Теодолиттерді зерттеу 6 страница

4-сурет. ДН-08 қашықтықты өлшегіш рейкасы

Рейканың 2 базасы бар: 1 – 102см үлкен маркалар арасында және 2-55см кішілер арасында (4-сурет). Үлкен базамен 180-нен 700м-ге дейін қашықтықтарды өлшейді, кішісімен – 100-ден 180см-ге дейін. 100м-ге дейін қашықтықтарда кіші базамен параллактикалық бұрышының жартысын өлшейді.

Рейканың маркалары дюралюминийден жасалған 6 штангада бекітілген. Рейканың қойылымына көлденең бұрыштарды өлшеу үшін 4 марканы орнатады. Рейка көлденең орнату үшін 3 дөңгелек деңгеймен, өлшенетін линияға перпендикуляр етіп орнату үшін 5 визирмен және штанганың ішіне орнатылған термометрмен қамтамасыздандырылған.

Параллактикалық бұрыштың жартысын өлшегенде 60 шамасында қашықтықты өлшегіш шкалада есеп айыруды компенсатордың орналастыру бөлігінің рукояткасымен орнатады. Кейін компенсатордың өлшенетін бөлігінің рукояткасымен (5-суреттегіндей) маркалардың бейнесін біріктіреді және қашықтықты өлшегіш бөлігінің рукояткасымен 5, б – суретте көрсетілгендей маркалардың бейнесін біріктіреді және қашықтықты өлшегіш шкала бойынша n₂ есеп айыруын алады. Параллактикалық бұрыштың жартысын бұл есеп айырысулардың айырмасы арқылы анықталады. Осындай қабылдауларды 4-6 рет жасайды. Әрбір компенсатордың орнату бөлігінің рукояткасымен амал жасағанда есеп айыруды “жаңартады”. Әртүрлі амалдарда анықталған бұрыштар мәндерінің арасындағы ұқсас келмеушілік өлшегіш шкаланың 0,15 бөліндісінен аспау керек.

5-сурет. ДН-08 қашықтықты өлшегіш саптаудың параллактикалық бұрышының жартысын өлшегендегі кестесі.

Қолданылатын әдебиеттер:

1. П.Н.Кузнецов, И.Ю. Васютинский, Х.К.Ямбаев “Геодезическое инструментоведение”

2. Б.Д.Федоров “Маркшейдерско-геодезические приборы и инструменты”

 

СӨЖ үшін тексерме тапсырмалар (12 тақырып) [125, 161, 199, 222, 230]

1. Жарықтық қашықтық өлшеуіштің қазіргі түрлері мен олармен жұмыс.

2. Жарықтық қашықтық өлшеуіштерді ашық және жабық әдіспен маркшейдерлік істе қолдану.

3. Жарықтық қашықтық өлшеуіштердің шет елдегі жағдайы.

 

 

11 Тақырыбы: Жарық қашықтық өлшеуіш (4 сағат)

Лекция жоспары:

1. Жұмыс істеу принципі және түрлері.

2. СМ-5 жарық қашықтық өлшеуіш.

3. СМ-2 жарық қашықтық өлшеуіш.

4. 2СМ-2 жарық қашықтық өлшеуіш.

5. “Блеск”(3СМ2) жарық қашықтық өлшеуіш.

6. Жарық қашықтықтықтардың тексермелері.

Жұмыс істеу принципі мен түрлері.

Сызықтықтарды жарық қашықтықпен өлшеу көрінетін электромагниттік толқындардың немесе жарық көзінің инфрақызыл аймағының спекторының таралу уақытын анықтауға негізделген.

Жарық қашықтық өлшегішпен қабылдағышпен қайтарушыға дейінгі D қашықтығы өлшенеді (баяу немесе белсенді). Сонда қабылдағыш пен қайтарушыны центрлеген А және В нүктелерінің ара қашықтығын (D) мына формула бойынша анықтауға болады:

(D)=D+c=D+c₁+c₂

Мұндағы с=с₁+с₂ – жарық қашықтық өлшеуіштің тұрақтысы.

Өлшенетін ара қашықтықта электромагниттік толқындармен өтетін уақытты, импульстік және фазалық тәсілдермен анықтайды (немесе олардың комбинациясымен). Осыған негізделе жарық қашықтық өлшеуіші импульстік және фазалық деп бөледі.

Импульстік жарық қашықтық өлшеуіште қабылдағыштан қайтарушыға және керісінше жүретін жарық дыбысының уақыты өлшенеді.

Мұндағы с – вакуумдағыжарықтың таралу жылдамдығы;

           n – айқын ортадағы приломления көрсеткіші, оның магнит өткізгіштігі     және диэлектрик тұрақтылық  функциясы болып келеді,  және ылғалдылық пен температураға байланысты болады.

Уақыт санағы, дистанцияға дыбысты жіберу мезетінен қайтарылған сигналды қабылдаған мезетке дейін, генератордың импульс есебі бойынша жүргізіледі. Импульстік жарық қашықтық өлшегіште үлкен қате, дыбыстың жіберілген аймағының ұзақтығына байланысты болады. Әдетте уақыт өлшем дәлдігі 1-10 не (1нс.=10^-9с).

Импульстік жарық қашықтық өлшегішпен өлшем алу қателігі 1-ден 10м-ге дейін. “Женераль Электрик”(США) фирмасының жарық қашықтық өлшеуіші 15 км қашықтыққа 0,3м қателік жібереді. Қолданылып жүрген генераторды наносекундтық импульс генераторымен пикосекундтық импульсымен ауыстыру жолымен дәлдікті жоғарлатуға болады (1пс=10^-12с).

Фазалық жарық қашықтық өлшеуіште уақыт индекатор орнына әртүрлі фаза индикаторы қолданылған. Фазалық жарық қашықтық өлшеуішінің екі түрі бар: байыппен өзгеретін және бекітілген жиілікпен.

Бірінші типті фазалық жарық қашықтық өлшеуіштің жарық модуляция жиілігін қабылдағыштан қайтарушыға дейінгі екі есе қашықтықта толқындар мен жартылай толқындардың біртұтас сандары жағаспағанша өзгереді:

Мұндағы N – толқындар саны, екі есе қашықтықта жайғасқан;

            К – толқындар ұзындығы;

Мұндағы  - өлшем ортасындағы жарықтың таралу жылдамдығы.

Бірақ бұл жағдайда толқын саны N белгісіз. Келіксіздікті шешу үшін жиілікті жайғасқан толқындар саны дәл n-ға өзгеретіндей етіп өзгертеді. Сонда

                            (1.1)

                            (1.2)

       (1.3)

Бірақ (1.1) және (1.2) негізінде

(1.3) – ті ескере, аламыз:

Суреттелген принцип бойынша, В.Д.Большаков және А.И. Демушкинмен өндірілген, СТ сериясындағы жарық қашықтық өлшеуіш жұмыс істейді. Бақылаушы жарық модуляциясының жиілігін байыппен өзгерте тырып, қайтарушыдан нысаналау дүрбісіне бара жатқан жарық құйынының минимумге дейін азаю мезетін көзбен шолып бекіткенде, минимум жарық тәсілі бойынша трассада біртұтас толқындар санының жайғасуы көзбен шолып бекітіледі.

СТ-65 құралының блок-схемасы 3-суретте көрсетілген. Қабылдағышта орналасқан, жарық көзі СГ-2 түйрелген шам түрінде түйреудің нүктелік денесімен, конденсатор 5, поляризатор 4 арқылы өтеді және Керра 3 конденсаторының электродаралық аумағының орталығында фокустайды. Поляризатор 4 және Керра конденсаторы 3 жарық модуляторы болып табылады.

3-сурет.

Объектив 2 фокусында орналасқан электродаралық Керра конденсаторы тік қалпында орналасқан. Керра конденсаторының тоқтың күштік сызықтарының бағытына қатысы бойынша поляризатордың поляризация жазықтығы 45  1⁰ бұрышында орналасады.

Модульданған жарық құйыны, телескопиялық дүрбі беретін объектив 2 көмегі арқылы, қайтарушыға бағытталады, сосын қабылдағыштың жарық қабылдауыш дүрбісіне келіп түседі және Керра конденсаторының 12 электродаралық аумағының орталығына объективпен 13 фокусталады. Керра конденсаторы 12 мен анализатор жарық демодуляторы болып келеді. Электродаралық саңылау тік қалыпта, Керра конденсаторының модуляторынның 3 электродаралық саңылауына перпендикулярлы Керра конденсаторынан 12 шығатын жарық құйыны анализатормен окуляр 10 арқылы бақылаушының көзіне келіп жетеді. Жарық қабылдағыш дүрбінің окулярлы бөлігінде орналасқан анализатор 11, 90  бұрышта бұрыла алады.

Құралда модулятор мен демодулятордың жұмыс жобасы қолданылған, сол арқылы минимум жарық құйынын өткірірек қабылдайды.

Жоғары жиіліктегі генератордан 7 Керра конденсаторына 3, 12 жоғары жиіліктегі тоқ ауытқулары келіп түседі (23,8 – 26,8 МГц). Бақылаушы окуляр 10 арқылы қабылдағыштан қайтарушыға нысаналауды жүзеге асырады да және верньера мен 1-ден 1000-ға дейінгі сандық жүйесі бар генератордан тұратын жарық қашықтық өлшеуіштің санақ құрылғысын қарастырады. Қабылдағыштың тоқ бөлігі, жоғары жиіліктегі генератордан, смеситель-детекторынан және телефоны бар төменгі жиілікті күшейткіштен тұрады және де жоғары жиіліктегі генератор шкаласының калибровкасы және құйын модуляциясының жиілігінің өзгеруі үшін қызмет етеді.

Жиіліктер мен жоғары жиіліктегі генератор (ЖЖГ) салыстырмасы смесительде 100кГц кварц генератор m-ми гармоникаларымен немесе ПО кГц [35] кварц генератор m-ми гармоникаларымен өндіріледі. Жиілік теңдігі /_гвч=я/юо и^гвч=mtno телефон көмегімен дыбыс арқылы бекітіледі.

ЖЖГ шкаласында үш кварц тексерме нүктелері болады, бұндағы 100 және 110 кГц-ке кварц генераторларының гармоник жиіліктері сәйкескеледі. Жарық қашықтық өлшеуіштің паспортында тексерме нүктелерінің жиілігіне және генератор шкаласы бойынша есепке қатысты мәндер берілген.

Жарық модуляторлары түрінде Керра ұяшыктары, кварцтық резонаторлары бар кристалдық модуляторлар қолданылады. Растрі бар диск айналымымен жарық модуляциясы болатын механикалық модуляторлар сирек қолданылады.

4-сурет. Жарықтық қашықтық өлшеуіші 2СМ2.

МЕСТ -19223-73 бойынша жарықтық қашықтық өлшеуіші 4 түрге бөлінеді:

Жарықтық қашықтық өлшегіш СМ-5 – 500м-ге дейін ұзындықты өлшеуге арналған. Оның орташа квадраттық қателігі 5 см-ден аспайды.

Жарықтық қашықтық өлшегіш СМ-2 - өлшеу диапазонында орташа квадраттық қателігі 2см-ден аспайтын 2км-ге дейін ұзындықты өлшеуге арналған. Бұл құрал – жалпы қолдануға арналған құрылғы. Ол есептеу нәтижелерін автоматты түрде цифрлік түрде жарықтық таблода береді. Бұл түрлерге тағы 2СМ2, 3СМ2 да жатады.

Аса дәл жарықтық қашықтық өлшеуіші СМ-02 өлшеудің барлық диапазонында орташа квадраттық қателігі 2мм-ден аспайтын аз қашақтықтарды (300м-ге дейін) өлшеуге арналған.

Аса дәл үлкен жарықтық қашықтық өлшеуіші СБ-6 орташа квадраттық қателігі т=1+D-10⁶  см, яғни 5км-ге 6см-ден аспайтын, үлкен қашықтықтарды өлшеуге арналған (түнде 50км-ге, күндіз 30км-ге дейін).

20 кестеде әр елде шығарылатын жарықтық қашықтық өлшеуішінің негізгі түрлері мен олардың негізгі көрсеткіштері берілген.

Жарықтық қашықтық өлшегіші 2СМ-2 – жиынтығына келесілер кіреді: қабылдағыш, электронды блок, 2 қоректену көзі, 2 трипельпризмалық шағылдырғыш, 2 оптикалық екі жақты отвес, термометр-пращ, барометр, 3 штатив және бөлшектер. Жарықтық қашықтық өлшеуіші қашықтықты күндіз де, түнде де өлшей алады. Ол қашықтықты өлшеудің фазалық әдісі қолданылатын электронды-оптикалық жүйе болып табылады.

Жарықтық қашықтық өлшеуіші 3 головкадан, 4 колонка және 1 подставкадан тұрады (4-сурет). 3 головка қабылдағыш және визирлік, бергіш каналдардың түйіндері мен бөлшектерден, оптикалық қысқа тұйықталудың қосу кілтінен, сигнал деңгейінің дұрыстау тұтқасынан және басқарғыш окуляр жақтағы құралдан тұрады. Головканың жоғарғы жағында шағылдырғышқа алдын-ала бұратын құрал үшін қолданылатын коллиматорлық визир бар. Көру құбыры мен визирдің торлары түнгі уақыттағы жұмыс үшін электр жарытығымен қамтамасыз етілген.

4 колонка электронды блогы бар қабылдағышты қосатын кабельді де, ФЭК-де кернеуді дұрыстайтын тұтқа, винттерді де келтіретін оптикалық центрирді құрайды. Алмалы подставканың болуы бұрыштар мен сызықтарды өлшейтін үшштативті жүйелерді қолдану мүмкіндігін береді.

5-суретте қабылдағыштың оптикалық сызбасы көрсетілген. 13 сәулелендіргіштен түсетін инфрақызыл сәулелер 12 конденсаторлық линзадан өтіп, спектро бөлгіш табақшадан 9 шағылады. 8 айнаның саңылауынан өтіп, 2 объектив пен шағылған сәулелер 7диафрагмада 2 объективпен фокустанып, бағытын 90⁰-қа өзгертеді. Диафрагма 7 фондық жарықтарды шектеуге арналған. 6 объективтен алынған диафрагма көрінісі интерференциялық светофильтр 5 арқылы, алынған жарықтанудың қателіктер деңгейін азайту жолымен пайдалы сигналды бөлуге арналған, 4 фотоэлектронды көбейткіштің фотокатодында проекцияланады.

5-сурет. Жарықтық қашықтық өлшеуішінің оптикалық сызбасы.

(ФЭК). Құрылғының электрондық сызбасында фазалық тұйықталуларды ескеру үшін оптикалық жүйеге периодты түрде фокусы 7 диафрагмада орналасқан оң линза мен трипельпризма түріндегі 3 оптикалық қысқа тұйықталу блогы енгізіледі.

Спектр бөлгіш табақша тек қана инфрақызыл (көрінбейтін) сәулелерді шағылдырып, көрінетіндерді өткізетін болғандықтан өлшеу барысында көзбен визирлік тракт бойынша шағылдырғышты қарастыруға болады: окуляр 11 – жіптер торы 10 – объектив 2. 9 спектрбөлгіш пластина мен саңылауы бар 8 айнаның болуы құрылғыда жіберетін, қабылдайтын және визуальды тракттар біріктірілген. Бұл оның аз өлшемдерін қамтамасыз етеді.

Жарықтық қашықтық өлшеуішінің электронды блогы аса тұрақты масштабты және гетеродинді жиілікті жасау үшін, алынған сигналды өңдеу үшін пайдаланылады. Электронды блоктың беттік панелінде жеке блоктардың, электрондық тізбектердің, жалпы жарықтық қашықтық өлшеуішінің жұмысын реттеуге арналған құрылғы мен жұмыс режимдерін сөндіргіштер орналасқан.

Масштабты жиілік генераторымен (МЖГ) модульденген галий арсениды жартылай өткізгішті люминесценттік жарықдиодтың сәуле шығаруы трипельпризмалық шағылдырғышқа бағытталған. Бір уақытта МЖГ мен генератор кернеуі және гетероидты жиілік (Г) (СМ) қоспасына түседі. Осында айырмалы жиілік кернеуі тіректік каналдың жалағышы арқылы жасалған ропорлық импульстер тізбегі түрінде есептің түйініне түседі. Шағылған жарықтың сигнал фотоқабылдағышқа (фотоэлектронды көбейткіш ФЭК) түседі. Осында электрлікке ауысады гетеродинденеді және күшееді. Осы түрлендірілген сигнал ФЭК-пен бірге жіңішке жолақты фильтр мен фаза айналдырғыш нәтижелерді өңдеу кезінде есептеулерді оңайлату үшін цифрлік табло көрсеткіштерін оптикалық қысқа тұйықталу (ОҚТ) режимінде нольге келтіруге арналған.

Есептік түйінде шығарылатын және дистанциялық сигналдармен бірге қабылданатын арасындағы фаза айырымын өлшеу үшін арналған. Есептеу нәтижелері есептегіштермен өлшеніп, цифрлік таблода көрініс табады.

Бір мәнді емес қашықтықтарды өлшеу үшін модуляцияның 3 масштабтық жиіліктерде жүреді: f_i=149.85кГц, /2=1498.5кГц, /3=14985кГц f1 және f2 жиілік бөлгіші арқылы алынады, /3 термостаттық кварцтық генератормен алынады. Таңдап алынған жиілік торы қосымша есептеулерсіз метрикалық жүйеде есептеу нәтижесін алуға мүмкіндік береді. Бір мәнді емес екендігі 3 масштабты жиіліктердегі автоматты түрде анықталады.

Жарықтың қашықтық өлшеуіші 2СМ2-нің ерекшелігі өлшеніп жатқын сызығында қателіктердің пайда болуы есептеуді тоқтатуында. Бұл жарықтың қашықтық өлшеуішін құрылыс-монтажды жер шартында тиімді пайдалануға мүмкіндік береді.

Шағылдырғыш трипельпризмалары бар блоктардың әр түрлі саны қолданылуы мүмкін. Шағылдырғыш подставкаға қойылып, дұрыс қабылдау үшін дөңгелек деңгейлікпен визирді қамтиды.

Жолақты өлшеу кезде шағылдырғыш пен қабылдағыш оны бекітетін нүктелерде ортақтандырылады. Содан соң құралда керекті қосуларды жүргізеді. Шағылдырғышты визирдің көмегімен қабылдағышқа бағыттайды. Қабылдағышты жіптер торымен шағылдырғышқа бағыттайды. Тура бағытты қабылдағыштың негізгі құралының максимал сигнал деңгейімен реттеуге болады.

Жарықтық қашықтық өлшеуіш ”Блеск”(3СМ2). Бұл құрал жарық қашықтық өлшеуіші 3СМ2-ден айырмашылығы, онда электорнды блок пен қабылдағыш біріктірілген. Арнайы құрылғы автоматты түрде ОҚТ режимінде өлшеулер жүргізіледі. Және де, құрылғы жарық қашықтық өлшеуішінің шағылдырғышқа бағытталғандығын, есептеудің аяқталғандығын білдіретін дыбыстық индикациямен жабдықталған. Бұл құрал өз негізінен алынып, 2Т2, 2Т5К, 2Т2П, 2Т5КП, теодолиттеріне бекітіліне алады. Бұл жағдайда теодолит электронды тахеометр ретінде қолданылады.

Құралдар жиынтығының құрамына 7 призмалы екі шағылдырғыш және 1 призмалы бір шағылдырғыш кіреді. Шағылдырғыш штативте немесе арнайы қондырғыда орнатылуы мүмкін.

Өлшеу диапазоны 0,2 – 3000м-ді құрайды. Ал 18 призмалы шағылдырғышты қолдану 5000м-ге дейінгі қашықтықты өлшеуге мүмкіндік береді.

Қашықтық өлшеудің орташа квадраттық қателігі; (10+5-10⁶Д)мм. Өлшенетін жолақтардың ең үлкен көлбеулік бұрышы . Орташа қолданылатын қуат 5Вт. Көру құбырының тік көрінісінің үлкеюі 12^х, көру өрісі 3⁰. Жарық қашықтық өлшеуішінің қондырғышымен бірге алғандағы массасы – 4,5кг, теодолитке орнату үшін қондырғыдан алынғандағы массасы – 3,8кг, 1 призмасы бар шағылдырғыштікі – 0,4кг, 7 призмасымен – 2кг. Штатив массасы – 5,5кг, ұшу көзі – 3,8кг, қондырғы 1кг.

Жарық қашықтық өлшеуіші СМ5. Бұл құралдың жиынтығының құрамына қондырғысымен қабылдағыш, екі трипельпризмалық шағылдырғыш қондырғымен, екі қор көзі, екі оптикалық екі жақты отвес, 3 штатив, термометр-пращ, зарядтайтын және разрядтайтын құралдар, екі зат пен бөліктер. Қоректену көзінің кернеуі 8,5В, қолданылатын қуат 5Вт. Жиынтықтың сыртымен бірге массасы 25кг. Рұқсат етілген бұрыш көлбеулігінің диапазоны , температураныкі - 30 -+40⁰С. Көру құбырының үлкеюі 4,4^х, көру өрісінің бұрышы 6⁰, визирлеудің минимал қашықтығы 15м.

Қабылдағыш құрамы: 5 головка, 4 тұтқамен бекітілген 2 колонкамен, негіз/ (сурет 5). Головкада қабылданатын оптикалық жүйе, жарықдиод, ФЭК, кілт “дистанция - ОҚТ”, электронды схемалар орналасқан. Головканың қақпақшасында 3 көру құбыры бар. Көрушіге беттік панельде жұмыс тұтқалары, жебелік құрал, цифрлік табло орнатылған. Колонкада бағыттайтын және бекітетін құралдар, микротелефон мен қоректену көзімен қосуға арналған кабельдің қосылу жері орналасқан. Негізде оптикалық центрир мен цилиндрлік деңгей бекітілген.

Жарық қашықтық өлшеуішінде қашықтық өлшеудің импульстік әдісі қолданылады. 6-суретте осы құрылғының оптикалық сызбасы көрсетілген. 12 жартылай өткізгішті жарық диодтан жарық галий арсенид негізінде ”ОҚТ - дистанция” келтінің 10 диафрагмасының 11 мен 9 саңылаулары және 8 призма, объектив арқылы өтіп, шағылдырғышқа бағыт алады. Шағылған жарық сигналы 1 объективпен фокустанып, 4 жарықдиодты өткен соң ФЭК-тің фондық жарықтану деңгейін азайту үшін қолданылатын 6 интерференциялық фильтр арқылы өтіп, 7 ФЭК фотокатод жазықтығында 5 микрообъективпен фокустанады.

6 – сурет. СМ5.

7-сурет. Жарықтың қашықтық өлшеуішінің СМ5 оптикалық сызбасы.

ОҚТ режимінде “дистанция - ОҚТ” кілтінің диафрагмасы шағылдырғышқа бағытталған сәуле беттесетіндей 13, 9 саңылаулары арқылы өрістік диафрагма жазықтығында 20ҚТ блогымен фокустанатындай және содан соң ФЭК фотокатодқа түсетіндей бұрылады.

ФЭК-те алынған “дистанция - ОҚТ” режимінде сигнал детектірленеді және ФЭК фотокатодына берілетін қосымша генератордың кернеуінің көмегімен төмен жиілікті сигналға айналады. ФЭК-тен шығатын кернеу төмен жиілікті фильтр (ТЖФ), күшейткіш, күшейткіш – шектеуіш арқылы өтіп, әрі қарай есептеу түйініне импульстер сигналдары түрінде кілт арқылы беріледі. “Грубо” режимінде тізбекті жиілігі 14,9855Гц, ал “точно” жиілігінде 1498,55Гц болатын, есептік түйінге сигналдықтармен бір уақытта коммутатор арқылы тіректік импульстар түседі. Әр тіректік және келесі сигналдың импульстарының уақыт интервалы өлшенетін қашықтыққа пропорционал. Бұл интервал есептеу түйінінде 1498,55кГц жиіліктен импульстармен толтырылуын санау әдісімен өлшенеді.

“Грубо” режимінде нәтиже 5 индикаторлық таблода сантиметр түрінде көрсетілсе, “точно” режимінде – бірінші 4 индикаторлық таблода миллиметр түрінде көрсетіледі. Әрбір көрсетілетін нәтиже өз алдына “дистанция” – О_mcm және “ОҚТ” режиміндегі нәтижелердің айырымы болып келеді. Нәтиженің көрінуі дыбыстық сигналмен басталады. Нәтиженің соңғы дұрыс түрін алу үшін “грубо” режимінде өлшенетін һашықтық мәні орташа арифметикалық мәнімен салыстырылады, “точно” режимінде өлшеу районының ауа температурасының дұрыстамасы, яғни 1⁰С дейінгі қателігі, және 1,35кПа-ға дейінгі қателікпен атмосфералық қысым ескеріледі.