Криворізький Національний Університет

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

Державний вищий навчальний заклад

Криворізький Національний Університет

Білет №21

Виконав: студент гр. ЗІГ-1-13

Ковальов О.С.

Викладач: Хлиповка Є.Г.

Кривий Ріг

1. Некогерентний Дальномір Мандельштама і Папалексі.

Всі вживані в геодезії радіодалекоміри є теллурометрамі. Це гетеродинні далекоміри з активним відбивачем. Вони складаються з двох станцій: ведущей і ведомой. На провідній станції виконують фазові вимірювання, відомою станцією називають активний відбивач. Роль несучих коливань виконують електромагнітні коливання з довжиною хвилі від 10 см до декількох міліметрів. Несучі коливання модулюють вимірювальними, які в радиодальномер прийнято називати масштабними. Фазометри радиодальномеров дозволяють визначити будь-яке значення різниці фаз в межах періоду. Для вирішення виникаючих в них багатозначності використовують кілька масштабних частот.

Успіхи радіодальнометрії пов'язані з іменами видатних радянських академіків Л.І.Мандельштама і Н.Д. Папалексі, які в 1933 р запропонували схему некогерентного далекоміра з активним відбивачем. Вона лежить в основі першого, який знайшов практичне застосування радіодальномера, сконструйованого в 1957 р англійцем Т.Д. Уодлі і названого їм теллурометром.

Радіодальномірні вимірювання мають ряд особливостей. По-перше, довжина хвиль несучих коливань радіодалекомірів у багато разів більше довжини хвилі світла, через що не вдається зібрати їх в досить вузький пучок, що призводить до значних втрат сигналу і потрапляння частини його на земну поверхню. Частина відбитих від неї коливань при сприятливих умовах приймає інша станція, що викликає похибки вимірювань, характерні тільки для радіодалекомірів. По-друге, похибки вимірювання вологості повітря істотніше спотворюють визначається швидкість несучих коливань в радіодалекомірів, ніж в Светодалекомірів. Все це поки обмежує точність радіодалекомірних вимірювань.

Далекомір складається з відомою і провідною станцій, які встановлюють по кінцях вимірюваної лінії S. Кожна зі станцій випромінює електромагнітні коливання різних, але близьких частот ведуча - частоти f1, а ведена - частоти f2, причому f1> f2.

Коливання, що випромінюються однією станцією, приймаються інший. Прийняті станціями коливання потрапляють на змішувач, на який також надходить частина коливань, випромінюваних цією станцією. Отже, на змішувач відомою і провідною станцій йдуть коливання частоти f1 і f2. У змішувачі утворюється ряд коливань комбінаційних частот, з яких виділяють коливання низької частоти F = f1-f2.

На відомій станції коливання частоти F слідують на передавач низькочастотних коливань, який передає їх на провідну станцію. Там їх приймає окремий приймач, налаштований на частоту F. Коливання з низькочастотного передавача і з змішувача провідною станції подають на фазоізмірітельний блок, який вимірює різницю фаз потрапили на нього коливань.

В основу теллурометрів покладено некогерентний далекомір Мандельштама і Папалексі. Для усунення частини його недоліків в теллурометрі передача коливань частот f1, f2 і F проводиться на високочастотних несучих коливаннях. Крім того, в теллурометрі передбачено виключення часу проходження радіохвилями електричних ланцюгів станцій. Це ускладнило схему теллурометра.

Як на відомою, так і на відущій станціях джерелом несучих коливань служать клістронні генератори. Їх частота приблизно дорівнює 3000МГц. Після настройки несучі частоти відомою станції на 33МГц більше, ніж на провідній.

Коливання з кварцового генератора на двох станціях потрапляють на клістронний генератор, де під їх дією відбувається модуляція коливань по частоті. Антенні пристрої випромінюють частотно-модульовані несучі коливання в напрямку іншої станції. Кожна станція приймає коливання, які випромінює інша станція. Кожна станція принімає коливання, які випромінює іншою станцією, а також частина коливань зі свого передавача. Обидва коливання з антени йдуть на змішувач, встановлений на вході приймача. Таким чином, в змішувач кожної станції змішуються частотно-модульовані коливання провідною і відомою станції.

При розгляданні принципів роботи некогерентного радіодальноміра Мандельштама і Папалексі ми не брали до уваги час, необхідний для проходження радіохвилями вузлів станцій далекоміра. Точно так само ми вважали, що і в теллуромітрі радіосігнали миттєво проходять ланцюги відомою станції від приймального до передавального антенного пристрою і від приймального антенного пристрою до фазоізмірітельного пристрою на провідній станції. Насправді радіосигнали проходять ланцюги станцій за кілька наносекунд, що спотворює результати вимірювань дальномірами.

Труднощі у виключенні затримки викликана тим, що її значення не постійно. Вона залежить від режиму роботи окремих вузлів станцій, від зовнішніх умов.

2. Охарактеризувати способи реєстрації фази модульованого світлового потоку.

Модуляція – закономірна зміна вибраного параметра світлового потоку. У світловіддалемірах модулюють інтенсивність світлового випромінювання, або форму еліпса поляризації. Інтенсивність світла – це середня в часі густина світлового потоку. Вона прямо пропорційна до квадрата амплітуди електромагнітних коливань. Тому, модуляцію інтенсивності світла можна вважати різновидністю амплітудної модуляції. До модуляції світла у світловіддалемірі ставлять декілька вимог: по – перше, в зв’язку з тим, що модулюючи коливання є вимірювальними, закон модуляції світла повинен бути гармонійним або близьким до нього. По друге, частота модуляції світла повинна бути більшою або дорівнювати 10 мГц. По третє потрібно мати можливість без складних перетворювань змінити плавно або дискретно частоту модуляції світла. Інші два способи модуляцій світла, а саме внутрішнє і зовнішнє. Внутрішнею модуляцією називається такий спосіб, при якому періодичні зміни параметра світлового променяв відбувається безпосередньо в джерелі світла під впливом зміни напруги його живлення. Цим способом найпростіше модулювати інтенсивність випромінювання. Внутрішня модуляція можлива в газорозрядних лампах, НПЛ і світлодіодах. Найпростіше її здійснювати в двох останніх джерелах завдяки тому, що між інтенсивністю випромінювання і силою струму, який проходить через них, існує практично лінійна залежність. Для отримання модульованого за інтенсивністю випромінювання через н/провідник пропускають крім постійного струму І₀ ще змінний струм.

Інтенсивність випромінювання:

К- коефіцієнт пропорційності, залежить від властивостей світлодіода чи лазер:

- постійна складова інтенсивності;

- амплітуда змішаної складової, яка у в/д з’являється під впливом коливань.

Таким чином, при живленні НПЛ чи світлодіода постійним і змінним струмом отримаємо гармонічний закон модуляції. Частота і фаза модуляції інтенсивності дорівнює частоті і фазі виміряних коливань. Зміна струму на світловіддалемірі чи НПЛ приводить до миттєвої зміни інтенсивності вимірювання, тобто можна вважати, що в них відсутня інерційність. Завдяки цьому, в цих джерелах світла можна модулювати інтенсивність випромінювання на дуже високих частотах (до декількох гГц).

Цей спосіб модуляції використовується в топографічних віддалемірах. При зовнішній модуляції джерела світла дає постійний світловий потік, а його модуляція здійснюється під впливом вимірювальної напруги в окремому пристрої, крізь який проходить світловий потік. Цей пристрій називається модулятором. Таким способом модулюють світло в сучасних віддалемірах з газовими лазерами.

Його використовують також тоді, коли джерелами світла служили лампи розпарювання та газорозрядні лампи. Модулятори світла у віддалемірах мають відповідати вимогам, про які говорилося вище. Крім цього вони повинні бути простими, мати малу масу та мінімальну потужність живлення приведення їх до робочого стану не повинно викликати труднощі. На їх роботу не повинно впливати зміни метеорологічних умов. Бажано, щоб їх прозорість була високою, що забезпечить мінімальні втрати світлової енергії. Нажаль, модулятора, який задовольняє всі вимоги не має. Модулятори світла поділяються на 3 класи:

механічні (найбільш прості);

фізико-оптичні;

електрооптичні.

Фізико - оптичні теж модулюють інтенсивність світла. В них використовуються явища інтерференції або дифракції. В дифракційних модуляторах збуджують зміну дифракційну гратку в рідині або в кристалі. Недоліком цих модуляторів є те, що вони модулюють світло на одній частоті. В історії розвитку світловіддалемірної техніки відомі факти, використання фізико-оптичних модуляторів, але широкого розповсюдження вони не отримали тепер у світловіддалемірах застосовують тільки електрооптичні модулятори, робота яких основана на явищі штучного подвійного променезаломлення, що виникають під дією електричного поля.

Природний промінь після проходження поляризатора стає плоскополяризованим. В природних умовах подвійне променезаломлення спостерігають при проходженні світла через деякі кристали. Із теорії Максвелла відомо, що світло – це поперечні електромагнітні хвилі, бо в них електричний і магнітний вектори коливання в площинах, перпендикулярних до напрямку розповсюдження хвиль. В природі промені коливання векторів однаково можливі у всіх перпендикулярних до промена напрямків. Якщо вектори коливань якимось чином впорядковані, то промінь називається поляризованим. В плоскополяризованому промені коливання електронного вектора відбувається в одній площині, а магнітні вектора в перпендикулярній до неї площині. Площина, в якій відбуваються коливання електроного вектора промена, називається площиною поляризації промена визначається орієнтацією площини поляризації поляризатора. Природний промінь потрапивши в кристал розкладається на два плоскополяризовані промені, площини коливань яких взаємно перпендикулярні.

3.Загальний устрій та принцип роботи електронних тахеометрів.

В електронно-оптичних тахеометрах відстані вимірюються по різниці фаз випускаймого і відбитого променя (фазовий метод), а іноді (у деяких сучасних моделях) по часу проходження променя лазера до відбивача і назад (імпульсний метод). Точність вимірювання залежить від технічних можливостей моделі тахеометра, а також від багатьох зовнішніх параметрів: температури, тиску, вологості і т. п.
Діапазон вимірювання відстаней тахеометром залежить також від режиму роботи тахеометра: відбивачем або без відбивача. Дальність вимірювань при безвідбивному режимі прямо залежить від властивостей поверхні, на яку проводиться вимірювання. Дальність вимірювань на світлу гладку поверхню (штукатурка, кахельна плитка тощо) у кілька разів перевищує максимально можливу відстань, виміряна на темну поверхню. Максимальна дальність лінійних вимірювань для режиму з відбивачем (призма) — до 5 кілометрів (при декількох призмах — ще далі); для безвідбивачевого режиму — до 1 кілометра. Моделі тахеометрів, які мають безвідбивачевий режим, можуть вимірювати відстані практично до будь-якої поверхні, однак слід з обережністю ставитися до результатів вимірювань, проведених крізь гілки, листя і подібні перешкоди, оскільки невідомо, від чого саме відіб'ється промінь, і, відповідно, відстань до чого він виміряє.

Існують моделі тахеометрів, які мають далекоміром, поєднаним з системою фокусування зорової труби. Переваги таких приладів полягає в тому, що вимірювання відстаней виробляється саме на той об'єкт, по якому в даний момент виставлена зорова труба приладу.

Точність кутових вимірів сучасним тахеометром досягає трьох кутових секунд (0° 00' 3"), відстаней — до 0.5 мм + 1 мм на км

Більшість сучасних тахеометрів обладнані обчислювальним та запам'ятовуючим пристроями, що дозволяють зберігати виміряні або проектні дані, обчислювати координати точок, недоступних для прямих вимірювань, за непрямими спостереженнями, і т. д. Деякі сучасні моделі додатково оснащені системою GPS.

Тахеометри, зібрані з окремих модулів, дозволяють вибрати компоненти саме під конкретні прикладні задачі, повністю виключивши зайву функціональність.

Автоматизовані тахеометри добре зарекомендували себе при скануванні в заданому секторі великої кількості точок (фасадного сканування, а також при моніторингу деформації).

Основні моделі Topcon GTS233N /236N/237N/239N Точність кутових вимірів - 3,5,6,9" максимальна дальність вимірювання на стандартну призму 3000 м GTS-239N 2000м, точність лінійних вимірювань на призму ± (2 мм + 2 ppm) GTS-239N ±(3мм+3ppm). Захист від зовнішніх чинників IP66

Електронний тахеометр Topcon GTS 230N головні особливості та переваги
Topcon GTS 230N
> Дальність вимірювань до 3000м на стандартну призму
> Робота до 8 годин
> Діапазон фокусування від 0.5 м до нескінченності
> Внутрішня пам'ять до 24000 вимірювань
> Високий захист від зовнішніх факторів IP66 (захист від пилу і зливи)
> Робота при температурі 30ºС в моделі Сибір
> Компенсатор двовісний крім GTS-239N