Прибор для измерения расстояния


Лазерный измеритель расстояния: устройство и принцип работы

Дальномеры — приспособления, используемые для замеров расстояния во всевозможных отраслях человеческой деятельности. Это довольно большая группа устройств, различных по конструкции и принципу действия. Благодаря достижениям лазерной и цифровой техники лазерные измерители расстояния стали самыми популярными инструментами из-за своей точности, компактности и сравнительно невысокой стоимости.

История и эволюция дальномеров

До появления электронных устройств для определения дистанции использовались оптические приспособления для измерения расстояния. Наблюдательные и геодезические приборы оснащались угловыми шкалами, что позволяло применять методы косвенного расчёта дистанции до предметов.

Существовали и более сложные оптические инструменты для измерений. Это были в основном приборы, основанные на явлении параллакса. Подобными системами оснащены были фотокамеры прошлого века. С точки зрения точности, все эти оптические приспособления обладали большим разбегом погрешности показаний как в зависимости от дальности замера, так и от навыков пользователей.

Теоретическая база для создания активных дальномерных приспособлений, в основе которых заложен принцип посылания сигнала в направлении объекта с последующим анализом возвращённого отражения, были готова ещё в начале XX века. Толчком к практической реализации этого принципа послужила Вторая мировая война — армии мира нуждались в мгновенном измерении расстояний до целей. Так появились и бурно эволюционировали промышленные образцы радаров и эхолотов. Эти устройства, использовавшие в качестве сигнала радиоволны или ультразвук, были довольно громоздкими и неприспособленными для личного пользования.

Приборы на основе лазера

Качественным рывком в эволюции приборов для измерения длины стало появление источников электромагнитного излучения оптического диапазона. Во второй половине XX века были созданы первые действующие образцы квантовых генераторов, и с тех поры лазеры продолжали совершенствоваться. Приборы для измерения длины на их основе не стали исключением — в авангарде снова оказались военные. Первые лазерные дальномеры устанавливались на танках, использовались для целенаведения ракет, а также применялись в освоении космоса.

Совершенствование электроники и появление цифровых методов вычисления привело к созданию компактных электронных метров для измерения длины как ультразвуковых, так и лазерных. Первый в мире ручной лазерный прибор произвела компания Leica в 1993 году.

Принципы измерения

Существует два типа лазерных дальномеров. Принцип работы первых основан на замере времени, затраченного коротким импульсом света на отражение и возвращение его к прибору. Для работы таких устройств (их называют импульсными) требуются очень точные датчики, излучатели и способы обработки полученной информации. Прежде всего из-за того, что скорость света высока и промежутки времени, за которое он успевает пройти измеряемое расстояние, ничтожно малы. Использование нескольких коротких импульсов уменьшает погрешность замера. К особенностям приборов, работающих на этом принципе, относят:

  • способность измерять большие расстояния до предметов: от километража до космических величин;
  • невысокая точность замеров на малых дистанциях;
  • ограниченное применение в гражданских целях;
  • высокая стоимость.

Читайте также:  Виды шлифовальных кругов для электрических заточных станков

Второй тип устройств называют фазными. Его реализация обходится значительно дешевле, так как не требует таких высокоскоростных и высокоточных элементов. Основой его является анализ разности фаз между излучаемым и отражённым сигналом. Повысить точность таких измерений на всём диапазоне расстояний позволяет использование импульсов различной частоты. Лазерные приборы, анализирующие сдвиг фаз, очень точны и являются самыми популярными на сегодняшний день среди всех дальномеров. Основные качества таких устройств:

  • невысокая стоимость и компактность;
  • точность до долей миллиметра;
  • ограниченная дальность измерений (до 250 м).

Световые в сравнении с ультразвуковыми

Ультразвуковые дальномеры работают на том же принципе, что и импульсные электромагнитные. Только блок приёма-передачи у них содержит не лазер и фотоприемник, а громкоговоритель и микрофон. И излучает он не световой поток, а звуковую волну. Электронно-цифровой модуль измеряет время, прошедшее от отправки ультразвукового импульса до возвращённого эха, и вычисляет расстояние до помехи на пути сигнала.

Читайте также:  Ручная фреза по дереву: разновидности насадок для фрезера

Основное преимущество таких приборов — они относительно просты и недороги. Кроме того, в отличие от лазерных, акустические измерители способны определять расстояние до прозрачных и пушистых предметов и лучше приспособлены для работы в сложной атмосфере. К недостаткам ультразвуковых устройств можно отнести:

  • небольшой диапазон замеряемых расстояний (до 20 м);
  • невысокая точность в сравнении с лазерными;
  • требовательны к тщательности измерений (случайные предметы в зоне работы и способны оказать влияние на результат);
  • качественный замер возможен только в пустых помещениях или открытом пространстве;

Виды и типы лазерных измерителей

Разнообразие сфер применения световых дальномеров чрезвычайно широко — от астрономических измерений до бытовых нужд. Разумеется, их конструкции очень отличаются друг от друга в зависимости от того, какие задачи они предназначены выполнять. Об устройствах, которыми оснащаются искусственные спутники земли, и о типах современного военного оборудования по понятным причинам открытые источники информируют скупо. Гражданского же назначения приборы можно разделить на следующие группы:

  • прицелы для охотничьего оружия;
  • устройства наблюдения;
  • устройства для игры в гольф;
  • геодезические приборы;
  • специализированные для лесного хозяйства;
  • лазерные рулетки.

Читайте также:  Стойка для болгарки УШМ своими руками

Последний тип инструментов получил наибольшее распространение и за прошедшие 20 лет завоевал огромную популярность у домашних мастеров и профессионалов.

Лазерные рулетки

Даже модели начального уровня чрезвычайно компактны, позволяют делать мгновенные измерения, очень точны и оснащены дополнительными функциями, помогающими легко рассчитать площадь и объём. В основном недорогие приборы предназначены для работы в помещениях и приспособлены для измерения расстояний до 20 м. В большинстве случаев их возможностей достаточно для личного пользования.

Устройства для профессионального назначения предполагают работу на открытом пространстве и производятся в пыле и влагозащищенном исполнении. При использовании специальных светоотражающих мишеней их дальность действия может достигать 250 м. Более сложные приборы оснащены датчиками наклона, Bleutooth соединением, большой памятью для сохранения полученных данных, внушительным набором программ для косвенных измерений, функцией серийного замера и другими опциями.

pochini.guru

Измеритель расстояния на местности. Способы измерения расстояния

Измерение расстояния – одна из самых основных задач в геодезии. Есть разные способы измерения расстояния, а также большое количество приборов, созданных для проведения этих работ. Итак, рассмотрим данный вопрос более детально.

Прямой метод измерения расстояний

Если требуется определить расстояние к объекту по прямой линии и местность является доступной для исследования, используется такой простейший прибор для измерения расстояния, как стальная рулетка. Ее длина – от десяти и до двадцати метров. Еще может применяться шнур или провод, с белыми обозначениями через два и красными через десять метров. При необходимости измерять криволинейные объекты применяется старый и всем хорошо известный двухметровый деревянный циркуль (сажень) или, как еще его называют, «Ковылек». Иногда возникает необходимость произвести предварительные замеры приблизительной точности. Делают это, измеряя расстояние шагами (из расчета два шага равно росту измеряющего минус 10 или 20 см).

Измерение расстояний на местности дистанционно

В случае нахождения объекта измерения в зоне прямой видимости, но при наличии неодолимой преграды, делающей невозможным прямой доступ к объекту, (например озера, речки, болота, ущелья и пр), применяется измерение расстояния дистанционно визуальным методом, а точнее методами, так как существует их несколько разновидностей:

  1. Высокоточные измерения.
  2. Низкоточные или приблизительные измерения.

К первым относятся измерения при помощи специальных приборов, таких, как оптические дальномеры, электромагнитные или радиодальномеры, световые или лазерные дальномеры, ультразвуковые дальномеры. Ко второму виду измерений относится такой способ, как геометрический глазомерный. Тут и определение расстояния по угловой величине предметов, и построение равных прямоугольных треугольников, и метод прямой засечки многими другими геометрическими способами. Рассмотрим некоторые из способов высокоточных и приблизительных измерений.

Оптический измеритель расстояния

Такие замеры расстояний с точностью до миллиметра в обычной практике необходимы нечасто. Ведь ни туристы, ни военные разведчики не будут носить с собой габаритные и тяжелые предметы. В основном их используют при проведении профессиональных геодезических и строительных работ. Часто используют при этом такой прибор для измерения расстояния, как оптический дальномер. Он может быть как с постоянным, так и с переменным параллактическим углом и представлять собой насадку к обычному теодолиту.

Измерения производятся по вертикальным и горизонтальным измерительным рейкам, имеющим специальный установочный уровень. Точность измерений такого дальномера достаточно высока, и погрешность может достигать значения 1:2000. Дальность же измерения небольшая и составляет всего лишь от 20 и до 200-300 метров.

Электромагнитный измеритель расстояния относится к так называемым приборам импульсного типа, точность их измерения считается средней и может иметь погрешность от 1,2 и до 2 метров. Но зато эти приборы имеют большое преимущество перед своими оптическими собратьями, так как оптимально подходят для определения расстояния между движущимися объектами. Единицы измерения расстояния у них могут исчисляться как метрами, так и километрами, поэтому их часто применяют при проведении аэрофотосъемки.

Что же касается лазерного дальномера, он предназначен для измерения не очень больших расстояний, обладает высокой точностью и очень компактен. Особенно это относится к современным портативным лазерным рулеткам. Эти устройства измеряют расстояние до объектов на расстоянии от 20-30 метров и до 200 метров, с погрешностью не более 2-2,5 мм на всей длине.

Ультразвуковой дальномер

Это один из самых простых и удобных приборов. Он легок и прост в эксплуатации и относится к устройствам, которые могут измерять площадь и угловые координаты отдельно заданной точки на местности. Тем не менее кроме очевидных плюсов есть у него и минусы. Во-первых, из-за небольшой дальности замера единицы измерения расстояния у этого прибора могут исчисляться только в сантиметрах и метрах – от 0,3 и до 20 метров. Также точность замера может незначительно изменятся, так как скорость прохождения звука напрямую зависит от плотности среды, а она, как известно, не может быть постоянной. Тем не менее это устройство отлично подходит для быстрых небольших замеров, не требующих высокой точности.

Геометрические глазомерные способы измерения расстояний

Выше шла речь о профессиональных способах замера расстояний. А что делать, когда под рукой отсутствует специальный измеритель расстояния? Тут на помощь приходит геометрия. Например, если необходимо измерить ширину водной преграды, то можно построить на ее берегу два равносторонних прямоугольных треугольника, как это изображено на схеме.

В данном случае ширина реки AF будет равна DE-BF Углы можно выверить с помощью компаса, квадратного листочка бумаги и даже с помощью одинаковых скрещенных веточек. Здесь проблем возникнуть не должно.

Еще можно измерить расстояние до цели через преграду, использовав также геометрический метод прямой засечки, построив прямоугольный треугольник с вершиной на цели и разделив его на два разносторонних. Есть способ определения ширины преграды с помощью простой травинки или нитки, или способ с помощью выставленного большого пальца…

Стоит рассмотреть этот способ подробнее, так как он является самым простым. На противоположной стороне преграды выбирается приметный предмет (обязательно нужно знать приблизительную его высоту), один глаз закрывается и на выбранный предмет наводится поднятый большой палец вытянутой руки. Потом, не убирая палец, закрывают открытый глаз и открывают закрытый. Палец получается по отношению к выбранному предмету сдвинут в сторону. Исходя из предполагаемой высоты предмета, приблизительно представляется на сколько метров визуально переместился палец. Это расстояние умножается на десять и в результате получается приблизительная ширина преграды. В данном случае сам человек выступает как стереофотограмметрический измеритель расстояния.

Геометрических способов измерения расстояния немало. Что бы о каждом рассказать подробно, понадобится немало времени. Но все они приблизительны и годятся только для условий, когда точное измерение с помощью приборов является невозможным.

fb.ru

Механические приборы для непосредственного измерения расстояний

Ответы

Измерение линий на местности — один из самых распространен­ных видов геодезических измерений. Без измерения линий не об­ходится ни одна геодезическая работа. Линии измеряют на горизон­тальной, наклонной и вертикальной плоскости. Их производят не­посредственно — металлическими, деревянными метрами, рулетка­ми, землемерными лентами и специальными проволоками, а также косвенно — электронными, нитяными и другими дальномерами.

Метры, из-за простоты их конструкции, описывать нет необ­ходимости, однако следует подчеркнуть, что при использовании складных метров необходимо прежде всего проверить наличие всех звеньев.

Рулетки (рис. 1) выпускают стальные и тесемочные длиной 1, 2, 5, 10, 20, 30, 50 и 100 м, шириной 10...12мм, толщиной 0,15...0,30 мм. На полотне рулетки наносят штрихи — деления через 1 мм по всей длине или только на первом дециметре. В последнем случае всё остальное полотно размечают сантиметровыми штрихами. Цифры подписывают у каждого дециметрового деления. Чтобы измерить расстояние между двумя точками штрих с подписью 0 (ноль) прикладывают к одной точке и смотрят, какой штрих совпадает со второй точкой. Если вторая точка не совмещается со штрихом на рулетке, а попадает между ними, то расстояние между штрихами визуально делят на 10 частей и на глаз оценивают отстояние ее от ближайшего штриха. У рулеток с сантиметровыми делениями (рис. 1, б) отсчет берут до 0,1 деления, или до 1мм, у рулеток с миллиметровыми делениями (рис. 1, а) — до 0,1 мм. Цифры у метровых делений даны с размерностью метров — буквой м. Стальные рулетки выпускают либо с полотном, намотанным на крестовину (вилку) (рис. 1, г), либо в футляре (рис. 1,). Для измерений коротких отрезков металлические рулетки делают изогнутыми по ширине — желобковыми (рис. 1, д).

Рис. 1. Стальные рулетки:

а, 6 — виды делении, в — карманная, автоматически сматывающаяся г — на вилке, д — в футляре; 1 — футляр, 2 — полотно, 3 — Г-образные окончания для фиксации, 4,5 — ручки, 6 — кольцо, 7 — желобковый вид сечения.

Длинномерные рулетки типа РК (на крестовине) и РВ (на вилке) применяют в комплекте с приборами для натяжения — динамомет­рами. Как правило, пружинными динамометрами обеспечивают натяжение рулеткам до 100 Н (стандартное натяжение, равное уси­лию 10 кг). Тесемочные рулетки состоят из плотного полотна с металлическими, обычно медными, прожилками. Полотно тесе­мочной рулетки покрыто краской и имеет деления через 1 см. Тесемочными рулетками пользуются, когда не требуется высокая точность измерений. Тесемочные рулетки свертывают в пластмас­совый корпус.

Землемерная лента ЛЗ (рис. 2) представляет собой стальную полосу длиной 20, 24, 30 и 50 м, шириной 1...15 мм и толщиной 0,5 мм. На концах ленты нанесено по одному штриху 7, между которы­ми и считается длина ленты. У штрихов сделаны вырезы 2, в кото­рые вставляют шпильки, фиксируя длины измеряемых отрезков. Оканчивается лента ручками. На каждой плоскости ленты отмечены деления через 1, 0,5 и 0,1 м. Для исключения просчетов при измерении

Рис. 2. Землемерная лента:

а — при измерении, б — на станке; 1 — штрих, 2 — вырез, 3 — заклепка, 4 — пластина, 5 — отверстие, 6 — линия, до которой выполнено измерение, 7 — ручка

линий короче номинальной длины ленты, подписи метровых делений на одной плоскости возрастают от одного конца ленты, а на другой плоскости от противоположного конца. Метры на ленте отмечены медными пластинами 4, полуметровые деления — за­клепками 3, дециметровые — отверстиями 5. Более мелких делений не делают. Длину отсчитывают с точностью до сотых долей метра делением дециметровых частей между отверстиями “на глаз”. На приведенном рисунке отсчет от начального штриха до вертикальной полосы равен 13 м и 14 см.

Землемерная шкаловая лента ЗЛШ (рис. 3) отличается от опи­санной выше наличием на ее концах шкал с миллиметровыми делениями. Длины отрезков на концах ленты с миллиметровыми делениями равны 10 см. Номинальной длиной ленты является рас­стояние между нулевыми штрихами шкал.

 
 

Рис. 3. Землемерная шкаловая лента

В комплекты ЛЗ и ЗЛШ входят наборы (от 6 до 11 штук шпилек) — металлических стержней с заостренными концами и кольцами-ручками (рис. 4). Для переноски шпильки надевают на проволочное кольцо.

Для транспортировки и хранения ленты наматывают на метал­лическое кольцо — станок.

Рис. 4. Набор шпилек

Для некоторых видов точных измерений применяют специаль­ныеинварные проволоки. Инвар обладает малым коэффициентом линейного расширения в зависимости от температуры, повышенной твердостью и упругостью. На концах проволоки закреплены специ­альные шкалы-линейки с наименьшими делениями 1 мм. На оста­льной части проволоки маркировки длины нет. Поэтому проволо­ками измеряют расстояния, равные длине между штрихами (24 м). Расстояния, не кратные 24 м, измеряют инварными рулетками.

В практике применяют ряд других приборов и инструментов для непосредственного измерения линий. К ним относят длинномеры (измерения аналогичны измерениям проволоками); нутромеры - концевые меры со сферическими окончаниями для измерения и кон­троля расстояний контактным способом; катетометры — специаль­ные приборы для измерения небольших (до 1 м) вертикальных отрезков с очень большой точностью (0,006...0,050 мм); измеритель­ные микроскопы, а также шаблоны и другие приспособления, часть из которых будет рассмотрена при изучении геодезического обес­печения строительно-монтажных работ.

Компарирование. До начала работы мерные приборы сравнива­ют с эталонами — компарируют. За эталоны принимают отрезки линий на местности или в лаборатории, длины которых известны с высокой точностью. Длина l-мерного прибора ленты или рулетки выражается уравнением, которое в об­щем виде можно записать так:

l=lо+Δlk+Δlt

где lо — номинальная длина ленты при нормальной температуре (+20 °С),

Δlk — поправка компарирования, Δlt — поправка из-за темпера­туры.

Уравнение мерного прибора может иметь, например, такой вид

L30=30+3,8 при t= +20°С,

что означает: мерный прибор длиной 30 м при температуре +20 °С имеет поправку к конечному штриху +3,8 мм.

Чтобы вычислить номинальную длину мерного прибора для каждого температурного режима эксплуатации поступают таким образом. Сначала определяют величину поправки из-за температу­ры. Известно, что коэффициент линейного расширения стали при изменении температуры на 1° равен α= 12,5 · 10-6.

Пусть требуется узнать полную поправку при температуре эксп­луатации — 6 °С. Тогда для мерного прибора 30 м длины поправка будет Δlt,= α(t - to)·30м =12,5·10-6 ·(-6°-20°)·30 м= -9,8 мм, а общая длина ленты будет l30=30 +3,8 - 9,8 =29,994.

В производственных условиях мерные приборы чаще всего эта­лонируют на полевых компараторах. Эти компараторы представля­ют собой выровненные участки местности преимущественно с твер­дым покрытием. Концы компаратора закрепляют знаками со специ­альными метками, расстояние между которыми известно с большой точностью.

Компарирование длинномерных рулеток и лент в полевых усло­виях производят на компараторах, длина которых, как правило, близка к l= 120 м. Такую длину выбирают для того, чтобы уложить мерный прибор на компараторе несколько раз. Уложение мерных приборов ведут в прямом и обратном направлениях. Подсчитыва­ют число целых и дробных уложений рулетки или ленты и определя­ют поправку за компарирование. Ее вычисляют по формуле

(1)

где п — число уложений мерного прибора, lΣ — измеренная длина компаратора.

Рассмотрим процесс эталонирования, если длина мерного при­бора, например рулетки, примерно равна длине компаратора. Ру­летку разматывают и укладывают вдоль компаратора. С помощью динамометра рулетке придают натяжение 100 Н и наблюдатели подводят штрихи рулетки к меткам знаков. Руководитель работы измеряет температуру воздуха, и по его команде наблюдатели берут одновременно отсчеты по шкале рулетки: у переднего конца (П) и заднего (3). Руководитель эталонирования записывает резуль­таты в специальный журнал (табл. 1). Таких отсчетов делают несколько, сдвигая между каждой парой отсчетов рулетку по створу измерений на 2 — 3 см.

Разности пар отсчетов не должны различаться более чем на 2 мм. Если разность больше, делают повторные измерения. Тем­пературу воздуха измеряют с точностью до 1 °С.

Таблица 1

Дата ________

Наблюдатели: ________ Начало измерений _____

Руководитель: ________ Конец измерений ______

№ измерения t, °С Отсчеты, мм П - З Приме­чание
П З
+10 29960 29986 30000 29908 29982 29965 29972 06 33 40 46 29 12 18 Среднее 29954 29960 29953 29952 29953 29953 29954 29953,2 Повторно

Поправка в длину рулетки за температуру, при которой произ­водится эталонирование, Δlt= 12,5·10-6·(10o-20o)·30м= -3,8 мм. Следовательно, длина отрезка эталонируемой рулетки l=29953,2 - 3,8 мм =29949,8 мм.

Длина компаратора в рассматриваемом примере B0 =29954 мм. Тогда поправка в длину рулетки при t= +20 °С и натяжении 100 Н Δlt=l – B0=29948,8 мм -29954 мм= = -5,2 мм.

Для предварительного компарирования или при желании знать фактическую длину вновь вводимого в эксплуатацию мерного при­бора со сравнительно небольшой точностью поступают так. Нор­мальный мерный прибор (нормальным считается прибор, прошед­ший компарирование) и испытываемый укладывают на одну и ту же плоскость. Совмещают начальные штрихи, обе рулетки натягивают с одинаковой силой и миллиметровой линейкой измеряют расстоя­ния между конечными штрихами. Измеренную величину считают поправкой вводимого в эксплуатацию мерного прибора по отноше­нию к нормальному.

Определение поправки в длину испытываемой рулетки произ­водят после приведения длины нормальной и испытываемой рулет­ки к одной и той же температуре.

На строительно-монтажной площадке часто приходится откла­дывать меньшую длину, чем длина рулетки. В этом случае проверя­ют длины метровых, дециметровых делений и более мелких. Ком­парирование мелких делений выполняют контрольной (например Женевской) линейкой, где минимальные отрезки нанесены через 0,2 мм. Показания считывают через увеличительные стеклаили микро­скопы.

Page 2

Подготовка линий на местности к измерениям

Измерение линий состоит в том, что мерный прибор (ленту, рулетку) последовательно откладывают между начальной и конеч­ной точками измеряемой линии.

Для этого сначала подготавливают к измерению створ линии и измерительные приборы.

При подготовке створа линии к измерению ее концы фиксируют кольями, штырями, обрезками труб и т. п.; расчищают полосы шириной 1,5...2 м от растительности и остатков снесенных стро­ений; забивают колья или штыри в местах перегибов местности. До измерения линию обозначают на местности (примерно через 100 м) вешками — деревянными или металлическими кругляками с равно­мерной яркой красно-белой окраской и заостренными концами. Вехи устанавливают либо “на глаз”, либо с помощью оптической зрительной трубы с такой частотой, чтобы при нахождении мер­щика у одной обеспечивалась видимость двух смежных. Вешение “на глаз” менее точно, чем с помощью оптической трубы с увеличе­нием, однако его точность вполне достаточна, если измерение де­лать мерной лентой со шпильками.

Вешение “на глаз” (рис. 5, а) выполняют приемами “от себя” и “на себя”. При вешении “от себя” один мерщик становится на исходной точке, а на конечной точке второй мерщик устанавливает веху 7 такой высоты, чтобы она была видна с исходной точки.

Второй мерщик по створу на расстоянии не более 100 м от начала устанавливает веху 4, перемещая ее перпендикулярно створу до совпадения ее с

 
 

Рис. 5. Вешение линии:

а -- профиль и план, б - измерение линии: 1. 4. 7 - вехи, 2, 5 - шпилька, 3, 6 - замеры

вехой 7 на конечной точке. Команды о смещении устанавливаемой вехи в створ подают отмашкой руки.

При вешении “на себя” мерщик выставляет вешку или укладыва­ет мерную ленту в створе двух других вех, имея их перед собой.

Измерение линии (рис. 5, б) выполняет бригада из двух человек. Ленту разматывают с кольца. Передний мерщик 6 (МП) с десятью (пятью) шпильками и передним концом ленты про­тягивает ленту и по указанию заднего 4 (МЗ) мерщика укладывает ее в створ измеряемой линии. МЗ совмещает начальный штрих заднего конца ленты с началом линии, вставляя в вырез ленты шпильку. МП встряхивает ленту, натягивает ее и в вырез на переднем конце вставляет шпильку: МЗ вынимает заднюю шпильку, МП снимает со шпильки ленту, и оба переносят ее вперед вдоль линии. Дойдя до первой шпильки, МЗ закрепляет на ней ленту, ориентирует МП, выставляя его руку со шпилькой и лентой в створ линии по передней вехе 7. Затем работа продолжается в том же порядке, что и на первом уложении ленты. Целое уложение ленты называется пролетом.

Когда все 11 (6) шпилек будут выставлены, у МЗ окажется десять или пять шпилек, передает МП все собранные шпильки. Измерен­ный отрезок будет равен l х 10, что при двадцатиметровой длине ленты равно 200 м. Число таких передач записывают в журнал измерений. Сюда же записывают результаты измерения неполного пролета: от последней шпильки в полном пролете до конечной точки линии.

Для контроля линию измеряют вторично, при этом мерщики меняются местами, а за начало измерений принимают бывшую последней точку при измерении линии “прямо”.

Чтобы избежать грубых ошибок при измерении, выполняют следующие действия:

1. Подсчитывают, сколько шпилек у МЗ и МП, чтобы удостовериться, что в сумме они составляют комп­лект. 2. Следят, чтобы при измерении остатка отсчет выполнялся от заднего конца ленты. 3. При отсчитывании делений на середине ленты следят, чтобы лента не была перекручена, так как при этом можно спутать число целых метров. Например, вместо отсчета 6 м отсчитать 9 м, вместо 9 — 11м.

Измеренную 20-метровой лентой длину линии D вычисляют по формуле D=200N+20(n-1)+l, где N—число передач шпилек; п — число шпилек уМЗ; l — остаток.

 
 
За окончательное значение принимают среднее арифметическое от измерений “прямо” и “обратно”. Измерения считают выполнен­ными правильно, если расхождение результатов измерений “прямо” и “обратно” не превышают:

Рис. 6. Измерение линии по вертикали

1: 3000 от измеренной дли­ны — при благоприятных условиях измерений (например, твердое покрытие);

1:2000 — при средних условиях измерений (например, ровная поверхность грунта);

1:1000 — при неблагопри­ятных условиях измерений (на­пример, болотистая, кочкова­тая заросшая местность, изме­рения по снегу и т. п.).

Измерения линий рулетка­ми производят аналогично. Однако фиксация концов изме­ренных отрезков при работе рулеткой может выполняться более точно (вешкой, иглами, остро отточенным карандашом и т. п.). На рис. 6 показано измерение линии в вертикальной плоскости между заранее задан­ными плоскостями, где фиксация точек не производится.

Page 3

Определение угла наклона линии, горизонтального проложения линии с учетом

Как правило, результат измерений линии отличается от действительного её размера. В измеренную длину вводят поправки из-за неравенства мерного прибора эталону, температуры, отличающейся от той, для которой составлено уравнение мерного прибора (+20 °С). Результаты измерений линий чаще всего необ­ходимо выражать на чертежах, планах и картах, т. е. на горизон­тальной плоскости. Измерения же производят обычно по поверх­ности рельефа, имеющего уклоны.

Для приведения наклонно измеренного расстояния к горизон­тальному в результат измерений вводят поправку за наклон линии к горизонту (рис. 7, а).

Рис. 7. Схема определения поправки за наклон линии (а) и отложения с учетом знаков (б)

Из рисунка ясно, что для получения проекции l измерений на местности линии длиной l необходимо знать угол α или расстояние Bδ — превышение h точки δ над горизонтальной линией.

Из решения прямоугольного треугольника

(2)

Горизонтальные проложения обычно вычисляют по специаль­ным таблицам или на ЭВМ.

Если известно превышение h, то поправку вычисляют по формуле

Поправку за наклон линии к горизонту вводят для каждого пролета отдельно, если пролеты имеют разный наклон.

Если наклон линии значителен, измерения ведут отдельными малыми отрезками: 5, 10 м, стараясь уложить концы мерного прибора горизонтально. Измеряемая горизонтальная линия будет иметь ступенчатый вид.

Если требуется измерить линию через овраг, канаву и другие препятствия, мерный прибор может изгибаться или провисать. При значительном изгибе определяют величины превышений на отдель­ных участках. При значительных провисаниях и длинном мерном приборе в средней части линии делают одну-две подпорки.

Суммарная поправка в измеренную линию вычисляется по формуле

(4)

Очень часто кроме измерения линий между известными точками возникает необходимость вынести на местности проектный размер: длину дороги, габариты здания, спортплощадки и т. п. В этом случае следует помнить, что при отложении заранее заданной дли­ны поправка +ΔlΣ вводится назад от конечного штриха рулетки, а - ΔlΣ — вперед (рис. 7, б).

При измерении линий могут быть допущены промахи и грубые погрешности. Один вид промахов — оцифровку делений мы научи­лись распознавать и не ошибаться. Существует еще целый ряд погрешностей, влияние которых на суммарный результат измере­ний можно существенно уменьшить. Эти погрешности носят систе­матический характер по влиянию на результат, но случайны по величине. Чтобы уменьшить их величины, необходимо учитывать следующее:

1. Отклонение концов рулетки от створа измерений всегда уме­ньшает измеряемую длину. Чем меньше отклоняются концы от створа, тем меньше погрешность измерения. При измерениях для многих целей укладку мерных приборов в створ производят с ис­пользованием оптических труб. К такому приему прибегают в тех случаях, когда хотят получить результат с относительной погреш­ностью менее 1:3000 от измеряемой длины. Отклонения от створа концов 50 и 30 м рулетки более чем на 0,15 м недопустимы.

2. Большую погрешность в измеряемую длину может внести разное натяжение прибора при эталонировании и практической работе. Следует избегать избыточного натяжения, так как тонкое полотно рулеток растягивается, при этом часто не восстанавливая начальную длину. Достаточно точно (до ±100 Н) можно выдержать натяжение, используя для этого ручные приборы — динамометры типа ПН-2 или пружинные бытовые весы.

3. Недопустимо ослаблять внимание при отсчитывании по кон­цам мерного прибора или его фиксации. Достигнутая точность может быть утрачена при неодновременном снятии отсчетов, подвижке мерного прибора во время фиксации его концов. Поэтому не следует пренебрегать возможностью дважды или даже трижды взять отсчеты по концам мерного прибора и сравнить разности отсчетов по переднему и заднему концам (П-3). Разность отсчетов (для одного пролета измерений) при работе рулетками не должна превышать 2 мм, а при измерении мерными лентами — 1 см.

4. Необходимо следить не только за превышением концов мер­ного прибора, но и за его изгибом в вертикальной плоскости. Точность определения поправки за наклон зависит от точности определения превышений: чем короче линия, тем точнее надо знать превышение. Как правило, достаточно их знать с погрешностью до 1,0 — 1,5 см на 100 м длины.

5. При введении поправок за отличие температуры, данной в уравнении рулетки (+20 °С), и температуры измерений следует помнить, что измеряют температуру воздуха, а поправку вводят за изменение температуры металлического мерного прибора. Поэтому при прямом солнечном облучении мерного прибора термометр подкладывают под его полотно и держат 3 — 5 мин с тем, чтобы точнее определить температуру мерного полотна. Разность тем­пературы воздуха и мерного прибора измеряют с погрешностью не грубее 5 °С.

6. Существенно исказить результат измерения может плохое закрепление точек, между которыми ведется измерение. Вязкая почва, зыбко забитые кол, штырь или шпилька, изменяющие свое положение от случайных ударов, приводят к появлению недопусти­мых погрешностей в измеряемой длине.

Page 4

Косвенные способы измерения расстояний

Измерение длины линии дальномерами

Дальномерами называются геодезические приборы, с помощью которых расстояние между двумя точками измеряют косвенным способом. Дальномеры подразделяют на оптическиеи электронные. Оптические дальномеры делятся на дальномеры с постоянным па­раллактическим углом и дальномеры с постоянным базисом. Элект­ронные дальномеры — на электронно-оптические (светодальномеры) и радиоэлектронные (радиодальномеры).

Рис. 8. Оптический дальномер (а), поле зрения трубы (б) и схема измерения (в)

Простейший оптический дальномер с постоянным углом — ни­тяной (рис. 8, а) имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов. В поле зрения трубы (рис. 8, б) прибора видны три горизонтальные нити. Две из них, расположенные симметрично относительно средней нити, называются дальномерными. Нитяной дальномер применяют в комплекте с нивелирной рейкой, разделен­ной на сантиметровые деления. В приведенном примере между крайними нитями располагаются 21,5 сантиметровых делений рей­ки. Расстояние между измеряемыми точками на местности 21,5 х 100=21,5 м (100 — коэффициент дальномера).

На расстоянии до 200 м по нитяному дальномеру “на глаз” можно отсчитать до 0,5 сантимет-

рового деления, что соответствует погре­шности при определении расстояния 50 см; на расстоянии до 100 м — до 0,2 сантиметрового деления или погрешности 20 см.

Нитяным дальномером можно измерить линии длиной до 300 м с погрешностью до 1:300 от длины.

Дальномерные измерения с постоянным базисом рас­смотрим на конкретном примере расстояния от точки А до точки В (рис. 9).

Рис. 9. Схема выполнения дальномерных измерений при постоянном базисе

В точку А устанавливают теодолит. В точке В располагают отрезок (базис), длина которого l точно известна. Тогда, измерив угол α, можно по известной из тригонометрии формуле L=ltgα вычислить расстояние между точками А и В.

В основе электронных средств измерений лежит известное из физики соотношение S=vt/2 между измеряемыми расстоянием S, скоростью распространения электромагнитных колебаний v и вре­менем t распространения электромагнитных колебаний вдоль изме­ряемой линии и обратно.

Page 5

Из-за особенностей излучения, приема и распространения радио­волн радиодальномеры применяют главным образом при измере­нии сравнительно больших расстояний и в навигации. Светодальномеры же, использующие электромагнитные колебания светового

Рис. 10. Светодальномер (а) и ход лучей (б)

диапазона, широко применяют в практике инженерно-геодезических измерений.

Для измерения расстояния АВ (рис. 10) в точке А устанавлива­ют светодальномер, а в точке В — отражатель. Световой поток посылается из передатчика на отражатель, который отражает его обратно на тот же прибор. Если измерить время прохождения световых волн от светодальномера до отражателя и обратно, при известной скорости распространения световых волн можно вычис­лить искомую длину линии. Время распространения световых волн может быть определено как прямым, так и косвенным методом.

Прямое определение промежутка времени осуществляется в дальномерах, называемых импульсными. В них измерение време­ни производится по запаздыванию принимаемого после отражения светового импульса по отношению к моменту его излучения.

Косвенное определение времени прохождения световых волн основано на измерении разности фаз двух электромагнитных коле­баний. Такие светодальномеры называют фазовыми. С внедрением полупроводниковых лазерных источников излучения и цифровых методов измерения разности фаз появились импульсно-фазовые светодальномеры, в основе которых лежит фазовый метод измере­ния временного интервала при импульсном методе излучения.

Page 6

Примером современного импульсно-фазового светодальномера может служить широко распространенный в нашей стране топог­рафический светодальномер СТ-5. Это высоко автоматизированный прибор, точность измерения расстояний которым характеризуется величиной (10+5D км)мм; предельная дальность — 5 км.

Улучшенный вариант этого све­тодальномера 2СТ10 (рис.11). Его технические характеристики: средняя квадратическая погреш­ность измерения расстояний (5+3D км)мм; диапазон измерения 0,2 м…10 км; диапазон рабочих температур +40 oC…-ЗO oC; масса прибора — 4,5 кг. Управление про­цессом измерения обеспечивается встроенной микроЭВМ. Результаты измерения с учетом поправки за температуру воздуха и атмосферное давление высвечиваются на цифро­вом табло и могут быть введены в регистрирующее устройство. В приборе имеется звуковая си­гнализация обнаружения отражен­ного от отражателя сигнала, го­товности результата измерения и разряженности источника питания.

Рис. 11. Светодальномер 2СТ10

В комплект светодальномера входят: отра­жатели, штативы, ис­точники питания, зарядное устройство, барометр, термометр, набор инструментов и принадлежностей.

В инженерной гео­дезии применяют и вы­сокоточные светодальномеры. Отечественная промышленность вы­пускает светодальномеры “Топаз СП22” и СПОЗ (ДК001), точ­ность измерения ко­торыми характеризуется соответственно величинами (1+D км) и (0,8+1,5 Dкм) мм.

Для маркшейдерских работ в шахтах используют светодальномер МСД-1М во взрывобезопасном исполнении с дальностью действия до 500 м и погрешностью измерения (2+5D км) мм.

Светодальномеры с пассивным отражением измеряют расстоя­ния до предметов без отражателя, т. е. используют отражательные свойства самих предметов. Примером может служить отечествен­ный светодальномер ДИМ-2, погрешность измерения расстояний которым составляет 20 см.

В настоящее время известны дальномеры с пассивным отраже­нием и погрешностью измерения расстояний до 10мм. Так, напри­мер, дальномер, выпускаемый фирмой “Лейка” (Швейцария), изме­ряет расстояния до 50 м с погрешностью 2мм.

Для измерений на строительных площадках, в помещениях ис­пользуют лазерные рулетки (рис. 12), которые не требуют отража­телей.

Рис. 12. Лазерная рулетка:

1 — корпус рулетки,

2 — лазерное окно,

3 — табло с результатами измерений,

4 — торец, от которого отсчитывается измеряемое расстояние

studopedia.su

Мерные приборы для измерения расстояний

| на главную | доп. материалы | геодезия | текущий раздел |

Звукоизоляция и утепление зданий, сооружений, помещений и инженерных систем. Грамотный выбор стройматериалов и конструктивных схем, надёжный монтаж.

Сопутствующие ремонтно-строительные и восстановительные работы.

Различают непосредственное измерение расстояний и измерение расстояний с помощью специальных приборов, называемых дальномерами. Непосредственное измерение выполняют инварными проволоками, мерными лентами и рулетками.

Инварные проволоки позволяют измерять расстояние с наибольшей точностью; относительная ошибка измерения может достигать одной миллионной; это означает, что расстояние в 1 км измерено с ошибкой всего 1 мм. Инвар - это сплав, содержащий 64% железа и 36% никеля; он отличается малым коэффициентом линейного расширения α = 0.5 * 10-6 (для сравнения: сталь имеет α = 12 * 10-6).

Мерные ленты обеспечивают точность измерений около 1 / 2 000, т.е. для расстояния в 1 км ошибка может достигать 50 см. Мерная лента - это стальная лента шириной от 10 до 20 мм и толщиной 0.4 - 0.5 мм (рис.4.22). Мерные ленты имеют длину 20, 24 и 50 м. Целые метры отмечены пластинами с выбитыми на них номерами метров, полуметры отмечены круглыми заклепками, дециметры - круглыми отверстиями диаметром 2 мм.

Рис.4.22

Фактическая длина ленты или проволоки обычно отличается от ее номинальной длины на величину Δl. Фактическую длину ленты определяют, сравнивая ее с эталонной мерой. Процесс сравнения длины мерного прибора с эталоном называется компарированием, а установка, на которой производится компарирование, - компаратором.

Согласно ГОСТ 7502 - 80 допускается отклонение фактической длины новой ленты 2 мм для 20- и 30-метровых лент и 3 мм для 50-метровых. Вследствие износа фактическая длина ленты изменяется, поэтому компарирование производится каждый раз перед началом полевых работ.

Длина стальных рулеток бывает 20, 30, 50, 75 и 100 м. Точность измерения расстояния стальными рулетками зависит от методики измерений и колеблется от 1/2 000 до 1/10 000.

Измерение линий мерной лентой. Измеряют линии, последовательно укладывая мерную ленту в створе линии. Прежде чем измерять линию, ее нужно подготовить, а именно: закрепить на местности ее концевые точки и обозначить створ. Створом линии называют отвесную плоскость, проходящую через концевые точки. Для обозначения створа линию провешивают, т.е. устанавливают вехи через 50-150 м в зависимости от рельефа.

Измерение линии выполняют два человека. Они укладывают ленту в створ и считают число уложений. В комплект кроме самой ленты входят 6 или 11 шпилек и 2 проволочных кольца (рис.4.1), на которые надевают шпильки. Передний мерщик в процессе измерения линии втыкает шпильки в землю, а задний собирает их. В конце линии измеряют остаток с точностью до 1 см.

Длину линии определяют по формулам:

D'= k * ( l0 + Δl) + r + (Δl/l0) * r,                  (4.27)

D = D'+ D'* a * (t - tk) = D' * [1 + a * (t - tk)];

здесь l0- номинальная длина ленты; Δl - поправка из компарирования; k - число уложений ленты; r - остаток; tk - температура компарирования;

t - температура ленты во время работы.

Длину линии обычно измеряют два раза - в прямом и обратном направлениях. Допускается расхождение между результатами двух измерений на величину:

где 1/T - относительная ошибка измерения расстояния.

Например, при 1/T = 1/2000 и длине линии 500 м расхождение между прямым и обратным измерениями не должно превышать 0.5 м.

Приведение длины линии к горизонту. Измеренная линия имеет угол наклона ν ; проекция ее на горизонтальную плоскость, называемая горизонтальным проложением линии, вычисляется по формуле:

S = D - ΔD,

где ΔD- поправка за приведение к горизонту. Формула для вычисления поправки ΔD выводится следующим образом. Из ΔABB' (рис.4.23) видно, что:

S = D * Cos ν;

далее пишем:

ΔD = D - D * Cos ν = D * (1 - Cosν),

ΔD = 2 * D * Sin2 ν/2.                  (4.29)

Угол наклона линии измеряют либо теодолитом, либо специальным прибором - эклиметром. В исправном эклиметре нулевой диаметр всегда занимает горизонтальное положение. При наклоне эклиметра в прорезь виден отсчет, равный углу наклона линии. Ошибка измерения угла наклона эклиметром равна 15'- 30'.

Рис.4.23

Если линия имеет переменный угол наклона, то ее нужно разделить на части, каждая из которых имеет постоянный угол наклона, и измерить каждую часть отдельно.

Если ν

Тогда

и

При измерении расстояний мерными лентами и рулетками второе слагаемое иногда не учитывают и применяют формулу:

               (4.30)

www.pppa.ru


Смотрите также