров на основе системного подхода должно дать обосно­ ванный выбор схемы и параметров конструкции, установить оптималь­ ные требования и допуски, обеспечивающие точность центрировки, точность системы отсчета и т.п. Ясно, что одностороннее отсчитывание при прочих равных параметрах потребует более точной центрировки лимба и алидады. При выборе общей схемы нельзя считать обоснован­ ным мнение, что "классическая" конструкция теодолитов обеспечива­ ет более высокую точность по сравнению с оптическими;

б) удобное расположение органов наведения, управления, отсчет­ ных устройств, уровней и так далее с целью обеспечения выполнения всех операций наблюдателем без перемены его положения относительно прибора, что повышает производительность и точность измерений. Если горизонтирование, визирование, наблюдение за уровнями можно было выполнять, не меняя положения, то отсчитывание по лимбам во многих приборах требовало перемещения наблюдателя вокруг прибора. Поэто­ му требование удобного отсчета при расположении окуляра отсчетного устройства рядом с окуляром зрительной трубы, в том числе и в систе­ мах с двусторонним отсчетом, — современное требование. Сюда же мож­ но отнести и соосное расположение наводящих и закрепительных винтов;

в) защиту основных частей прибора от пыли, воды и повреждений, для чего предусматривают закрытую конструкцию основных частей;

г) компактность и минимальную массу, для чего необходимо винтов;

оптимальную схему компоновки в сочетании с выбором системы осей и произвести выбор соответствующих материалов (например, технический титан, сплав В95Т и др.);

д) уменьшение различных отклонений в процессе измерений от принципиальной схемы прибора, надежность котировочных и регулиро­ вочных приспособлений, минимум деформаций, сдвигов и смещений деталей и частей прибора;

е) оптимальную схему и качество зрительной трубы. В соответствии с ГОСТом теодолиты типов Т15К и Т60 должны иметь зрительные тру­ бы с прямым изображением. Современные зрительные трубы должны быть с ахроматической светосильной оптикой. В то же время в зависи­ мости от типа теодолита зрительная труба должна иметь сопоставимую с другими частями и прибором в целом сложность и стоимость;

ж) обоснованность степени автоматизации операций и процессов (фоторегистрация или автоматическая выдача отсчета, фоторегистрация или фотоэлектрическая регистрация цели и т.п.).

Как видно, при разработке новых, особенно высокоточных, теодо­ литов, как и любых точных и сложных приборов, необходимо хорошо изучить современный уровень развития техники в этой области и в дру­ гих областях, достижения в которых могли бы оказаться полезными.

Вот почему было обращено особое внимание на получение и создание не­ обходимой информации, ее систематизацию, анализ и использование.

В [1] совершенно справедливо отмечено, что создание нового высоко точного измерительного прибора, отвечающего современному уровню развития техники, немыслимо без учета последних достижений науки, техники и технологии. Без этого невозможно и применение новых прин­ ципов в конструировании частей и устройств прибора, эти новые прин­ ципы и должны оказаться самыми эффективными.

Приведенное выше разделение теодолитов по точности на 3 груп­ пы, произведенное на основе действовавшего ранее ГОСТ, не совсем удачно, так к а к не учитывает существенные схемные и конструк­ тивные особенности теодолитов той или иной группы. Так, например, во вторую группу входят теодолиты типов Т2 и Т 5, тогда к а к по одной из основных характеристик - оптической схеме отсчета — они принци­ пиально различны: Т2 — с двусторонним отсчетом, Т5 — с односторон­ ним. Вероятно, было бы целесообразно выделить теодолиты типа Т в отдельную группу, к а к это сделано в [ 6 ]. Кроме того, с учетом пер­ спектив развития целесообразно выделить группу с точностью вы­ ше 0,5".

В соответствии с этим с учетом классификации по ГОСТу 10529- при обосновании целесообразного параметрического ряда теодолиты можно было бы разделить на пять групп:

а) особо точные (менее 0,5");

б) высокоточные (от 0,5 до 1");

в) точные (от 2 до 4 " ) ;

г) технические средней точности (от 5 до 2 5 " ) ;

д) технические малой точности (30" и более).

Точные и технические теодолиты относятся к приборам массового применения.

§ 67. Теодолиты массового применения Т е х н и ч е с к и е т е о д о л и т ы м а л о й т о ч н о с т и предназначены для про­ стейших измерений, поэтому они отличаются простым устройством, небольшими размерами и малой массой. Диаметр горизонтального кру­ га у них 5 0 - 8 0 м м, вертикального - 4 0 - 7 0 м м ;

увеличение зрительной х трубы - 17 —20. Отсчетные устройства простейшего типа — в старых конструкциях - нониусы, в более современных - штриховые, шкало вые или нониусные микроскопы. Отсчет - односторонний. Из теодоли­ тов, выпускаемых в СССР, к этой группе можно отнести теодолит ТЗО и еще используемый в производстве теодолит ТОМ. В этих теодолитах отсчет производят по микроскопу с индексом, увеличение которого по­ х рядка 18, цена деления лимба 10'. Напомним, что шкаловые микро­ х скопы требуют значительно большего увеличения (порядка 7 0 ). Боль­ шое разнообразие теодолитов малой точности выпускается зарубежными фирмами. Среди них имеются теодолиты с металлическими лимбами и отсчетом по верньеру, однако подавляющее большинство теодолитов имеет стеклянные лимбы. К центрировке осей и к точности уровней высоких требований не предъявляется.

Т е х н и ч е с к и е т е о д о л и т ы с р е д н е й т о ч н о с т и охватывают значи­ тельный диапазон различных по точности и уровню исполнения приборов и являются самой массовой группой теодолитов. В этой группе также имеются теодолиты с металлическими лимбами» с двухсторонним отсче­ том по верньерам, но в настоящее время эти приборы становятся ред­ костью. Подавляющее большинство приборов этой группы имеет стек­ лянные лимбы диаметром горизонтального — 70—95 м м, вертикально­ го — 50—80 м м. В большинстве теодолитов отсчет односторонний, и к центрировке осей предъявляются высокие требования. Возможная при современном уровне технологии точность центрировки осей (по­ рядка 2 м к м ) и определяет предельную точность теодолитов с одно­ сторонним отсчетом. Так, при колебаниях положения оси алидады в пределах 2 м к м при диаметре лимба 90—100 м м ошибка в направ­ лении из-за одного этого фактора будет порядка 4 ".

В качестве отсчетных устройств применяют чаще всего шкаловые микроскопы, а также отсчетные микроскопы с простейшим оптическим микрометром, к а к правило, с одной плоскопараллельной пластинкой.

Точность отсчитывания по шкаловому микроскопу определяется воз­ можностью оценки на глаз десятых долей интервала шкалы. Напомним, что при наличии шкалового микроскопа требуются увеличение поряд­ ка 70 и весьма малая ширина штрихов лимба и шкалы - порядка 1 — 3 м к м. Учитывая, что современная технология вакуумного нанесения хрома после деления штрихов по слою лака позволяет получать такие тонкие штрихи, в последнее время стали отдавать предпочтение шкало в ы м микроскопам, к а к наиболее удобным и простым отсчетным уст­ ройствам. Однако, учитывая, что отсчет у этой группы теодолитов одно­ сторонний, следует особо тщательно проанализировать в приборах 5-секундной точности возможность применения шкалового микроскопа, так к а к сама ошибка отсчета при цене деления шкалы Г составляет в лучшем случае с учетом измерений при двух положениях крута по­ рядка 0, Ь 6 0 " / \ / 2 « 4 ". Приведенная в § 19 методика расчета точности теодолита показывает, что необходимо учитывать большое количество всевозможных частичных ошибок и влияний, из которых складывается суммарная ошибка измерений. Кроме того, следует учитывать, что опти­ ческий микрометр не требует большого увеличения (обычно поряд­ х ка 2 0 ).

Теодолиты этой группы имеют зрительные трубы с увеличением х 2 0 - 2 5. Осевые системы теодолитов, к а к правило, повторительные.

Закрепительные и наводящие винты во многих теодолитах коаксиаль­ ные (например, в теодолитах TE-D1, TE-D2 завода MOM, ВНР).

Во многих теодолитах имеется компенсатор углов наклона на вер­ тикальном круге, например в теодолитах Т5К, ОТШ (СССР);

FT-1A, Th-3, Th-4 (ФРГ);

К1-А (Швейцария);

ТЕ-Е6, TE-D1, TE-D2 (Венгрия);

Theo-020 (ГДР).

Советский оптический теодолит типа Т5 имеет цилиндрическую повторительную систему вертикальной оси, оптический центрир. Зри­ тельная труба с ахроматической коррекцией и внутренней фокусировкой х имеет увеличение 2 5, фокусное расстояние объектива 250 м м, угловое поле 1,5°. Диаметры лимбов: горизонтального - 90 м м, вертикально­ го - 70 м м.

Отсчитывание по лимбам производится по одной стороне при помо­ щи шкалового микроскопа. Окуляр отсчетного микроскопа находится рядом с о к у л я р о м зрительной трубы. Близкие параметры имеет теодо­ лит Theo-020A (ГДР). Эти теодолиты подробно описаны в литературе [6, 26,33].

Т о ч н ы е т е о д о л и т ы имеют оптическую систему и отсчетный мик­ роскоп с микрометром, основанные, как правило, на принципе совме­ щения, т.е. предусмотрен отсчет по двум противоположным сторонам лимба.

Эти теодолиты обеспечивают наивысшую точность среди теодоли­ тов массового применения: 2—4". Система отсчета и оптическая схема определяют конструкцию теодолита. Например, один из современных теодолитов ДКМ2А ("Керн", Швейцария) имеет лимб с двумя кольцами делений (см. § 47). Это определило оптическую схему, принцип отсчета и конструкцию теодолита в целом. Системы осей неповторительные, с поворотным горизонтальным лимбом (как правило).

Зрительные трубы точных теодолитов имеют увеличение порядка х 3 0, внутреннюю фокусировку, ахроматическую оптику. Диаметры го­ ризонтального и вертикального лимбов около 90 м м. Отсчет по лимбам производится, к а к правило, оптическим микрометром методом совме­ щения изображения штрихов или биссектирования. Увеличение микро­ х скопа 4 0 - 5 0, цена деления микрометра 1 или 2". Применяют оптиче­ ские микрометры с подвижными клиньями (Т2,ТБ-1 - СССР, Theo-010 ГДР);

с одной плоскопараллельной пластинкой для совмещения штри­ хов (Ти - "Аскания Верке", Зап. Берлин;

FT-2 - ФРГ;

TG-18 - Ита­ лия);

с двумя плоскопараллельными пластинками для совмещения штрихов (TE-Bl - MOM, Венгрия;

V-406 - Великобритания;

Т-2 "Вильд", Швейцария).

Из теодолитов этой группы приведем основные параметры совет­ ского теодолита Т2 и теодолита Theo 010А ("Карл Цейсе", ГДР).

Теодолит Т2 - оптический теодолит с цилиндрической неповтори­ тельной системой вертикальной оси с разгрузкой внизу на шарико­ подшипнике, с поворотным лимбом. Теодолит имеет зрительную трубу с апохроматической коррекцией и внутренней фокусировкой, увеличе­ х ние трубы 25, угловое поле 1 ° 3 0 \ фокусное расстояние объектива 250 м м. Отсчет двухсторонний способом совмещения с помощью опти­ ческого микрометра с двумя клиньями. Имеются накладной уровень с ценой деления 10" и оптический центрир. Отсчетный микроскоп распо­ ложен рядом с окуляром зрительной трубы, снятие отсчетов по кругам поочередное путем переключения. Штрихи горизонтального круга двой­ ные (бифилярные).

Теодолит Theo 010А ("Карл Цейсе", ГДР) является оптическим тео­ долитом с цилиндрической неповторительной системой вертикальной оси полукинематического типа, с поворотным горизонтальным кругом, двусторонним отсчетом с помощью микрометра с подвижными клинья­ ми. Имеются оптический центрир и компенсатор наклона на вертикаль­ ном круге с диапазоном ± 4 ', средней ошибкой 0,3" и временем успоко­ ения менее 1 с. Зрительная труба линзовая;

объектив - трехлинзовый ахромат;

диаметр входного зрачка объектива 40 м м ;

фокусное расстоя­ х ние 270 мм;

увеличение трубы — 3 0 ;

введение оборачивающей приз менной системы Аббе обеспечивает прямое изображение предметов.

Закрепительные и наводящие винты соосные. Средняя квадратическая ошибка измерения горизонтального угла, определенного при двух по­ ложениях круга, составляет 2 " [26].

Теодолиты этой группы подробно описаны в [6, 7, 26].

§ 68. Высокоточные угломерные приборы и теодолиты При разработке высокоточных, и особенно универсальных, угломерных приборов соблюдаются те же общие принципы и особенности, но учет и оптимизация параметров производятся более тщательно. Кроме того, в конструкцию часто вводятся принципиально новые устройства, повы­ шающие производительность, точность выполнения отдельных опера­ ций, документальность измерений. К ним относятся фоторегистрация положения алидады, фоторегистрация положения цели, фотоэлектри­ ческая регистрация и наведение.

В настоящее время оптические теодолиты хорошо зарекомендова­ ли себя и в высокоточной группе приборов, поэтому считавшееся бес­ спорным мнение о том, что высокую точность могут обеспечить лишь приборы "классических" конструкций, можно считать ушедшим в исто­ рию. Однако простота устройства, устойчивость и стабильность основных узлов и деталей, простота регулировки и ремонта приборов, например, с коническими осями, надежность и высокая точность до настоящего времени определяют живучесть приборов классической схемы.

При проектировании высокоточных угломерных приборов особо важным является устранение причин деформаций и различных смещений частей приборов, приводящих к отклонению от предусмотренной прин­ ципиальной схемы. К таким случаям можно отнести деформацию частей прибора под влиянием их массы, изменение пространственного положе­ ния деталей и, к а к следствие, изменение жесткости в определенном направлении, что, например, приводит к изгибу (гнутию) труб астроно­ мических приборов. Неуравновешенность вращающихся частей прибора часто служит причиной возникновения вредных усилий, приводящих к деформациям и смещениям.

Условия уравновешенности и устойчивости определяются положе­ нием центра тяжести той или иной части или системы прибора относи­ тельно осей и опор. Например, уравновешенность алидадной части прибо­ ра относительно вертикальной оси вращения определяется координа­ той центра тяжести алидадной части относительно геометрического центра оси (в радиальном направлении). При идеальном уравновеши­ вании эта координата должна быть равна нулю. Чем больше эта коорди Рис. 128. Треугольник устойчивости и поло­ жение центра тяжести для приборов:

1 — т е о д о л и т ОТ-02 без центрировочиой п л и т ы ;

2 — ОТ-02 с центрировочиой п л и ­ той;

3 — теодолит Т 0 5 ;

4 — т е о д о л и т Т ната (неуравновешенность), тем боль­ ше момент трения и неравномер­ ность влияния смазки, приводящие к отклонению вращающейся части от ее правильного положения, к неравно­ мерности хода и наклона.

Устойчивость теодолита зависит от расположения подъемных винтов (уст­ ройств) и от высоты над ними центра тяжести прибора. Из опыта установле­ но, что теодолит получает достаточную устойчивость лишь в том случае, если диаметр, на котором расположены подъемные устройства,больше высоты центра тяжести прибора [ 1 ].

На рис. 128 схематически показан контур теодолита и нанесен равно­ сторонний треугольник устойчивости Т с длиной стороны, равной диаметру расположения подъемных винтов.

Центр тяжести прибора должен находиться внутри треугольника устой­ чивости, и чем ближе к его нижнему основанию, тем лучше.

Показательно, что несоблюдение этого условия в теодолите Вильда Т-3 или в отечественном теодолите ОТ-02 привело к недостаточной устойчивости приборов, отразившейся на качестве измерений. Для ис­ правления этого недостатка в комплект упомянутых теодолитов была включена тяжелая (свыше 3,5 кг) центрировочная плита. Без плиты центр тяжести в этих приборах лежит на высоте около 170 мм при диаметре окружности расположения винтов 165 мм.

Применение центрировочиой плиты снижает центр тяжести до 125 мм и делает прибор устойчивым, однако общая масса полевого комплекта заметно повысилась по существу за счет балластного груза.

В [1] отмечается, что при проектировании новых теодолитов Т и Т1 указанные соотношения были выполнены и приборы оказались устойчивыми. В Т05 при высоте центра тяжести ^ 175 мм подъемные винты расположены на окружности диаметром 240 мм, в Т1 эти размеры соответственно равны 120 и 172 мм. На рис. 128 показано положение центра тяжести всех упомянутых приборов относительно треугольника устойчивости. Хорошая устойчивость обеспечена и в теодолите ТТ 2/6" при низком расположении центра тяжести относительно точки опоры.

Вот почему в гл. 5 было упомянуто, что применение разнесенных Таблица 10. Высокоточные теодолиты и особо точные универсальные угломерные Горизонтальный круг Главная труба V А X о о X о Название К н о.

о к о g се прибора, В 3 Q и о о. и страна-изгото­ ач s се витель * О. V Vн е| В Ог P Q X ее X о. а* X О и О.

X нS SЮЯ н V о V Г Увел!

верст!

делен Увел»

Диам Диам Тип о спосо 2 г о о с е§ Высокоточные теодолиты 65 520 65 220 Винтовой микро- Триангуляцион­ 52 метр (2") ный теодолит ТТ2"/б". СССР 500 62,0 180 Оптический мик Теодолит вы со- 64 50 рометр (клин.) коточный оптиче­ 36 (1") ский Т 05, СССР Оптический мик­ 350 24 ОТ-02, СССР рометр (пласт.) (0,2") 24 135 То же Теодолит Т-3, "Вильд", Длина Швейцария трубы ДКМ-3, "Керн", 72 510 27 100 Оптический микро Швейцария 45 метр (пласт.) (0,5") 40 98 Оптический микро­ Мнкроптик-3, 50 метр (пласт.) "Хильгер и Длина (0,2") Уотс", Велико­ зритель­ британия ной тру­ бы Т1, СССР 50 350 30 135 Оптический микро- 40 метр (клин.) (I") приборы Вертикальный круг Уровни а i наклад или на О •в г с ц в о.

23 Примечание ев а X «) о К0 - а X а *S X а" S fI I Цена деле!

s ного уров алидаде, Я §• X X, ё v и™к о.

X 55а с НЮ S Цена j НОГО о на ал»

О ОX X ut 5ОR r S в й) КК «ев Ну « 2 о.

» о 160 Шкаловой микро- 48 2-3 6-10 27,5 скоп (6 ) 130 Оптический микро­ 18,8 55 7 12 Цсиа деления метр (клин.) (коит.) накладного (0,2") уровня 4" Выпускается Оптический микро­ 7 90 15, метр (пласт.) вариант с це­ (0,2") ной деления отсчетных шкал 0,5 " 13 3,7 Выпускается То же 90 11, спецмодель ТЗ-А для ав­ токоллимации 15,3 Зеркально 10 12, Оптический микро­ (конт.) линзовая зри­ метр (пласт.) тельная труба, (0,5") труба-искатель с увеличени­ х ем Окуляр отсчет­ 76 14, Оптический микро­ 10 ного устрой­ метр (пласт.) ства встроен (0,2") в подставку зрительной трубы Может быть ис­ 57 7 12 Оптический микро­ пользован для метр (клин.) ( Г ) (конт.) астроопределе ния, съемная астрономичес­ кая сетка ни­ тей П р о д о л ж е н и е табл. Главная труба Горизонтальный круг Увеличение м икроско Диаметр вхо;

того ОТ Фокусное рас стояние, Тнп отсчетно] при способдения (цена Название я а я прибора, го Увеличение, i Диаметр лим С страна-изгото­ верстия, мм витель пов, крат деления) мм Особо точные универсальные угломерные приборы Оптический микро­ Трг, "Аскания", 63 32 метр (клин.) (0,2") ФРГ Вильд Т-4, 70 600 80 240 Оптический микро "Вильд", Швейца- 60 метр (пласт.) (0,1") рия Theo-002, "Карл 65 940 75 250 Оптический микро- Цейсе", ГДР 59 метр (клин.) (0,2") шариковых опор дает преимущества в части устойчивости, так как центр тяжести алидадной части можно максимально приблизить по высоте к плоскости опор, а диаметр разнесенного опорного подшипника зна­ чительно больше, чем диаметр оси нормального или полукинематиче­ ского типа.

Уравновешивание отдельных узлов и деталей относительно опор имеет прямое отношение к системе горизонтальной оси.

Должно быть обеспечено одинаковое давление горизонтальной оси на лагеры. При разном давлении на лагерах возможны разные момен­ ты трения, во время врашения оси возможны ее сдвиги в азимутальном направлении. Силы, например усилие наводящего винта, должны дей­ ствовать в плоскости симметрии между лагерами во избежание воз­ никновения моментов сил в горизонтальном направлении и смещения оси.

Стремление к максимальной устойчивости, например, в теодолите Т4 Вильда привело к значительным габаритам прибора (максимальное увеличение расстояния между опорами). Горизонтальная ось, построен­ ная по кинематическому принципу, очень длинная 330 м м ). Для исключения азимутального смещения горизонтальной оси в лагерах Уровни Вертикальный круг « Г к Масса прнбора в фу тляj Масса прибора без футл Увеличение микроско­ на алидаде вертикаль­ Цена деления наклад­ Цена деления уровня Диаметр лимба, мм Тип отсчетного при­ ного уровня или на способления (цеиа Примечание ного круга, с алидаде, с пов, крат деления) ра, кг кг - Ломаная зри­ 140 Оптический микро­ 2 тельная труба, метр (клин.) (0,2") фото регистра­ ция отсчетов - 2- 135 Оптический микро­ 90 Ломаная зри­ 1 тельная труба метр (пласт.) (0,2") Ломаная зри­ Ком­ 200 Оптический микро­ 62,5 тельная труба, пенса­ метр (клин.) (0,2") фото регист­ торы рация отсче­ тов хомутик и наводящий винт трубы расположены точно посередине между лагера ми.

Применение разнесенных шариковых опор позволяет получить не только более устойчивую, но и более компактную конструкцию. За счет разнесенных опор, сокращения габаритов зрительной трубы и диаметров лимба до 100 м м в высокоточном оптическом теодолите ДКМ-3 ("Керн", Швейцария) удалось уменьшить массу прибора до ^ 1 2 кг. Однако его точность ниже, чем точность теодолитов с лимбами большего размера (порядка 200 м м ).

Из высокоточных теодолитов зарубежных фирм, которые послу­ жили предметом сравнительного изучения при разработке высокоточ­ ных отечественных теодолитов Т05 и Т 1, следует кроме ДКМ-3 назвать теодолиты Т-3 ("Вильд", Швейцария);

Микроптик-3 ("Хильгер и Уотс", Великобритания). Теодолит Т-3 Вильда имеет параметры, близкие к па­ раметрам советского теодолита ОТ-02.

Параметры высокоточных теодолитов приведены в табл. 10. Теодо­ литы этой группы имеют зрительные трубы с диаметром входного х отверстия объектива порядка 60 м м и увеличение от 30 до 6 5. Различ­ ные увеличения во многих приборах достигаются сменой окуляров.

Горизонтальные лимбы имеют диаметр 100—180 м м, вертикальные — 90-130 мм.

В приборах прежних выпусков для отсчетов по лимбам применя­ лись микроскопы с винтовым микрометром, в более современных — отсчетные микроскопы с оптическим микрометром и автоматическим получением среднего из двух отсчетов по диаметрально противополож­ ным сторонам лимба. Диаметры лимбов теодолитов с винтовыми микро­ метрами больше (до 220 м м ).

Следует отметить, что в созданных новых высокоточных отечест­ венных теодолитах Т05 и Т1 имеются окулярные микрометры зритель­ ных труб, накладные уровни, устанавливаемые на рабочие поверхности цапф горизонтальной оси, а также соосно расположенные рукоятки управления.

В зарубежных приборах также имеются все эти элементы, однако одновременно эти элементы не присутствуют ни в одном из зарубежных приборов, приведенных выше, которые изучались и анализировались при разработке высокоточных теодолитов Т05 и Т 1.

§ 69. Особо точные универсальные угломерные приборы и теодолиты Выделение этой группы из общей группы высокоточных приборов име­ ет те основания, что для достижения точности свыше 0,5" традиционных подходов к разработке и конструированию таких приборов оказыва­ ется недостаточно. По многим элементам и системам эти приборы прин­ ципиально отличаются от приборов высокоточных и, кроме того, вклю­ чают системы и решения, основанные на новых принципах, направленных не только на повышение точности, но и на степень автоматизации, повы­ шение производительности измерений и т.п. Например, фоторегистра­ ция положения алидады, фото регистрация и фотоэлектрическая регист­ рация цели, стабилизация положения горизонтальной оси и т.п. Исполь­ зование в качестве объектов наблюдения подвижных воздушных целей и ИСЗ привело к необходимости фотографической регистрации поло­ жения алидады, тем самым высокоточные теодолиты с фоторегистраци­ ей оказались связующим звеном между классическими теодолитами и оптической аппаратурой космической геодезии. Фоторегистрация поло­ жения цели отличается документальностью и исключает личные ошибки наблюдателя. Особое место в особо точных приборах занимают устрой­ ства для уменьшения ошибок осевых систем. К ним можно отнести лю­ бые устройства, предназначенные для этой цели, - устройства для ста­ билизации горизонтальной оси;

высокоточные компенсаторы углов наклона;

фотоэлектрические устройства для регистрации положения цели, например звездных прохождений и т.п.

Выделение группы особо точных угломерных приборов целесооб­ разно и с точки зрения перспектив их развития и разработки, система­ тизации решений и подходов, выделения главных, определяющих направ­ лений и проблем.

Как известно, универсальные угломерные приборы применяют для астрономических измерений, т.е. для измерений с малыми зенитными расстояниями (большими углами наклона) визирной оси, а это означает, что по сравнению с теодолитами уменьшение влияния ошибок осевых систем превращается в проблему и имеет решающее значение для дости­ жения точности менее 0,5", необходимой для астрономических опреде­ лений.

То же самое относится к приборам для наблюдения и регистрации искусственных небесных объектов.

В отличие от теодолитов, работающих по неподвижным объектам, астрономические приборы и приборы, примыкающие по задачам к при­ борам космической геодезии, работают по подвижным объектам (звез­ ды и искусственные небесные объекты). Это отличие принципиальное, оно требует принципиально новых решений и подходов, не свойственных обычным, даже самым точным, теодолитам.

Все сказанное дополнительно убеждает в правомерности и целесо­ образности выделения в отдельную группу особо точных, к а к правило, универсальных, угломерных приборов.

Сопоставление параметров точных и особо точных универсальных приборов (см. табл. 10) показывает, что они имеют существенное разли­ чие. У особо точных приборов, к а к признак их универсальности, зритель­ ные трубы "ломаные", с окулярным коленом, размещенным вдоль оси вращения трубы. Фокусное расстояние зрительных труб большое, не ме­ нее 500 м м, а в приборе Theo-002 f = 9 3 8 м м.

Диаметр лимба у особо точных приборов больше и колеблется от 200 до 250 м м, причем у приборов этой группы лимб меньшего диамет­ ра не встречается ни в одном приборе.

Приняты меры для устранения влияния наклона горизонтальной оси или введения поправок за этот наклон. В приборе Т-4 фирмы "Вильд" используется подвесной уровень с ценой деления 1 ".

В приборе Theo-002 применены принципиально новые решения для повышения точности измерений, их производительности и удобства — точные уровни заменены компенсаторами. Если компенсаторы наклона на вертикальном круге встречаются часто, то компенсатор в системе горизонтальной оси трубы применен впервые в этом приборе.

Стабилизация положения горизонтальной оси трубы производится системой, состоящей из объектива 3, уголкового отражателя и зеркала на маятниковой подвеске (рис. 129). Зеркало / компенсатора располо­ жено от главной точки объектива на половине фокусного расстояния, как в компенсаторах нивелиров. Вспомогательный объектив 4 и вводи­ мое зеркало 5 служат для поиска цели.

При измерении вертикальных углов компенсатор закрывается сме­ щающимся сферическим зеркалом 2. Компонент б является компенса­ тором хроматических аберраций.

Компенсатор работает в диапазоне ± 3 ' и имеет среднюю ошибку установки 0,05 " при времени затухания около 2 с.

Компенсатор углов наклона работает в том же диапазоне с ошиб­ кой 0,1".

21 - В С Плотников Рис. 129. Схема стабилизации положения горизонтальной оси теодолита Приборы этой группы, к а к наиболее точные, имеют значительные размеры и массу, что также является принципиальным для обеспечения самой высокой точности, устойчивости и стабильности. Подъемные винты прибора Theo-002 расположены по окружности диаметром 350 м м. Масса прибора Theo-002 - 60 кг, Т-4 - 50 кг, Трг - 32 кг.

Цена деления оптических микрометров приборов этой группы — 0,1-0,2".

В приборах Трг и Theo-002 предусмотрена фоторегистрация отсче­ тов. Фоторегистрация отсчетов может быть применена в двух случаях:

для ускорения (без записи) снятия отсчетов при ограниченном времени наблюдений за неподвижными целями, например при работах по триан­ гуляции высших классов;

для определения направлений на движу­ щийся объект с целью измерения параметров траектории.

В первом случае теодолит снабжается приспособлением для фотогра­ фической регистрации отсчетов, например, таким устройством был обо­ рудован теодолит Т-3 фирмы "Вильд". Следящих устройств, дополни­ тельных трубоискателей и устройств, обеспечивающих синхронизацию работы нескольких приборов, расположенных на значительном удалении, в этом случае не требуется. Прибор может иметь прямую зрительную трубу, к а к Т-3 Вильда.

Во втором случае наблюдаются подвижные объекты, например ИСЗ, и приборы снабжаются "поисковыми" и ломаными зрительными труба­ ми, укрепленными на продолжении горизонтальной оси, и следящим устройством.

В промежуточном варианте без трубоискателей основная труба должна быть "ломаной". Так выполнен, например, один из вариантов теодолита Трг фирмы "Аскания", снабженный устройством для фото регистрации отсчетов по обоим кругам, положения пузырька уровня и времени (циферблата часов). Следящее устройство отсутствует.

Другой вариант прибора Трг (рис. 130) имеет следящее устройство для наблюдения ИСЗ. В устройство входят регулируемый электропри­ вод (раздельно по азимуту и углу места), основная труба 2, две "поис к о в ы е " трубы У, J и два привода с регулированием по пути и по ско­ рости (скорость до 100 угл. мин/с). В некоторых приборах Трг скорость доходит до 5°/с [ 7 ].

Этот вариант прибора, за исключе­ нием систем синхронизации, управ­ ления съемкой, параметров по скорос­ ти и другим показателям, принци­ пиально вплотную подходит к кино­ теодолиту (см. гл. 12).

В приборе Theo-002 производится фоторегистрация отсчетов по лимбам, циферблату часов. Этот прибор имеет ломаную зрительную трубу с горизон­ тальным окулярным коленом. Кроме того, имеется поисковая труба с меньшим увеличением и большим д о л и т Трг для слеже Рис 130 Тео полем, совмещенная с оптической ния за ИСЗ системой основной трубы. Основная зрительная труба не фокусируется (установлена на бесконечность), привод отсутствует.

Фоторегистрация отсчетов позволяет повысить эффективность использования приборов при ограниченном времени наблюдений, так к а к отсчеты по фотографиям можно выполнить в камеральных услови­ ях в любое время. Фоторегистрация позволяет автоматизировать снятие отсчетов при условии использования специальных кодовых знаков на лимбах, составляющих удобные для расшифровки сочетания. Такая система позволяет в значительной степени автоматизировать процесс от стадии полевых наблюдений до стадии выдачи окончательного резуль­ тата обработки материалов съемки. Развитие таких систем приводит к кодовому теодолиту.

Таким образом, отмеченные особенности приборов этой группы позволяют получить наивысшую точность. В теодолите Theo-002, где приняты особые меры по повышению точности, средняя квадратическая ошибка направления, измеренного полным приемом, составляет поряд­ ка 0,3" [ 7 ].

Одним из первых приборов, приспособленных для фото регистрации, был теодолит формы "Вильд", позволивший получить ошибку направ­ ления около 0,2" [ 7 ].

Фоторегистрация положения цели при измерениях, когда цель не­ подвижна, принципиальной необходимости не вызывает и особого выиг­ рыша не дает, кроме документальности наблюдений и исключения лич­ ных ошибок визирования. В [7] указывается, что при фоторегистрации визирных цилиндров геодезических знаков получено достаточное раз­ решение при применении пленки "Микрат 200" при экспозиции 0,25 л к с и использовании оптической системы с диаметром входного зрачка 65 м м и эквивалентным фокусным расстоянием около 2000 м м. Ошиб­ ка определения направления не превосходила 0,5". Очевидно, что вопро­ сы эффективности фоторегистрации цели при геодезических измерениях требуют дальнейших исследований, так к а к уменьшение ошибки визи­ рования прямо не установлено, а ошибка направления зависит от многих факторов, кроме ошибки визирования. Ошибка направления в 0,5" и да­ же менее обеспечивается многими приборами, не имеющими фото ре­ гистрации цели и снабженных зрительными трубами с фокусным рас­ стоянием порядка 1000 м м (у Theo-002 / ' = 938 м м ), т.е. вдвое меньшим.

Ф о т о э л е к т р и ч е с к а я р е г и с т р а ц и я п о л о ж е н и я ц е л и находит широкое применение при астрономических наблюдениях, особенно для регистрации звездных прохождений. Известны работы Н.Н. Павлова, В.Э. Брандта и других по созданию пассажных приборов с фотоэлектри­ ческой регистрацией звездных прохождений, которые позволяют полу­ чать направление с ошибкой менее 0, 1 " [ 7 ].

На основе астрономического универсального прибора Н.А. Беляе­ вым разработана установка для полевых определений долготы, широты и азимута. Приемник излучения - фотоэлектронный умножитель.

В СССР и за рубежом проведено ряд работ и построено несколько образцов теодолитов с фотоэлектрическим наведением на цель.

В § 39 описана, например, фотоэлектрическая насадка ФЭНГИ, разработанная в МИИГАиК А.И. Демушкиным. Известны работы проф.

С В. Елисеева в этой области. Однако, к а к отмечено в [ 7 ], ошибка на­ ведения на цель в полевых условиях составляет 0,5 — 0,8", а в лабора­ торных условиях - 0,2". Очевидно, что получаемая для полевых усло­ вий точность явно недостаточна. Очевидно также, что основной причи­ ной НИЗКОЙ точности являются атмосферные помехи.

Учитывая весьма большую перспективность фотоэлектрических способов наведения на цель и ее регистрации, особенно необходимых при регистрации подвижных объектов с учетом малой постоянной вре­ мени фотоэлектрических приемников излучения, следует развивать ис­ следования в направлении повышения точности фотоэлектрической регистрации положения цели. Современные условия и уровень развития техники позволяют значительно расширить перечень приемников излу­ чения и систем, например, исследовать успешно применяющиеся во мно­ гих случаях телевизионные системы.

§ 70. Кодовые теодолиты Теодолиты, содержащие носитель информации о значении угла или направления или преобразователь " у г о л - к о д ", называют кодовыми.

Преобразователи "угол - к о д " подробно освещены в § 53, где рас­ смотрены различные системы кодов, кодовые отсчетные системы и уст­ ройства.

Результаты измерений у кодовых теодолитов регистрируют в соот­ ветствующем коде на фотопленку, перфоленту, перфокарту или магнит ную ленту. Эти носители информации можно использовать для ввода в электронную вычислительную машину, а при необходимости ввести в устройства для дистанционной передачи информации.

Кодовые теодолиты не позволяют полностью автоматизировать весь процесс измерений. Операции, связанные с установкой теодолита в рабочее положение, поиск цели и наведение на цель выполняются наблюдателем. Вместе с тем даже частичная автоматизация, повышающая производительность (на это указывалось в § 69) и позволяющая произ­ вести большое число измерений за короткий промежуток времени, имеет большое значение. В кодовых теодолитах отпадает необходимость в снятии отсчетов и ведении полевого журнала, что делает процесс поле­ вых измерений менее трудоемким и утомительным, повышает досто­ верность результатов за счет уменьшения влияния личных ошибок.

Использование кодового теодолита предусматривает его работу в авто­ матизированном углоизмерительном комплексе с преобразованием информации к виду, удобному для машинной обработки, и самой вы­ числительной машиной. Без ЭВМ потребовалась бы расшифровка зако­ дированных результатов измерений, т.е. снятие отсчетов, как в случае обычной фоторегистрации отсчетов, и составление того же полевого журнала, только в камеральных условиях.

По степени автоматизации и принципиальной схеме кодовые теодо­ литы можно разделить на две группы:

1) теодолиты с фотографической регистрацией;

2) теодолиты с фотоэлектрической или другого вида регистраци­ ей, позволяющей получать результаты измерений на цифровое табло или в виде кода в реальном масштабе времени, т.е. во время на­ блюдений.

Теодолиты с фотографической регистрацией отличаются относитель­ ной простотой, но имеют существенные недостатки - отсутствие контро­ ля измерений непосредственно в поле, задержка в получении оконча­ тельного результата (необходимо проявление пленки), громоздкость аппаратуры для камеральной обработки пленки.

Эти недостатки отсутствуют в кодовых теодолитах второй группы с фотоэлектрической регистрацией, однако они содержат аналого-цифро­ вые преобразователи "угол - код", отличающиеся сложностью и трудо­ емкостью изготовления.

В кодовых теодолитах с фоторегистрацией, например FLT3K фирмы "Феннель" (ФРГ) и фирмы "Керн" (Швейцария), имеются специально разделенные лимбы и фоторегистрирующая камера. Отсчетные приспо­ собления входят в устройство для обработки фотографического изобра­ жения, что позволяет еще раз увеличить изображение оптической систе­ мой преобразователя. Это дает возможность иметь лимб или кодовый диск относительно небольшого размера.

Так, общее увеличение v системы фотообъектив - преобразователь будет v = j3j j3, где 0, - увеличение фотографической системы в теодо­ лите;

j3 - увеличение оптической системы преобразователя.

Учитывая, что Р • г Да г Р • г где Д а — ошибка, г — радиус лимба, величина г = ^^. При х ft = 7* Р = Ю, Р = 10", Да = 0,5" величина г ъ 70 мм.

2 г В гл. 9 было указано, что высокую точность угловых измерений можно получить без кодового диска, используя времяимпульсный пре­ образователь, в котором используется строгая зависимость между углом поворота а и временем т при условии, что угловая скорость GJ (рад/с) в пределах одного оборота постоянна:

а = иг. (11.1) Для получения высокой точности необходимо измерять время с от­ носительной ошибкой не более 10~.

Из формулы (11.1) Д а = аАт/т. При а = 360° = 1 296 000" и Д т / т = 10" получим Д а 1,3".

Для получения такой точности измерения времени временной интер­ вал преобразуют в код.

В таком преобразователе чем больше число оборотов вращающегося индекса, тем выше частота квантующих импульсов / = 2тгл/Д^, к в где А\р — цена квантующего импульса (угол, соответствующий одному квантующему импульсу).

При числе оборотов п = 50 с ' и А\р = l " частота / = 360-60* к в х 6 0 " -50/1" 65 МГц.

Стабильность угловой скорости в пределах одного оборота должна быть с ошибкой не более 10".

Такой преобразователь может быть применен в кодовом теодолите второй группы.

Приведем параметры некоторых кодовых теодолитов.

Теодолит ТК — кодовый с фотографической регистрацией, разрабо­ тан в СССР и отличается относительно низкой стоимостью [19]. Он пред­ назначен для измерения углов в теодолитных и тахеометрических ходах при создании съемочных сетей. Основные технические характеристики теодолита ТК:

Увеличение зрительной трубы, крат Угловое поле 1° Коэффициент нитяного дальномера Диаметры горизонтального и вертикального кругов, мм Увеличение проекционной системы кругов, крат В теодолите применены угломерные круги, на каждом из которых нанесены две штриховые кодовые дорожки. На дорожке грубого отсчета g c cc нанесены 399 штрихов с интервалами l O O 2 5, а на дорожке точного g отсчета — 400 штрихов с интервалом l. Нулевые штрихи расположены один над другим по радиусу делительной окружности. Диаметрально противоположные участки круга при помощи оптического моста совме­ щаются, что позволяет исключить ошибку эксцентриситета. Совмещен­ ные изображения рабочих участков с кодовой маской проецируются в фокальную плоскость фоторегистратора, в окне диафрагмы которого расположен масштабный элемент (тактовая дорожка), состоящая из 400 чередующихся прозрачных и непрозрачных полос. Декодирование фотопленки с результатами измерений производится при помощи считы­ вателя фильмов СФ-400 или вручную при наличии инструментального микроскопа.

Сведения о кодовых теодолитах с фотографической регистрацией фирм "Феннель" (ФРГ) и "Керн" (Швейцария) приведены в [7] и [19].

Теодолит КО-В1 — кодовый, с фотоэлектрической регистрацией угла, разработан фирмой MOM (Венгрия). Отсчеты по кругам произво­ дятся автоматически, измеренные величины можно фиксировать на пер­ фоленту, цифропечать или передавать в телеграфную сеть. При наблюде­ нии неподвижных целей регистрируют одиночные отсчеты или серии, состоящие из двух, трех или пяти отсчетов. На перфоленту вносятся так­ же данные о станции. Время одной регистрации - 0,2 с.

Величину измеряемого угла (направления) можно получить и визу­ ально с цифрового индикатора, который имеет семь ламп. Первые три индикатора высвечивают градусы, четвертый - десятки минут, а три последних — сотни, десятки и единицы секунд десятиминутного интер­ вала. Основные технические данные теодолита КО-В1:

Увеличение зрительной трубы, крат Наименьшее расстояние визирования, м 2, Средняя квадратическая ошибка однократно измеренного угла, с:

горизонтального 0, вертикального 1, Температурный диапазон работы прибора, °С - 1 5 - + Масса теодолита (полного комплекта в транспортном ящике), кг.... 12,5 (21,5) Масса блока питания нетто (брутто), кг 13,5 (21) Потребляемая мощность, Вт Напряжение питания, В Представляет большой интерес соединение в одном приборе кодово­ го теодолита и автоматического светодальномера. Такие приборы назы­ ваются э л е к т р о н н ы м и т а х е о м е т р а м и. При их использовании дости­ гается наибольшая автоматизация процессов полевых измерений. Элект­ ронные тахеометры описаны в § 82.

§ 7 1. Гиротеодолиты Теория гироскопического эффекта, принцип действия и устройство гиро теодолитов рассматриваются в курсе "Гироскопические приборы".

Здесь коротко остановимся на принципиальном построении, возможнос­ тях и особенностях гиротеодолитов. Гиротеодолит - угломерный при­ бор, позволяющий определять направление относительно меридиана.


Для этого чувствительный элемент (ЧЭ), представляющий собой гиро­ скоп, соединяется с деталью, позволяющей наблюдать колебания чувст­ вительного элемента, например, с зеркальной пластинкой. Как известно, в гирокомпасе ось гироскопа совершает периодические колебания отно­ сительно положения равновесия, совпадающего с плоскостью меридиана.

Крайние положения оси гироскопа называются точками реверсии. Для определения направления меридиана наблюдают с помощью автоколли­ матора крайние положения зеркальной пластинки, т.е. точки реверсии, и определяют с учетом поправок ее среднее положение, являющееся направлением меридиана.

Чувствительный элемент гиротеодолита может иметь две или три степени свободы перемещения главной оси гироскопа.

В настоящее время наибольшее распространение получили трехсте­ пенные гиротеодолиты, гироблок которых представляет собой одногиро скогшый маятниковый гирокомпас с подвесом и центрированием ЧЭ на торсионной ленте или с жидкостным подвесом ЧЭ с центрированием его на шпиле.

'Угломерная часть гиротеодолита, необходимая для отсчетов по гори­ зонтальному кругу в моменты реверсии и визирования на земной пред­ мет для передачи азимута, принципиальных отличий не имеет.

При разработке гиротеодолитов возникают проблемы, связанные с обеспечением необходимой точности и учета изменения положения час­ тей и деталей. Например, применяют фотоэлектрическое следящее уст­ ройство, ослабляющее действие момента кручения торсиона.

Для повышения быстродействия приборов гироскопического ориен­ тирования применяют ускоренные методы определения положения рав­ новесия колебаний ЧЭ, в том числе и методы, основанные на замерах интервалов времени между моментами прохождения оси гироскопа через определенные положения, зафиксированные на угломерном уст­ ройстве. При этих методах может быть использована ЭВМ.

Другой путь повышения быстродействия - применение гироскопов иных типов, например двухстепенного (гирокомпас Фуко), вынужден­ ные азимутальные колебания главной оси которого имеют малый пери­ од. Однако конструктивные сложности реализации этой схемы препят­ ствуют ее широкому применению.

Основные данные наиболее распространенных гиротеодолитов при­ ведены в табл.11.

~ 2 «о" «о" R О) S 9 о о о О.

X X m X г» о о ^О О ^ Tf ^ О чО Н О— О о.

6 I о X * о й А S о.

е ^ I о ^ -г N о S оо оо f « d о с о о v я г- ЧО N ГМ i I X о аa о. X о о X SI о Н 0Q о ёс m чо чо ^ ^ I S О о о еS в о^ о. ою и и и sо 2 О 0Q ю* в S к л сйс XД S S ЕS - о s s2 = п о Л X в § с * о * Г) 2 3* Sю н*ю л § «о с;

I!

о.

л ё 1 ^ О о s * 5° 3ж н s R ?

О« S Со - : л = НS XЮ о о г»

S S S S н с С— н Г л а в а ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ НАПРАВЛЕНИЙ НА ПОДВИЖНЫЕ ОБЪЕКТЫ. ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ СПУТНИКОВОЙ ГЕОДЕЗИИ § 72. Классификация оптических приборов для регистрации подвижных объектов. Методы измерения и типы моширокок Регистрация подвижных объектов предусматривает прежде всего опре­ деление параметров их траектории - геометрической траектории, ско­ рости и ускорения в любой точке траектории, относящихся к опреде­ ленному моменту времени.

В космической геодезии и полигонных измерениях используются в основном внешнетраскторные измерения, т.е. измерения внешними по отношению к летящему объекту средствами измерений, которые рас­ положены, как правило, па Земле. Оптическая аппаратура для граектор ных измерений, несмотря на очевидный недостаток по сравнению с ра­ диотехнической - невозможность измерений в любое время суток и в любую погоду, широко применяется, в том числе и для целей косми­ ческой геодезии, благодаря весьма высокой точности.

В системах внешнетраскторных измерений применяются следующие методы определения местоположения объекта: пелеигациоиный, дально мерно-пеленгационный, дальномерный, метод привязки к наземным ориентирам, метод привязки к опорным звездам (астрометрический).

На пеленгационном методе основаны, например, кинотсодолитные измерения. Относительно низкая точность измерения траектории кино­ теодолитами тр - 10- 15" не позволяла многим авторам относить их к приборам, которые можно использовать для целей геодезии [21]. Од­ нако точность кинотеодолитов в последние два десятилетия существен­ но повысилась (до нескольких секунд [ 7 ] ).

Кроме того, именно кинотсодолиты по своей принципиальной схеме наиболее близки к геодезическим приборам и широко применяются при полигонных траскторных измерениях. Эти обстоятельства определяют целесообразность рассмотрения основных характеристик кинотеодоли­ тов совместно с другими оптическими приборами спутниковой геодезии.

При пеленгационном методе (рис. 131,д) производятся синхронные измерения направлений на объект с двух измерительных постов, нахо­ дящихся на расстоянии В друг от друга. На каждом из постов измеря­ ются направления по азимуту (0, и 0 ) и углу места (с и е ). Основ­ х 2 ными достоинствами пеленгационного метода являются относительно высокая точность при проведении полигонных измерений, простота вторичной обработки результатов и возможность получения результа­ тов в реальном масштабе времени. К общим недостаткам относится не­ обходимость двух постов и координация их работы, зависимость точно­ сти от величины углов 0 и е, т.е. от расположения объекта относительно базы. К недостаткам кинотсодолитного метода применительно к зада­ чам космической геодезии можно отнести также недостаточно высокую Рис. 131. Схемы методов измерений:

а - п е л е н г а ц и о н н о г о ;

б — дальномерно-пеленгационного точность, значительные трудности учета атмосферной рефракции и полу­ чение результатов в местной системе координат, связанной по существу с неизвестным направлением отвесной линии в точке наблюдений [21].

Устранение этих недостатков представляет значительные принципиаль­ ные и технические трудности, однако преимущества этого метода ука­ зывают на целесообразность проведения исследований и работ в этом направлении.

Дальномерно-пеленгационный метод предусматривает измерение с одного измерительного поста наклонной дальности D до объекта и двух направлений азимута 0 и угла места е (рис. 131,6)» Аппаратура, основанная на этом методе, по схеме представляет собой оптический локатор и с учетом сказанного о кинотеодолите является весьма перс­ пективной для космической геодезии. Достоинствами дальномерно пеленгационного метода являются достаточно высокая точность, посто­ янство точности независимо от расположения цели и измерительного поста, простота вторичной обработки результатов, более простое реше­ ние вопросов синхронизации моментов измерений при одном измери­ тельном посте, возможность получения результатов в реальном масшта­ бе времени.

Дальномерный метод при использовании лазерных дальномеров на­ ходит все большее применение в космической геодезии, однако его реа­ лизация требует создания и одновременного использования угломерных средств для целей точного наведения на объект. Дальномерные измере­ ния могут служить существенным дополнением, повышающим точность измерений, при использовании других методов, например при измерении высокоточными дальномерами для определения фигуры геоида в океа­ нах, а также иметь самостоятельное значение при синхронном измерении трех наклонных дальностей с трех измерительных постов.

Метод привязки к наземным ориентирам (реперам) используют при регистрации траектории объектов широкоугольными камерами с непо­ движной визирной осью. На фотоснимке изображаются одновременно участок местности вблизи линии горизонта с несколькими (не менее трех) реперами с известными координатами и участок траектории объекта, находящийся в угловом поле камеры. Наличие наземных ре­ перов с точными координатами позволяет фотограмметрической обра­ боткой снимков повысить точность определения координат объекта.

Метод привязки к опорным звездам (астрометрический) нашел наибольшее применение в космической геодезии. Он основан на фото­ графической регистрации изображения объекта на фоне опорных звезд.

Поскольку координаты опорных звезд известны с высокой точностью, после фотограмметрической обработки снимков могут быть получены с высокой точностью (до 1 - 2 " ) координаты объекта.

Оптическую аппаратуру для измерения траектории (ОАИТ) можно классифицировать не только по методу измерения, но и по следующим признакам.

1. Закон движения визирной оси в процессе регистрации и способ компенсации сдвига изображения объекта.

2. Тип монтировки.

3. Способ регистрации.

По признаку " З а к о н движения визирной оси" ОАИТ можно подраз­ делить на две основные группы.

1. Установки и камеры с неподвижной оптической (визирной) осью при измерении.

2. Установки и камеры с подвижной визирной осью, или так назы­ ваемые следящие установки.

Неподвижные камеры не меняют своего положения в течение съем­ ки и их "захват" определяется величиной углового поля. К ним отно­ сятся: баллистические камеры, фототеодолиты (специальные), модер­ низированные аэрофотоаппараты (АФА).

Вторая группа оптических средств для траекторных измерений охва­ тывает обширную группу следящих установок. Они отличаются возмож­ ностью слежения за летящим объектом и для этого снабжаются специ­ альными приводами различных систем (от ручных до автоматических).

Эта группа установок обладает очевидными преимуществами по сравне­ нию с установками с неподвижными осями, но эти преимущества в зна­ чительной степени усложняют следящие установки. Это усложнение свя­ зано не только с наличием синхронно-следящих приводов, но и с необ­ ходимостью выполнять опорно-поворотные платформы надлежащей точ­ ности и системы для точной регистрации положения визирной оси в про­ странстве.


Астрометрические следящие установки, работающие по методу при­ вязки к опорным звездам, разделяются на следующие типы:

1) камеры, осуществляющие только ограниченное отслеживание суточного движения звезд;

2) камеры, осуществляющие слежение (компенсацию сдвига изобра­ жения объекта) перемещением пленки в фокальной плоскости камеры;

3) камеры, осуществляющие слежение за объектом и звездами вра­ щением объективно-камерной части вокруг соответствующих осей;

4) камеры, осуществляющие ограниченное слежение за звездами, ИСЗ \ Рис. 132. Фотографические изображения следов ИСЗ и звезд:

а — неподвижная камера;

б — экваториальная установка (отслеживание звезд);

в — отслеживание объекта следящей камерой а также слежение за объектом вращением объективно-камерной части и перемещением пленки в фокальной плоскости.

Камеры первого типа предназначены для регистрации ярких объек­ тов и осуществляют кратковременное отслеживание суточного движе­ ния звезд с помощью экваториальной платформы. К таким камерам относится отечественная камера ФАС [7, 21].

Камеры второго типа принципиально не отличаются от камер с не­ подвижной визирной осью, хотя и имеют компенсацию сдвига изображе­ ния. Их обзор ограничивается угловым полем камеры. Однако возмож­ ность слежения за объектом, а также возможность установочного движе­ ния вдоль траектории позволяют зарегистрировать слабые по яркости объекты (например, камера Панайотова).

К третьему типу относится американская камера Бейкера—Нанна и отечественная камера ВАУ.

К четвертому типу можно отнести отечественную камеру АФУ-75.

В зависимости от возможности отслеживания объекта или звезд в камерах создают так называемые измеримые изображения.

В неподвижной камере изображения объекта и звезд получаются в виде следов, которые для возможности точных измерений разры­ вают специальным затвором (рис. 132,а). Середина среднего разрыва обычно принимается за точку, координаты которой измеряются. Время экспонирования этой точки фиксируется и привязывается к автономной службе единого времени с высокой точностью (для звезд - 3 - 5 мс, для объекта до 0,1 мс). В следящих камерах программа измерений в за­ висимости от типа монтировки предусматривает отслеживание объекта или звезд, а измеримые изображения создают также затворами, обычно обтюраторными непрерывного действия (рис. 132, б, в). Еще один затвор ограничивает длину общего следа изображения.

Систему осей (монтировку) ОАИТ можно разделить на три основ­ ных типа.

1. Высотно-азимутальная.

2. Экваториальная.

3. Комбинированная.

Тип монтировки определяется положением главной (первичной) оси а — горизонтальная, б — а л ь т - а з и м у т а л ь н а я ;

в — экваториальная;

г — трехосная высотно-азимутальная г о р и з о н т а л ь н о г о типа (камера Б е й к е р — Н а н н ) ;

д — т р е х ­ осная экваториальная (камера В А У ) ;

е — четырехосная высотно-азимутальная камеры при любом количестве осей. В высотно-азимутальной монтиров­ ке главная ось направлена в точку зенита, т.е. занимает отвесное поло­ жение (рис. 133, а, б, г, е). В экваториальной (параллактической) монти­ ровке первичная ось направлена в полюс мира (параллельна оси враще­ ния Земли) — (рис. 133, в, д).

Отличаясь простотой и отсутствием изгиба первичной оси, высотно азимутальная монтировка не позволяет отслеживать звезды или объекты простым движением вокруг одной оси. Эта задача решается при исполь­ зовании экваториальной монтировки, однако здесь неизбежен изгиб полярной оси, что является существенным недостатком.

Комбинацией достоинств горизонтальной и экваториальной монти­ ровки является высотно-азимутальная монтировка с экваториальной платформой, позволяющей отслеживать звезды. Отличие от экваториаль­ ной монтировки состоит в том, что при комбинированной монтировке отслеживание звезд ограничено небольшим промежутком времени ( 2 - 3 мин).

Высотно-азимутальная монтировка имеет две разновидности: 1) го­ ризонтальную;

2) альт-азимутальную.

Альт-азимутальная двухосная монтировка (см. рис. 133,6) нашла наибольшее применение в геодезических приборах — это монтировка теодолита. Ее недостатком при использовании в следящих системах является то, что близзенитная зона (z « ± 5 ° ) оказывается недоступной для наблюдений, так как скорость слежения за небесными объектами может принимать значения от 0 до °°.

Горизонтальная монтировка (см. рис. 133, а) имеет тот же недоста­ ток вблизи точек востока и запада около горизонта.

Принципиальной особенностью этих двух разновидностей высотно азимутальной монтировки является то, что в горизонтальной монтиров­ ке для слежения за объектом наклоняются обе оси, т.е. плоскость накло­ на трубы занимает при повороте и слежении за объектом не только вер­ тикальное, но и сильно наклонное положение (практически до 8 0 - 8 5 ° ).

В альт-азимутальной монтировке визирная ось вращается всегда только в одной вертикальной плоскости, так к а к горизонтальная ось не меняет положения относительно горизонта. Это преимущество особенно суще­ ственно при вращении труб больших телескопов. Например, именно это обстоятельство послужило одним из оснований выбора для большого азимутального телескопа БТА (диаметр главного зеркала 6 м) альт азимутальной монтировки осей.

Количество осей, как было отмечено, может быть различным. Трех­ осная монтировка любого типа позволяет отслеживать объект (напри­ мер, ИСЗ) по дуге большого круга, четырехосная -- по дуге малого круга.

Кинотеодолиты имеют азимутальную монтировку: Как самая про­ стая, эта монтировка применяется в неподвижных камерах как уста­ новочная.

По способу регистрации ОАИТ подразделяется на визуальную, фото­ графическую, телевизионную, фотоэлектрическую, электронно-оптиче­ скую и др.

В настоящее время наибольшее применение в космической геодезии все еще находит фотографическая аппаратура, обеспечивавшая достаточ­ но длительный период времени наивысшую точность. Однако потенци­ альные возможности но точности лазерных и допплеровских наблюдений выше, чем фотографических, поэтому эти методы и соответствующая аппаратура бурно развиваются. Весьма перспективна телевизионная аппаратура и углоизмерительная аппаратура для наведения лазерных дальномеров.

В принципе измерительный комплекс типа оптического локатора с телевизионной аппаратурой слежения и наведения, с высокоточной автоматической системой регистрации положения визирной оси и ее на­ ведения в заданную точку небесной сферы с ошибкой не более 3 - 5 ", с лазерным дальномером высокой точности представляет несомненный интерес к а к для космической геодезии, так и для других видов траек ториых измерений.

§ 73. Кинотеодолигы Кинотеодолиты являются основными приборами, реализующими пе ленгационный метод измерений (см. рис. 131, я ).

Кинотеодолит предназначен для измерения в заданные моменты времени направлений на движущийся в пространстве объект с целью определения параметров его траектории, причем в процессе измерений производится автоматическая регистрация результатов измерений фото­ графическим, телевизионным, фотоэлектрическим и другими спосо­ бами.

Рис. 134. Схема регистрации направлений иа объект:

00' — визирная ось Пеленгационный метод измерений предусматривает одновременное (синхронное) определение направлений на объект с двух измеритель­ ных постов (станций), расположенных на расстоянии В друг от друга, называемом базой. Координаты постов и длина базы определяются гео­ дезическими методами с необходимой точностью.

Кинотеодолит аналогично теодолиту имеет два лимба (азимутальный и угол места), с которых снимаются отсчеты (автоматически регистри­ руются), соответствующие направлению визирной оси камеры.

Направление визирной оси — азимут 0 и угол места е называются О о с н о в н ы м и н а п р а в л е н и я м и (рис. 134).

Неизбежные ошибки слежения за объектом и ряд других причин приводят к тому, что изображение снимаемого объекта (точка т) не совпадает с перекрестием кадра камеры О' и характеризуется коорди­ натами х и у относительно последнего. Поэтому направления на объект Р и е отличаются от направлений визирной оси 0 и е на величины А( О и Ае, именуемые п о п р а в к а м и к о с н о в н ы м н а п р а в л е н и я м. Таким образом, направления на объект с учетом поправок определяются выра­ жениями (12.1) Приведем без вывода формулы для определения поправок к основ­ ным направлениям:

(12.2) Д0 = cos е + у sin е f 0 K или х ху sin €Q А0 = Д0, + А0 +Д0з = Р - Та 1— Р + г / cose / cos е к 0 к ху sin Со + —з з—-Р. (12.3) cos /к е где х, у — линейные координаты изображения объекта относительно перекрестия кадра камеры;

/ - фокусное расстояние камеры;

е - к угол места визирной оси, считанный с лимба;

Д / 3,, Д 0, Д 0 — соответ­ 2 ственно поправки первого, второго и третьего приближений, которыми можно ограничиться в зависимости от точности измерений.

Поправку к основному направлению по углу места А б и соответ­ ствующие приближения вычисляют по формулам:

+ 2 Лк У" Лс cose + y s i n e ) 0 Дб = arc sin V ;

;

;

(12.4) У tg €о X Дб = Ае + Дб + Де = — р — р 1 2 3 'к 'к УХ у* (-1—\— + (12 5) - Р 2/ cos б 2/ к 0 к Формулы (12.2) и (12.4) являются точными формулами для вычис­ ления поправок к основным направлениям по азимуту ДД и по углу места Де.

Необходимая точность введения поправок в угловой мере опреде­ ляет требуемую величину фокусного расстояния камеры, так к а к линей­ ная ошибка при измерении координат определяется предельными воз­ можностями измерительной аппаратуры и характером объекта (при расчете обычно принимают Ах — Ау = 0,003-0,005 м м ), а соответству­ ющая угловая ошибка обратно пропорциональна фокусному расстоянию камеры.

Фокусное расстояние современных кинотеодолитов достигает 3000 м м и более, входное отверстие - 400 м м и даже более. Отсюда особенности конструкции, связанные с большими нагрузками. В гл. указывалось, что осевые системы кинотеодолитов строятся на подшип­ никах качения.

На рис. 135 приведен общий вид одного из зарубежных кинотеодо­ литов. Здесь 4 - главная труба;

3 и 5 - визиры;

2 и 6 - штурвалы следящих приводов;

1 и 7 - сиденья для операторов.

Направления 0 и е на двух постах должны быть измерены строго одновременно (с допустимой ошибкой). Опуская обоснования, отметим, что это требование одновременности относится прежде всего к синхро­ низации измерений основных направлений, т.е. регистрации показаний лимбов, на обоих постах.

22 - B.C. Плотников Условие одновременности ре­ гистрации основных направлений двумя или более измерительными постами кинотеодолитной станции называется у с л о в и е м, в н е ш н е й синхронизации.

В каждом теодолите должно быть выполнено еще одно усло­ вие - условие одновременности регистрации показаний лимбов и объектов, т.е. измерение основных направлений Д и б и поправок к 0 ним Д/3 и А е. Это условие называ­ ют условием внутренней с и н х р о н и з а ц и и. Оно относится к каждому кинотеодолиту в отдель­ ности, хотя отступление от него не Рис. 135. Кииотеодолит EOTS ("Контр должно превышать в любом кино­ вейс", Швейцария) теодолите измерительного комп­ лекса величины одного и того же порядка.

Измерение траектории предусматривает решение следующих основ­ ных задач:

1) последовательное определение координат летящего объекта в пространстве и построение по ним геометрической траектории его по­ лета;

2) определение скорости и ускорения движения объекта на любом участке траектории.

Для решения первой задачи моменты регистрации (измерения) на­ правлений на объект не обязательно привязывать к единой системе вре­ мени. Важно только, чтобы в заданные моменты времени, соответству­ ющие темпу (частоте) съемки, все кинотеодолиты станции регистриро­ вали направления на объект одновременно (выполнение условий внеш­ ней и внутренней синхронизации).

Для решения второй задачи, т.е. для определения скорости и уско­ рения движения объекта на траектории, необходимо точно знать интер­ валы времени между отдельными моментами регистрации направлений, для чего моменты регистрации направлений должны быть привязаны к единой для данной съемки системе времени.

Кинотеодолитные измерительные комплексы имеют, как правило, автономную службу единого времени (СЕВ), которая кроме функции синхронизации регистрации выполняет функцию управления всем про­ цессом съемки, осуществляющимся автоматически.

Каждый кинотеодолит имеет соответствующие блоки для приема и формирования управляющих сигналов.

Один из постов станции является центральным. Он комплектуется блоками системы управления съемкой и связан с остальными постами кабельной или радиосвязью. При системе радиосвязи на УКВ длина базы определяется условиями прямой радиовидимости с учетом высоты ан­ тенн.

Таким образом, кинотеодолит должен быть построен по классиче­ ской схеме обычного теодолита с вертикальным кругом и, кроме того, должен иметь дополнительные блоки, узлы и системы:

1) систему автоматической регистрации основных направлений (показаний лимбов);

2) систему автоматической регистрации положения объекта относи­ тельно визирной оси для последующего определения поправок к основ­ ным направлениям;

3) систему, обеспечивающую слежение за движущимся объектом (осевые системы вертикальной и горизонтальной осей, синхронно-сле­ дящие и другие приводы и визирные устройства - трубы-искатели);

4) блоки и элементы, входящие в систему управления съемкой;

5) блоки и элементы службы единого времени (СЕВ);

6) систему обеспечения внутренней синхронизации.

Кроме того, кинотеодолитная станция в целом имеет систему управ­ ления съемкой с автоматической службой единого времени и систему связи с измерительными постами, передачу на них командных сигналов управления и получения обратных контрольных сигналов о работе аппа­ ратуры.

Современные кинотеодолиты обеспечивают измерение направлений с ошибкой, не превышающей нескольких секунд [ 7 ]. При этом ошибка внешней синхронизации должна составлять десятые доли миллисекунды.

Внутренняя синхронизация выполняется почти на порядок грубее.

Угловая скорость движения объекта относительно измерительного поста, а следовательно, угловая скорость движения измерительной части кинотеодолита достигает 20 °/с и более, частота съемки — до 40 50 кадров/с.

При указанной скорости вращения измерительной части кинотеодо­ лита и весьма высокой точности во избежание смаза изображения штри­ хов лимба при их регистрации время регистрации (выдержка при фото­ регистрации) не должно превышать 0,0001 с. Такая выдержка не обес­ печивается механическими затворами. Решение этой задачи оказалось возможным с применением импульсных ламп в системах с фоторегист­ рацией и применением фотоэлектрических и других автоматических устройств. Применение различных систем для автоматического получе­ ния отсчетов лимба и координат х и у изображения объекта и введения этих данных в вычислительную машину позволяет ускорить получение результата измерений. Для этого, например, регистрация изображения объекта производится телевизионной системой, а положения визирной оси - фотоэлектрическим устройством [ 7 ]. При кодировании отсчета при фотографической регистрации также ускоряется процесс обработки данных и получение окончательных результатов измерений.

Как было указано в гл. 3, при кинотеодолитных измерениях воз­ можна работа только при одном положении круга, поэтому методичес­ кие возможности исключения систематических ошибок осевых систем отсутствуют.

22* Для обеспечения высокой точности измерений при изготовлении в кинотеодолите обеспечивают необходимую точность осевых систем технологическими мерами либо применяют автоматические устрой­ ства для компенсации наклона горизонтальной оси [ 7 ]. Следует отме­ тить, что в этом случае должны быть приняты меры и для учета наклона вертикальной оси.

§ 74. Обоснование и выбор основных параметров и элементов конструкции астрометрических оптических приборов спутниковой геодезии Астрометрическис оптические приборы спутниковой геодезии работают на основе метода привязки к опорным звездам, осуществляемого фото­ графическими наблюдениями. Поэтому рассмотрим обоснование и вы­ бор основных параметров фотографической оптической аппаратуры, работающей но методу опорных звезд.

В § 36 выведена формула (7.47) для обобщенного параметра фото­ камеры D Q = т т? —.

об Кроме того, выведены формулы (7.42) и (7.45), связывающие осве­ щенность на входном зрачке Z? от объекта соответствующей яркости 3p (можно ее оценивать для точечных объектов в звездных величинах т ), угловую скорость с о движения изображения объекта в области по­ из верхности светочувствительного слоя с параметрами камеры и чув­ ствительностью фотоматериала S., а именно 10 с!

кр ^зр 2, Ч = 0.85 'об ^ •^к ^кр зр Следует подчеркнуть, что при выводе этих формул предполагалось, с что эффективная выдержка Г ф = ^ р / / к ^ и з независимо от того, явля­ Э К ется камера неподвижной или следящей, так как во втором случае мини­ мальная скорость движения изображения будет определяться ошибками слежения. Поскольку допустимая величина смещения изображения за время ^ э ф ' к р ™ (05- 1 ) с /, a d p = 0,02-0,03 мм, то слежение необ­ кр K ходимо выполнять достаточно точно.

При условии, что ошибка отслеживания отсутствует и с о = 0, из освещенность Е в центре фокальной поверхности следящей камеры будет равна *из = " ? ( - Г ~ ) * з р. (12.6) Из параметров камеры стараются во всех случаях сделать макси­ мально возможными, т.е. близкими к единице, коэффициент пропуска­ ния объектива т и коэффициент полезного действия затвора 77.

об Остальные параметры камеры ( Д / и * ) являются основными к кр и определяются характеристиками объекта (яркость, угловая скорость движения), типом камеры и ее монтировкой, способом обработки и необходимым угловым полем изображения.

Т и п к а м е р ы - неподвижная или следящая — определяется пре­ дельной яркостью и угловой скоростью объекта. Неподвижные камеры, например баллистические, обеспечивают высокую точность (до 1"), но при угловой скорости объекта порядка 1 °/с яркость в 6-ю звездную величину является уже пределом. Так, например, камера Бейкер—Наин при неподвижном режиме работы регистрирует спутник, даижущийся т со скоростью оо = 0,1 °/с при предельной звездной величине около 8.

Таким образом, по заданной яркости (в переводе на ) и ско­ зр рости объекта прежде всего решается вопрос о возможности регистра­ ции объекта неподвижной камерой, одной из существующих, с известны­ ми параметрами. Для этого удобно воспользоваться формулами (7.47) и (7.42), приведенными к виду *эр (12.7) где Н - необходимая величина экспозиции ( Я = 10/S/ )»

0f Если камера с выбранной величиной Q не решает задачи, то надо переходить к следящей камере с тем же или меньшим значением Q или увеличивать величину Q неподвижной камеры, задавая новую разра­ ботку. При этом следует помнить, что величина Q ограничена многими факторами и для определенного типа камер имеет оптимальное и пре­ дельное значения, определяемые возможностями расчета и технологией изготовления оптических систем.

При выборе следящей установки необходимая точность слежения определяется допустимым значением о при заданной величине Е из и Q [см. формулу (12.7)]. При этом соотношения между параметрами и значения параметров камеры должны быть оптимизированы с учетом всех факторов, имеющих наибольшее значение.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 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.