Плотников В.С. Геодезические приборы

Подождите немного. Документ загружается.

Наклонное

расстоя-

ние

Авторейнджер

1 Г"

Полевой

вычислитель^

Индика-

тор

Функцио-

нальный

пе

реключатель

Микропроцессорная

система

вертикаль-

ный

угол

Горизон-

тальный

угол

Автомата-]

ческий вер

тикаль-

ныйиндеке

Вектрон

М Микропро- Н

цессорная

система

Индика-

тор

Многопоэици-

очный

переключа-

тель

Накопи-

тель

Индика-

тор

Микропроцессор

клавиатура

ввода

данных

ТУагнито^

Печатаю-

щее

уст-

» Г*

I уройшво J

\__данных__

Рис. 165. Функциональная схема тахеометра "Вектрон-Авторейнджер"

Вертикаль

ный

угол

Горизон-

тальный

угол

Автомати-

ческий вер-

тикальный

индекс

Измеритель-

ный

блок

Наклонное

расстоя-

ние

Вычисли-

тель

^Отсчетно-конт-

рольный

блок

Пульт

управ-

ления

Вычисли-

тель

Индикатор-

ный

бпок

I I I I

Клавиатура

ввода

данных

Ленточный

перфоратор

Рис. 166. Функциональная схема геодиметра 710

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. 165

[10].

Измеренные и вычисленные величины выводятся на индикаторные

Вертикалью

угол

Горизон-

тальный

угол

Автомати-

ческий

вер-

тикальный

индекс

Тахимат

ТС1

Наклонное

расстоя-

ние

Ми про ЭВМ

Индикатор-

ный

блок

Индикатор-

ный

блок

Клавиату-

ра

ввода

данных

Клавиату-

ра

ввода

данных

Кассетный

магнито-

(рон

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 км.

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 710

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 ТС1" 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, как правило, на базе обычных оптических тео-

долитов. К этому типу приборов относятся, например, тахеометр ТА5,

разработанный в СССР на базе теодолита 2Т5К и светодальномера ЗСМ2

("Блеск"), и тахеометр EOT

2000

Народного предприятия "Карл Цейсе"

(ГДР) на базе оптического теодолита Тео

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 %

Рис. 168. Схема вычисления координат точек маршрута

382

ляет координаты местоположения топопривязчика

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:

= х

+ £ 3S

coso^; (14.13)

= у

+|65

sina

(14.14)

где

JC4 и уд —

координаты начальной точки маршрута

(рис. 168);

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; 2

— синусно-косинусный

построитель;

— множительный механизм координаты

у; 4 -

датчик

пути;

—

гирокурсоуказатель;

—

генератор

(110 В, 55 Гц); 7

—гене-

ратор

(70 В, 220 Гц);

СКВТ-3

—

синусно-косинусный вращающийся

трансформатор.

Гирокурсоуказатель служит

для

непрерывного определения дирек-

ционного угла.

Его

основным узлом является астатический гироскоп

Шкальный

механизм

„X*

АЛ

V /V

плинии 'гл

Шкальный

механизм „У

Курсопрокладчик

КП-1М

Рис.

169.

Функциональная схема топопривязчика

Множительный,

механизм

Е ос

От датчика

пути

множитель-

j ному механизму

Рис. 170. Схема сииусно-косинусного построителя

с тремя степенями свободы. Гироскоп снабжен корректирующим и гори-

зонтирующим устройствами, предназначенными для удержания его глав-

ной оси в плоскостях горизонта и меридиана. Дистанционная передача

угла от гирокурсоуказателя в курсопрокладчик осуществляется с по-

мощью синусно-косинусных вращающихся трансформаторов.

Синусно-косинусный построитель (рис. 170) представляет собой

механическое устройство, с помощью которого осуществляется преоб-

разование угла поворота вала СКВТ в возвратно-поступательные пере-

мещения двух штоков, пропорциональные синусу и косинусу дирекци-

онного угла.

Операция перемножения приращений пути 5 5,- на cos и sin дирек-

ционного угла осуществляется множительными фрикционными механиз-

мами. Диск D множительного механизма, связанный через специальный

механизм с колесами автомашины, на которой смонтирован топопривяз-

чик, вращается со скоростью, пропорциональной скорости ее движения.

Угол поворота диска D определяется как

sp = KAS

(14.15)

где - отрезок пути; А' - коэффициент пропорциональности.

Шарик F, закрепленный в специальной обойме на конце штока

синусно-косинусного построителя, прижимается одновременно к поверх-

ности диска D и к цилиндрической поверхности валика Е, ось которого

пересекается с осью диска D под прямым углом. При вращении диска D

давление за счет трения передается на валик Е через шарик F, враща-

ющийся в обойме.

За счет перемещения штока изменяется передаточное отношение

фрикционного механизма, которое пропорционально расстоянию от

центра шарика

до

оси

вращения диска:

= PIR,

где

R -

радиус валика

Е.

Так

как

положение шарика определяется величиной перемещения

штока, величина

пропорциональна косинусу

или

синусу дирекционно-

го угла. Тогда угол поворота

валика

Е для

координаты

определит-

ся

как

= -—-^cosa,- =

K-j^-ASi

cosa,-,

(14.16)

где

— расстояние

от

центра вращения диска синусно-косинусного

построителя

до

оси

пальца, закрепленного

точке

А.

Учитывая,

что

Д5,- cosa,- =

Дд^,

обозначая

= Л/, Axi =

fl/Af,

получим

где

—

постоянная величина.

Таким образом, угол поворота валика

пропорционален прираще-

нию координаты

х.

Суммирование приращений координат осуществляют шкальные

суммирующие механизмы, представляющие собой декадные счетчики

числа оборотов валика

Е.

Одновременно угол

передается

на

барабан,

на котором закреплена карта через масштабный редуктор.

Это

позволя-

ет автоматически вычерчивать путь, пройденный топопривязчиком.

По рассмотренной схеме построены топопривязчики

ТМ, ТМГ и

ТМ-11,

имеющие между собой некоторые конструктивные различия.

Точность определения координат топопривязчиком зависит

от

вели-

чин погрешностей механизма измерения расстояния

гирокурсоуказа-

теля,

также

от

длины маршрута,

его

уклонений

от

прямолинейного

направления

и от

условий местности.

Современные топопривязчики позволяют определить координаты

со средними квадратическими ошибками

10, . .., 15 м при

длинах

маршрута

до 3 км: 15,. .., 20 м

при

длинах маршрутов

до 5 км;

25,...,

при

длинах маршрутов

до 10 км [29].

84.

Высотомеры-автоматы

В основу определения превышений высотомерами-автоматами положена

формула

лв

- 5

sin

а,

где

S -

расстояние между точками

А и В; а -

угол профиля местности.

Высотомер устанавливается

на

транспортном средстве (автомашине)

и измеряет углы

наклона платформы

горизонту

каждый момент

времени. Синусы полученных углов умножаются

на

элементарные отрез-

B.C. Плотников

ки пути, проходимые автомашиной

измеряемые датчиком, связанным

ее

колесами

или с

колесом специальной тележки. Таким образом,

определяются элементарные превышения

(рис. 171)

Ahj

= Angina,.,

суммирование которых дает искомое превышение

лв

= I ASj sina

(14.17)

При

AS 0

будем иметь

АВ

= / sinadS. (14.18)

Или через скорость движения

<в

лв

= S v sin a dt

(14.19)

где

—

скорость движения автомашины.

Устройства, работающие

по

дискретному приндипу (цифровые),

воспроизводят формулу

(14.17), а

устройства, работающие

по

непре-

рывному принципу (аналоговые), воспроизводят формулу

(14.18)

или

(14.19).

В любом случае необходимо измерять угол профиля

а,-,

определять

синус этого угла

производить вычисления

по

приведенным формулам.

Угол профиля может быть определен различными способами. Наиболее

простым способом измерения угла

{

приемлемым

для

использования

в высотомерах-автоматах, является способ измерения

помощью маят-

ника. Наибольшую сложность

при

этом вызывает компенсация линейных

ускорений платформы*.

*Малкин

ЯЛ.,

Шиллинг ер

В.

И.

Автоматические приборы

для

определения

превышений, устанавливаемые

иа

автомобилях.

Труды МИИГАиК,

вып. 23,

1956, с.

63-91.

Для того чтобы при движении точки подвеса с переменной ско-

ростью маятник оставался в положении равновесия, к нему нужно при-

ложить компенсационный момент, который должен быть равен по вели-

чине моменту сил инерции, но противоположен ему по знаку

~ —Р

/ cos а = ml

cos а,

(14.20)

где Р — сила инерции; / - расстояние от точки подвеса маятника до

его центра тяжести; m - масса маятника; а

—

угол профиля местности.

Для создания компенсационного момента на оси подвеса маятника

укреплена подвижная катушка (рамка), находящаяся в поле постоянно-

го магнита. Полюсные наконечники и сердечник изготовлены в виде

параллельных пластин, благодаря чему в воздушном зазоре создается

однородное магнитное поле. В этом случае при протекании тока в рамке

возникает вращающий момент, пропорциональный косинусу угла пово-

рота плоскости рамки относительно магнитного поля.

Рамка магнитоэлектрического устройства подключена к выходу

тахогенератора с возбуждением от поля постоянных магнитов, вал ко-

торого механически соединен с колесами автомобиля. Электродвижу-

щая сила такого тахогенератора пропорциональна скорости вращения

его вала, т.е. пропорциональна скорости движения автомобиля.

Схема включения рамки приведена на рис. 172.

При малых сопротивлении и индуктивности контура ток /, проте-

кающий по рамке, может быть определен по приближенной формуле

= КСа,

где К — постоянный коэффициент, зависящий от параметров схемы.

Таким образом, момент, возникающий на оси рамки, будет про-

порционален ускорению движения автомобиля и косинусу угла профи-

ля местности. Элементы схемы подбираются таким образом, чтобы этот

момент был равен необходимому компенсационному моменту ЛГ

Для вычисления превышений могут быть использованы электроме-

ханические интегрирующие устройства или другие счетно-решающие

устройства.

На описанном принципе построены высотомеры-автоматы, разрабо-

танные в МИИГАиК: ВА-52, ВА-1М, ВА-56 и ABA [29]. Достижимая

средняя квадратическая ошибка определения превышений этими прибо-

рами лежит в пределах 0,05, . . . , 0,2 м на 1 км хода при использовании

двукратных ходов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

• 1. АникстД.А. Высокоточные теодолиты Т1 и Т05. М., Недра, 1978.

*2. Афанасьев В.А., Усов B.C. Оптические приборы и методы контроля пря-

молинейности в инженерной геодезии. М., Недра, 1973.

• 3. Бернштейн А.С., Джохадзе Ш.Р., Перова ИМ. Фотоэлектрические измери-

тельные микроскопы. М., Машиностроение, 1976.

4. Большаков В.Д. Теория ошибок наблюдений. М., Недра, 1983.

* 5. Грейм И.А. Оптические дальномеры и высотомеры геометрического типа.

М., Недра, 1983.

в.Деймлих

Ф.

Геодезическое инструментоведение. М„ Недра, 1970.

•» 7. Елисеев СВ. Геодезические инструменты и приборы. М., Недра, 1973.

8. Захаров А.И. Новые теодолиты и оптические дальномеры. М., Недра,

1970.

9. Зверев А.Е., Максимов В.П., Мясников В.А. Преобразователи угловых

перемещений в цифровой код. Л., Энергия, 1974.

« 10. Камен X. Электронные способы измерений в геодезии. М., Недра, 1982.

II.

Клим ков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами.

М., Сов. Радио, 1978.

• 12. Кочетов Ф.Г. Нивелиры с компенсаторами, М., Недра, 1985.

13. Кузнецов П.Н., Васютинский И.Ю., Ямбаев Х.К. Геодезическое инструмен-

товедение. М., Недра, 1984.

14. Кулагин В.В. Основы конструирования оптических приборов. Л., Машино-

строение, 1982.

15. Литейное Б.А., Лобачев В.М., Воронков ИМ. Геодезическое инструменто-

ведение. М., Недра, 1971.

16. Методы и приборы высокоточных геодезических измерений в строитель-

стве / В.Д. Большаков, И.Ю. Васютинский, Е.Б. Клюшин и др. М., Недра, 1976.

П.Михеечев B.C. Практикум по курсу "Геодезические приборы'*, М„ Недра,

1974.

18. Михеечев B.C. Геодезические светодальномеры. М., Недра, 1979.

19. Новая геодезическая техника и се применение в строительстве / В,А. Ве-

личко, С.Ф. Мовчан, В.Е. Дементьев и др. М., Высшая школа, 1982.

р 20. Оптические системы геодезических приборов / Д.А. Аникст, О.М. Голубов-

ский,

Г.В. Петрова и др. М., Недра, 1981.

21. Основы спутниковой геодезии. Под ред. А.А. Изотова. M., Недра, 1974.

22. Пащенков В.З. Радио- и светодальномеры. М., Недра, 1972.

23. Плотников B.C., Варфоломеев ДМ., Пустовалов В.Е. Расчет и конструиро-

вание оптико-механических приборов. М., Машиностроение, 1983.

24. Плотников B.C., Федоров С.Ф. О некоторых методологических вопросах

при определении информационных характеристик геодезических и других измери-

тельных приборов. - Изв. вузов, "Геодезия и аэрофотосъемка", 1980, №6,

с.

93-100.

25. Полевой В.А. Работа с трехкоордннатным топопривязчиком. М., Недра,

1978.

26. Селиханович В.Г. Геодезия, часть

II.

М., Недра, 1981.

27. Спиридонов AM., Кулагин Ю.И., Кузьмин М.В. Проверка геодезических

приборов. М., Недра, 1981.

28. Справочник конструктора оптико-механических приборов. Л., Машино-

строение, 1980.

29. Справочник геодезиста. Под ред. В.Д. Большакова и Г.П. Левчука. М.,

Недра, 1985.

30. Теория оптических систем / Б.Н. Бегунов, Н.П. Заказное, С.Н. Кирюшин

и др. М., Машиностроение, 1981.

31.

Торочков

В.Ю,

Гиротеодолиты.

М.,

Недра,

1970.

32.

Уралов С.С. Курс геодезической астрономии.

М.,

Недра,

1980.

33.

Федоров

Б.Д.

Маркшейдереко-геодеэические приборы

инструменты.

М., Недра,

1971.

34.

Фотоэлектрические преобразователи информации

/ Л.Н.

Преснухин,

В.Ф. Шаньгин,

С.А.

Майоров

и др. М.,

Машиностроение,

1974.

35.

Черемисин

М.С.,

Ардасенов

В.Д.,

Кольцов

В.П.

Нивелиры

компенсатора-

ми.

М.,

Недра,

1978.

36.

Якушенкое

Ю.Г.

Теория

расчет оптико-электронных приборов.

М.,

Советское радио,

1980.

37.

Ям бае в

Х.К.

Высокоточные створные измерения.

М.,

Недра,

1978.

38.

Harshberger

G. Standartization of the television Raster for Non-Broadcast

Applications.

SMPTE

Journal,

September, 1982, pp.

797-807.

39. Lamy Ph. et aL Astronomical Applications of

Infrared

Television Imaging.

Astronomy and Astrophysics vol.

77,1979,

pp.

257-260.

40. Niwa N. Application of television techniques to image data acquisition.

"Pro-

ceedings

of the 13-th International Congress on High Speed Photography and Photonics.

Tokyo,

1978, 1979, pp. 86-91.

41. Oxada T. et al. "New filter

technology

in picture processing

"IEEE

International

conference on consumer electronics Arlington Heights" New

Jork,

1982, pp. 12-13.

42.

Rark

E. et al. "Measurements of Point Source Sensitivity of Three High

Gain

Camera

Tubes. Photo-Electronic Image Devices Proceedings of the symposium held

at imperial

college",

London, 1976, pp.

263-277.

43. Sharma C. and Bhushau Q. Anticipation and evolution of performance of low-

light level television sistems. "Proceeding of Symposium on

Infrared

Technology and

Instruments. Bombay,

March

5-7, 1980, 1981, pp. 35-39.