Геодезія 2

шляху променя, що йде від лімба д о окуляра мікроскопа ставлять плоскопаралельну пластинку. Під час повороту цієї пластинки спостерігачу здається, що поділки лімба рухаються. Із плоско - паралельною пластинкою пов'язана шкала мікрометра. Якщо "рухати" ( п о в о р о т о мпластинки) поділки лімба й сумістити з відліковим штрихом (або бісектувати) найближчудо штриха (бісектора) молодшу поділку лімба, то в т а к о м у розташуванні відлік мікрометра дає кр + хр\ повний відлік (у відповідностіз ф о р м у л о ю (ІІ.З.1):

5 = іїХ + кр + хр.

Вокулярах мікрометрів зображення поділок горизонтальногота

горизонтальний круг. Щ о б отримати відлік вертикального круга, потрібно барабаном мікрометра повертати плоско-паралельну пластинку й бісектувати штрих 92°. На шкалі мікрометра з'являться кутові м і н у т и та секунди відліку.

Двосторонній оптичний мікрометр. Такий м і к р о м е т р м а є дві плоскопаралельні пластинкий у полі зору окуляра мікроскопа в и д н о діаметрально протилежні штрихи лімба: зверху пряме зображення, з н и з у- перевернуте .

Під час повороту барабана мікрометра плоско - паралельні пластинки повертаються в протилежні сторони, а спостерігачу в и д н о , щ о діаметрально протилежні штрихи наближаються або віддаляються. Я к щ о ш т р и х и руха-

142

ються назустріч, то достатньо верхньому й нижньому штрихам пройти шлях Я/2, щоб штрихи сумістилися (стали один продовженням другого). Тому під час відлічування вважають відрізки між суміжними штрихами (в прямому та перевернутому зображенні) рівними не Я, а Я/ 2.

Рис. ІІ.З.З. Поле зору односторонньогооптичного мікрометра теодоліта ТІ

фірми Ш д (327°59'36").

И.3.4.

Ц е з м е н ш у є похибки суміщення штрихів, тобто, підвищує точність відліків. Детально про будову оптичних мікрометрів та методи їх відлічування о п и с а н о в [17]. Оскільки під час відлічування двосторонніх оптичних мікрометрів діаметрально протилежні штрихи, кожний пройшовши шлях

Я / 2 , с у м і щ а ю т ь с я ,т о реном двостороннього оптичного мікрометра називають різницю між номінальною величиною найменшої півподілки круга та його величиною, виміряною мікрометром.

143

Автоматизовані системи відліків кутомірних приладів (теодолітівта тахеометрів) виключили необхідність запису в польових ж у р н а л а х відліків кругів, що д о цього часу обов'язково виконувалось під час к у т о в и х вимірів,

тальних та вертикальних кругів (лімбів) - скляних кругів із градусними

світла та фотодетектором. Фотодетекторпрацює як Ф Е П (фотоелектронний помножувач - перетворює світловий сигнал в електричний струм) . Диски виконують роль модуляторів світла. Після п р о х о д ж е н н я д и с к і в (із прозорими та непрозорими частинками) світло, щ о п о п а д а є на фотодетектори,

відліку, відобразити його на електронному дисплеї, а в т о м а т и ч н о зареєструвати цей відлік в електронній пам'яті теодоліта, а б о п е р е с л а т и його до комп'ютера, що співпрацює з електронним теодолітом, д л я виконання подальших обчислень. Такий прилад названо електронним теодолітом. Електронний теодоліт відрізняється від електронного т а х е о м е т р а перш за все тим, щ о не має електро-оптичноговіддалеміра [31].

За останні роки створено три системи автоматичних відліків електронних теодолітів: кодові, імпульсні та динамічні. В с і ці с и с т е м и відліків базуються на загальному принципі: автоматизованомуп і д р а х у н к у світлових (електричних) імпульсів за допомогою мікропроцесорів і перетворенню імпульсів на відлік у числовому вигляді. Далі р о з г л я н е м о ці три системи автоматичних відліківбільш детально.

Проста ілюстрація кодової системи відліку показана на рис. ІІ.3.5. Рисунок ІІ.3.5 зображує кодовий диск з концентрично н а н е с е н и м и доріж

144

ками - коду двійкової системи відлічування. Теоретично можливо реалізувати автоматичний читаючий пристрій також із десятковою системою цифр, д о якої ми звикли під час візуальних відлічувань. Однак, електронний пристрій б у д е набагато простішим, якщо користуватися двійковою системою. Це пояснюється тим, що двійкові цифри 0 і 1 можна дуже просто реалізувати фізично: темно - ясно, напруга є - немає, реле ввімкнено - вимкнено. На жаль, двійковий код вимагає від ЕОМ ємність у 3,3 рази більшу, ніж десятковий код. Тому інколи застосовують двійково-десяткові та інші коди. Доріжки відраховують від центра круга. Перша складається із двох полів: затемненого й світлого півкола, а в кожній наступній - кількість полів подвоюється,почергово наносяться прозорі й непрозорі поля.

145

Не вдаючись у подробиці цього важливого питання, скажемо тільки, що поки використовують аналогову (безперервну) систему, яка в першому наближенні відповідає способу відлічування секунд у класичних теодолітах, тобто, частини, менші одного інтервалу, оцінюють окремо. А саме, уточнення відліку (напрямку) виконують електронною інтерполяцією відрізку:від останньої дециградовоїподілки (0,1 §) до індексу. Точність інтерполяції має

світла", пройшовши кодовий диск, попадають на фотодетекторР Б . Промінь,

доріжки), фотодетектор подає відлік 101. Потім цифрові відліки поступають на мікропроцесорМР, який відображає їх на дисплеї.

заснований на тому, що деякий постійний кут повороту алідади прирівню-

Один прозорий і сусідній непрозорий штрих д и с к у у т в о р ю ю т ь один квант кута. Доріжку прозорих та непрозорих штрихів називають растром.

146

Ціна елементу квантування С для N = 4000 буде 0,1 £ (0,1 града), тобто,

Як м и вже знаємо, таку кількість імпульсів отримати на крузі радіусом 6 0 м м або дещо більшому неможливо. Кількість імпульсів можна зменшити певними конструктивними рішеннями. Таким чином, кількісне значення кута б у д е визначено, якщо підрахувати кількість поданих імпульсів, щ о відповідають зміні розташування візирної осі труби, скріпленої з алідадою п і д час візування (наведеннятруби) за напрямками, що створюють цей кут. Частота імпульсів (не кількість) буде змінною величиною, залежною від швидкості обертанняалідади виконавцем.

Використовуються світлові імпульси, які перетворюються в електричні, або в імпульси, викликані електричною індукцією. Тому можна говорити про фотоелектричні та електроіндуктивні (індуктивні) імпульсні методи.

Маска К

К (конденсатор) 5 І джерело світла

Рис. ІІ.3.7,а Принциповасхема імпульсної системи автоматизації відліків.

П о к а ж е м о використанняфотоелектричних імпульсів. В імпульсному методі я д р о м приладу також є скляний круг (лімб), (рис. І1.3.7,а), що має о д н у д о р і ж к у рисок. Ширина рисок така сама, як і проміжків, що їх розділяють. Ц е й круг називають вимірювальним (вимірювальною сіткою). Напроти

147

цієї сітки (шкали), на можливо найкоротшій віддалі від неї, розташована зчитувальна (відлікова) сітка М, яку називають маскою. Риски та проміжки цієї сітки (маски) такі самі, як і у вимірювальної сітки. Риски та проміжки маски створюють ряд прозорих та непрозорих полів.

Світло від джерела 5 (люмінесцентного діода) перетворюється конденсатором А", у паралельний пучок, проходить вимірювальну,а потім зчитувальну (відлікову) сітку. Скерований об'єктивом Об, він попадаєна фотодіод /ТО. Якщо зчитувальна сітка під час вимірювання рухається відносно вимірювальної, то світловий потік, який попадає на фотодіод, буде коливатися між певними максимальною та мінімальною величинами. Найбільший потік попадає на фотодіод тоді, коли риски о б о х сіток будуть перекриватися, а найменший (теоретично - нульовий), коли проміжки вимірювальної сітки будуть закриті рисками зчитувальної сітки. Під час

На жаль, така проста система не дозволяє розрізняти напрямки руху алідади. Тому цю систему ускладнюють, використовуючи дві маски та два

148

Підставивши значення Т з (11.3.17) у рівняння (11.3.16), отримаємо:

Як бачимо, дійсно, мірою кута може виступати час. Тому динамічний метод м о ж е ще бути названийчасовим.

Вертикальна

Рис. II.3.7,б. Принципова схема динамічної системи автоматизації відліків.

Розглянутий вище імпульсний метод також є динамічним, але в імпульсному методі обертання круга не обов'язково повинні бути рівномірними. У даному випадку динамічний метод вимагає строго рівномірних обертань круга з постійною частотою. Такий метод базується на застосуванні імпульсногодиска (лімба), тобто, такого ж диска, як і для імпульсного методу, та чотирьох зчитувальних фотоелектричних пристроїв, які під час вимірювання розташовуютьу площинах Р т а К ^ ' (рис. Н.3.7,6). Два з них - Р та К, утворюють кут а. Перед вимірюваннями круг (горизонтальний та вертикальний) приводять в обертовий рух навколо своєї осі зі сталою частотою/ , контрольованою мікропроцесором. Доріжка диску / , пересуваючись під щілинами масок Мр і М5 зчитувачів Р і К, виконує

функції модулятора світла та створює дві смужки світлових сигналів в інтервалах, щ о відповідаютьрозташуваннюзчитувачів над доріжкою диска.

Світлові сигнали над напрямками Р і К та збуджені ними електричні імпульси приходять у мікропроцесор МР неодночасно. Ця неодночасність трансформується лічильникамита МР у міру кута І та числове значення

149

кута а. За даними зчитувачів Р та К отримують наближене (грубе) значення кута (як функцію часу г). Потім, використовуючи дані всіх чотирьох зчитувачів Р, К, Р', К', отримують точне значення кута а . Весь

кута, а трубу направляють за другим напрямком цього кута. З цим

нульовий діаметрна другий напрямок кута.

Завдяки діаметральному розташуванню зчитувачів Р і Р' та К і К' та обертанням круга під час вимірювань у двох протилежних напрямках виключаються ексцентричні похибки, викликані розташуванням кругівта зчитувачів. Значення горизонтального (г) і вертикального (в) кутів та їх похибок відображаютьсяна центральному мікропроцесорі С М Р . Прилад має додаткові вмонтовані системи, що автоматично компенсують вплив нахилу вертикальної осі теодоліта (неточного горизонтування приладу) на значення

приладу, перелічені на поправки, які вводяться у виміряні горизонтальніта вертикальні кути, автоматично.

Реалізовані на практиці динамічні системи дозволили отримати високу точність кутових вимірювань. Для теодоліта Т2000 (фірми \Уі1сі) точність характеризується середньою похибкою 0,5 сс. Цей теодоліт, показаний на рис. ІІ.3.8, має дві таблиці операційної клавіатури для введення даних, виконання потрібних операцій і відображеннярезультатів. Окреме гніздо дозволяє підключити реєстратор інформації СКЕ (модуль пам'яті), який співпрацює з теодолітом Т2000. Найновіші типи реєстраторів дозволяють вводити і виводити додаткові дані, наприклад, про нумерацію пунктів, знайтита виправити записані дані чи закодувати їх. Використовуючи нескладну програму, можнаоб -

Оптичні та електронні теодоліти, які по-суті є тахеометрами, оскільки мають не тільки горизонтальні, але й вертикальні круги та оптичні віддалеміри, складаються в більшості з тих самих вузлів та деталей, що й оптично-механічні теодоліти. Основна відмінність оптичних теодолітів,як

150

вже зазначалось, тільки в тому, що в них вмонтовані не металеві, а скляні круги. П е р е х і д д о скляних кругів дав можливість створити нові відлікові пристрої, а саме, розглянуті вище, штрихові та шкалові мікроскопи, оптичні односторонні та двосторонні мікрометри. На рис 11.3.9 показаний оптичний теодоліт серії ЗТ Уральського оптично-механічного заводу (Росія). У серію входять З Т 2 К П (К - компенсатор, П - пряме зображеня труби), ЗТ2КА (з автоколіматором), ЗТ5КП. Точність вимірювання горизонтальних кутів

ставці.

фазометр, клавіатура, реєстратор, у склад якого входить також зовнішній комп'ютер . Такі системи називають інтегрованими тахеометрами.

Д р у г и й с п о с і б полягає у сполученні окремо сконструйованих світловіддалеміра та теодоліта (оптичного або електронного). У такому поєднанні

151