Обычно, по конструктивным соображениям отсчетное устройство по горизонтальному кругу располагают под некоторым углом Д по отношению

где ЬА=(Ь—X) 8ш ф (Ь — геодезическая долгота, Я — астрономическая

долгота, ф — широта точки наблюдений).

ГЛАВА XXIV

ОСНОВЫ ТОЧНЫХ ЛИНЕЙНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ

§ 134. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для установления одинаковых единиц длины в разных странах в 1875 г. Международным бюро мер и весов был изготовлен 31 метрпрототип в виде платиново-иридиевых жезлов Н-образного сечения (20 X 20 мм) с нанесенными на их внутренней части двумя штрихами по концам жезла. На долю России достались, по жребию, метры-прото- типы № 11, хранящийся в Академии наук СССР, и № 28, хранящийся во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии, которые используются в СССР в качестве эталонов длины.

Следующими по классу точности мерами являются комплекты однотипных метровых и трехметровых инварных и платинитовых * жезлов, используемых в компараторах.

* Инвар и платинит — сплавы никеля с железом (в разных пропорциях), имеющие очень малый температурный коэффициент расширения. Коэффициент расширения платинита близок к коэффициенту расширения платины, откуда и пошло название сплава.

Приборы

для линейных измерений

в геодезии

Механи ческие

Рис. XXГУЛ. Классификация приборов для линейных измерений

От этого недостатка свободны световые эталоны. В качестве светового эталона длины согласно СИ принята длина волны красной линии кадмпя,

В СССР в качестве государственного стандарта с 1968 г. принят световой эталон.

Существующие приборы для линейных измерений в геодезии можно разделить на две группы (рис. XXIV. 1): ^^еxанические и физико-опти- ческие.

Измерение расстояний механическими приборами основано на последовательном откладывании их длины по направленшо измеряемой линии. Точные механические мерные приборы позволяют измерять расстояния с ошибкой до 1-10~®. К недостаткам относится большая трудоемкость измерения длинных линий, необходимость подготовки наземной трассы и т. п.

Точное измерение расстояний физико-оптическими приборами основано на косвенном способе: длину линии получают как функцию времени распространения электромагнитных волн между конечными точками измеряемой линии (радио-физические дальномеры). Оптические дальномеры были рассмотрены в главе VII. Достоинством физико-оптических приборов является быстрота измерений, возможность измерений больших расстояний без подготовки трассы. К недостаткам относится относительная сложность устройства и эксплуатации (радио-физические дальномеры) и неприспособленность приборов для откладывания на местности заданного проектного расстояния.

Наибольшее применение для высокоточных линейных измерений при инженерно-геодезических работах в строительстве нашли подвесные мерные приборы —• инварные проволоки и фазовые светодальномеры. Инварные проволоки применяются при геодезическом обосновании подземного строительства (железнодорожные туннели, метрополитен, ускорители элементарных частиц, маркшейдерские работы и т. п.). Светодальномеры применяются при развитии высокоточных геодезических сетей на дневной поверхности. Они удобны при работах на застроенной территории (городская полигонометрии). Широкое применение светодальномеры получили при измерении базисных сторон в государственной геодезической сети.

§ 135. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ПОДВЕСНЫХ МЕРНЫХ ПРИБОРОВ

Сущность измерения расстояний подвесными мерными приборами сводится к измерению расстояния АВ (рис. XXIV. 2) с помощью дуги

АСВ цепной линии, которую образует свободно висящая гибкая нерастяжимая и тяжелая нить (проволока, лента), удерживаемая в равновесии

* При нормальных условиях: I = + 1 5 9 С; Р = 760 мм рт. ст; е = 0 мм рт. ст.; СО2 = 0,03%.

П о п р а в к а Ас обусловлена различными значениями силы тяжести в месте измерения линии и месте компарирования проволоки, а следовательно, и натяжения проволок; подсчитывается она по формуле

Р— номинальный вес гири;

Аа

— относительное изменение силы тяжести в месте измерении по

отношению к месту компарирования.

При геодезических вычислениях в общегосударственной системе координат в горизонтальное проложение линии, вычисленное по формуле (ХХГУ.6), вводится поправка Дэ за переход к поверхности референцэллипсоида

В большинстве случаев инженерно-геодезических работ при точных линейных измерениях производится переход (проектирование) на некоторую среднюю уровенную поверхность. Формула (ХХГУ.12) остается в силе, но под (.Нт-)гкт) следует понимать среднюю высоту измеряемой линии над выбранной средней уровенной поверхностью; последний член можно не учитывать.

магнитных колебаний предполагается постоянной и известной. Существующие различные способы измерения по характеру излучения энергии могут быть разделены на две основные группы: 1) способы с прерывистым излучением и 2) способы с непрерывным излучением электромагнитных волн.

Первая группа получила название и м п у л ь с н ы х способов измерения расстояний. Время распространения энергии в этом случае определяется непосредственно. Для этого передатчик излучает электромагнитные колебания короткими импульсами, а на выходе приемника, расположенного рядом с передатчиком, включен индикатор, показывающий промежутки времени между моментами прихода к приемнику «зондирующих» — «прямых» импульсов от передатчика и «отраженных» от объекта, до которого измеряется расстояние. Импульсные дальномеры обладают сравнительно небольшой точностью, но большой оперативностью, поэтому они незаменимы при измерениях расстояний до движущихся объектов. Обычно импульсными дальномерами пользуются как локаторами, т. е. с их помощью определяют не только расстояния, но и направление на объект.

Вторая группа получила название ф а з о в ы х способов измерения расстояний. В этом случае наблюдают интерференцию прямых и отраженных колебаний, а время распространения энергии определяют косвенно, по разности их фаз. Измерение расстояний фазовыми дальномерами производится с высокой точностью, но требует значительно большей затраты времени. Фазовые дальномеры оказались очень удобными для создания геодезического обоснования.

Импульсный способ измерения расстояний

Принципиальная блок-схема импульсного дальномера изображена на рис. ХХ1У.8. Дальномер состоит из двух основных частей: приемопередатчика и отражателя. Приемо-передатчик устанавливается на начальной, а отражатель — на конечной точках линии и взаимно ориентируются.

Импульсный сигнал, излученный передатчиком, пройдя расстояние В, отражается в обратном направлении и через время т поступает в приемник и далее на индикатор времени, пройдя измеряемое расстояние дважды. Измерив время т, искомое расстояние вычисляют по формуле

где V — скорость электромагнитных волн в воздухе в момент измерений.

Передатчик импульсного дальномера представляет собой источник электромагнитных колебаний с устройством для коллимирования энергии и формирования импульсов. В зависимости от вида используемых электромагнитных колебаний дальномеры носят название оптических локаторов, когда используется оптический диапазон, или радиолокаторов при использовании колебаний радиочастотного диапазона электромагнитных волн.

то измерение расстояния сводится к определению величины ф. Обычно на экран электронно-лучевой трубки накладывают прозрачную шкалу, разделенную для некоторого среднего значения скорости г; электромагнитных волн и частоты /. Если Т ]> т, то электронный луч за время т успе-

вает пробежать только часть окружности и отсчет по шкале дает значение расстояния. При Т < т электронный луч за время т успевает сделать

несколько (Щ полных оборотов и искомое расстояние определится из соотношения

где N — целое число, которое может принимать значение, равное 1; 2; 3;...

Для определения числа И, так называемого разрешения многозначности, нужно иметь в дальномере возможность сделать Т > т. Это .до-

стигается применением нескольких частот развертки.

При конструировании дальномера задаются наибольшим измеряемым расстоянием. Тогда для выполнения Т > т нужно, чтобы

V

откуда

(ХХ1У.17)

Например, при В = 15 км и г? = 3 • 108 м/сек пмеем

2.15-103

Точность измерения расстояния зависит от ряда факторов, одним из которых является частота развертки. Практически найдено, что отсчет ф по шкале электронно-лучевой трубки может быть выполнен с точностью 1/100 окружности. Цена окружности на частоте / составляет

в таком случае ошибка измерения расстояния будет

__1 Шг> — Ю0 ' 2/ в

энергии сразу же (опорный сигнал) после выхода из передатчика поступает в приемник и на индикатор сдвига фаз. Отраженные электромагнитные колебания после прохождения пути 2Л через время х после выхода

из передатчика поступают в приемник и на индикатор сдвига фаз. Следовательно, на индикатор поступают колебания, разность фаз которых при неизменном расстоянии и неизменной частоте остается постоянной (когерентные колебания).

Как известно из курса физики, под фазой <р гармонического колеба-

Рпс. ХХ1У.14. Блок-схема фазового дальномера

Значение угловой частоты можно выразить через частоту колебаний

рены непосредственно с необходимой точностью. Однако их разность т, целиком определяющая расстояние до отражателя, остается постоянной в пределах постоянства скорости распространения электромагнитных волн в процессе измерений.

В каждый отдельный момент времени на индикатор времени посту-