История развития нового геодезического прибора (Измерительном комплексе)
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПО ЗЕМЛЕУСТРОЙСТВУ
Кафедра: геодезии и геоинформатики.
КУРСОВАЯ РАБОТА
По дисциплине: «Геодезическое инструментоведение».
На тему: История развития нового геодезического прибора (Измерительном комплексе) «Электронный тахеометр».
Выполнил: CТ. 21 ПГ. Группы
Саитов К.А.
Проверил: к.т.н., профессор
Юнусов А.Г.
Москва. 2010 г.
План.
- Введение…………………………………………………………
……3 - Назначение прибора………………………………………………….4
- Принципиальная и структурная схема прибора……………………5
3.1. Схема на примере электронного тахеометра TOPCON GPT-3000 ….…..5
3.2. Обобщенная структурная схема электронного тахеометра……………….7
- Устройство и конструкция основных узлов………………………..8
4.1. Геометрия корпуса………………………………………………………….
4.2. Зрительная труба……………………………………………………...……
4.3. Принципиальная схема светодальномера…………………………………..
4.3.1. Светодальномера в режиме с отражателем…………………………12
4.3.2. Светодальномера в режиме без отражателя………………………...13
4.3.2.1. Импульсный и фазовый дальномеры……………………...14
4.3.2.1.1. Импульсный дальномер.....................
4.3.2.1.2. Фазовый дальномер……………………………..15
4.4.Угломерная часть………………………………………………………………
- Конструктивные особенности в новых приборах, новые
Возможности приборов………………………………………………18
- Поверки……………………………………………………………
…..25 - Методика подготовки прибора к работе, технология и условия
работ…………………………………………………………………
- Заключение……………………………………………………
……….38 - Список используемой литературы…………………………………...39
1. Введение.
На замыкающей стадии развития
оптико-электронных геодезических приборов
стоит универсальный инструмент - Электронный
тахеометр, неслучайно занимающий прочное
место в ряду приборов геодезического
оборудования. Тахеометр производит любые
угломерные измерения одновременно с
измерением расстояний и по полученным
данным проводит инженерные вычисления,
сохраняя всю полученную информацию. С
помощью электронного тахеометра в полевых
условиях можно получить информацию об
измеряемых горизонтальных и вертикальных
углах и расстояниях, автоматически выполнить
необходимые вычисления по плановому
и высотному положению ситуации. При наличии
компьютера процесс может быть автоматизирован,
включая получение готовой карты местности
за считанные минуты. Возможность занесения
в запоминающее устройство допустимых
погрешностей измерений(например, циклической
погрешности дальномера, коллимационной
погрешности, отклонения места нуля, отклонение
оси вращения от отвесной линии за счет
введения двухкоординатных электронных
уровней и др.) позволяет повысить точность
и производительность измерений.
Встроенное программное обеспечение
позволяет выполнить следующие геодезические
задачи: обратную засечку, уравнивание
теодолитного хода, вычисление площадей,
разбивку кривых и т.д.
На Российском рынке тахеометры представляют сегодня такие известные фирмы, как Leica-Geosystems(Швейцария), Sokkia, Topcon, Nikon и Pentax(Япония), Trimble Navigation(США), Opton(Германия), АГА(Швеция), а также ФГУП “УОМЗ”(Россия, г.Екатеринбург) и др.
Современный тахеометр должен полностью удовлетворять всем требованиям пользователя. Это важно и потому, что пользователь не должен переплачивать за невостребованные функции и возможности инструмента, стоимость которых может быть достаточно высока. С другой стороны, желательно иметь возможности обновления и модернизации системы — добавление новых функций, программ и даже изменение технических характеристик.
2. Назначение прибора
Электронным тахеометром называется
устройство, объединяющее в себе теодолит
и светодальномер. Одним из основных
узлов современных электронных
тахеометров является микроЭВМ, с
помощью которой можно
3. Принципиальная и структурная схема прибора
3.1 Схема на примере электронного тахеометра TOPCON GPT-3000
Рис.1Вид тахеометра спереди.
Рис.2 вид тахеометра сзади.
Рис.3 вид трегера тахеометра.
3.2 Обобщенная структурная схема электронного тахеометра.
Рис. 4. Обобщенная структурная схема роботизированного электронного тахеометра
1 - антенна; 2 - вертикальный круг; 3 - считывающая головка; 4 - радиомодуль; 5 - центрир; 6 - аккумуляторы; 7 - горизонтальный круг; 8 - датчик наклона; 9 - вертикальная ось; 10 - мотор; И горизонтальная ось; 12 - микро-ЭВМ; 13 - устройство наведения; 14 - светодальномерный блок; 15 - указатель местоположения реечнику;
Рис. 5. Структурная схема тахеометра 3Та5
4. Устройство и конструкция основных узлов.
1. Плоскости колонок должны быть параллельны
и
перпендикулярны плоскости основания (рис. 6).
Рис. 6 Геометрия корпуса
2. Посадочные места под ось
зрительной трубы должны быть
параллельны между собой и
расположены на одной высоте
над основанием корпуса. Ось
посадочных мест -строго перпендикулярна
плоскости колонок, должна
Поскольку корпуса приборов отливаются,
а у форм есть пределы допуска,
на правой колонке корпуса посадочное
место под ось трубы делают
подвижным для юстировки
Самым распространенным методом является
применение эксцентрической шайбы (лагера)
(1) с котировочными винтами (2) для разворота
шайбы( рис 7)
Рис. 7. эксцентрическая шайба
Однако завод Karl Zeiss использует другой метод. Посадочная втулка (1) под ось вращения трубы устанавливается на колонке тахеометра (2) Крепежные отверстия (3) делаются шире диаметра крепежных болтов с широкими шляпками, что дает возможность передвигать втулку (1) вверх-вниз и влево-право и закреплять ее е нужной позиции (рис. 8).
Рис. 8.
1 - посадочная втулка;
2 - колонна тахеометра;
3 - крепежные отверстия
Ось вращения тахеометра должна быть
перпендикулярна основанию
К корпусу тахеометра крепится компенсатор,
который является электронным уровнем
прибора. В случае, когда компенсатор одноосевой,
он устанавливается параллельно зрительной
трубе для компенсации продольного наклона.
При этом посадочные места компенсатора
(1) параллельны плоскости колонки (2) (рис.
9).
Рис. 9. Способ крепления компенсатора
4.2 Зрительная труба
Рисунок 10.
условные обозначения:
1. Объектив 2. Зеркало 3. Излучатель Track 4. Отражатель 5. Зеркальная призма 6. Сенсор ccd с ноль пунктом 7. Сетка нитей 8. Окуляр 9. Глаз наблюдателя
Установка зрительной
трубы зависит от конструкции
ее оси. Чаще используется
Следующая задача состоит в недопущении хода зрительной трубы вдоль оси ее вращения. Для этого к торцу оси в левой колонке корпуса на болтах крепят посадочное место (1) лимба вертикального круга, что ограничивает ход зрительной трубы вправо. В правой колонке корпуса на полуось надевают хомут (2) механизма для фиксатора и наводящего винта зрительной трубы. Это ограничивает ход зрительной трубы влево. Теперь труба жестко закреплена по торцам оси и может только вращаться. Но в методе есть один недостаток.
Очень важно, чтобы визирная ось зрительной трубы пересекалась с осью вращения тахеометра. Несоблюдение этого условия влечет за собой ближнюю компенсацию. Поэтому некоторые заводы-изготовители применяют другой способ, при котором ось вращения проходит через зрительную трубу.
Рис. 11. Корпус
тахеометра
Монтаж производят так: конец
оси вставляют в колонку со стороны лимба
вертикального круга (1), затем между колонок
ставят трубу (2) и проталкивают сквозь
нее ось (3) до лагерной втулки (рис. 12). Зрительная
труба (2) крепится к оси при помощи двух
винтов (4). В зрительной трубе отверстия
шире диаметра винтов. Это дает возможность
перемещать зрительную трубу по оси влево
и вправо. Этот ход устраняет ближнюю коллимацию,
затем винты (4) зажимают. Для фиксации
оси (1) в корпусе применяют прорезь (2) под
защелку (3), которая крепится к корпусу
(4).
Рис. 12. Монтаж
зрительной трубы
В левой колонке к торцевой части
оси трубы крепится лимб вертикального
круга.
4.3. Принципиальная схема дальномера.
4.3.1 Светодальномер в режиме измерений с отражателем.
Светодальномеры обычно устанавливаются на верхнюю часть зрительной трубы, но не всегда, Основная же схема дальномера у всех приборов примерно одинаковая.
Свет, выходя из лагера 1, когда открыта шторка 2, проходит по каналу ОКЗ «а» в приемник 4. Когда шторка перекрывает канал ОКЗ, она открывает канал дистанции «б» и свет, отражаясь от призмы 3 и зеркала 5, проходит через объектив 6 на отражатель 7. Отразившись от отражателя 7, свет проходит через объектив 6 и, отражаясь от зеркала 5 и призм 3, попадает на приемник 4, (Рис. 13)
Рис.13. Оптическая схема дальномера тахеометра в режиме измерений с призмой .
После этого в приборном блоке, зная точную длину канала ОКЗ и время прохождения луча в канале и до призмы, по пропорциям вычисляются расстояния.
4.3.2. Светодальномер в режиме измерений без отражателя.
Свет из излучателя 1, отражаясь от зеркала 2, проходит через объектив 3 до отражающей поверхности 4. Возвращаясь через объектив 3, свет отражается от зеркала 5, проходит до обратной стороны зеркала 2, отражаясь от него, попадает во входной зрачок 6 световода 7, проходит через светофильтр мотора уровня сигнала 11 и попадает на детектор 8. Канал ОКЗ проходит от излучателя через световод 10, доходит до шторки 9. Когда шторка закрыта для канала дистанции, свет отражается от шторки и попадает на детектор 8 по каналу ОКЗ. (Рис. 14)
Рис.14. Оптическая схема дальномера тахеометра в режиме без отражателя.
Для того, чтобы оптические схемы дальномеров работали, необходимо, чтобы свет, выходящий из объектива, и свет, идущий обратно на детектор, шли по одному каналу, т. е. каналы излучения и приема были соосны между собой и соосны визирной оси зрительной трубы
Зеркало 2, прозрачно
и покрыто амальгамным
Безотражательные светодальномеры пока ещё не совершенны, и результат измерения зависит от типа отражающего покрытия и его цвета, например лучше всего пучок света отражается от белого покрытия при этом от чёрного покрытия практический не отражается.
4.3.2.1. Импульсный и фазовый дальномеры
|
Рис. 15. Оптические схемы импульсного (вверху) и фазового (внизу) дальномеров. |
Электронное измерение
расстояния без отражателя может
быть произведено любым из двух методов:
с помощью определения времени
прохождения сигнала или
4.3.2.1.1. Импульсный дальномер
Для вычисления расстояний в импульсном методе определяется точное время прохождения импульса до цели и обратно (TOF).
Импульсный лазер генерирует множество коротких импульсов в инфракрасной области спектра, которые направляются через зрительную трубу к цели. Эти импульсы отражаются от цели и возвращаются к инструменту, где при помощи электроники определяется точное время прохождения каждого импульса. Скорость прохождения света сквозь среду может быть точно определена. Поэтому, зная время прохождения, можно вычислить расстояние между целью и инструментом. Измерения с помощью определения времени прохождения сигнала (TOF) обычно имеют не только наибольшую дальность, но и соответствуют самым высоким стандартам безопасности, поскольку интервалы между импульсами препятствуют накоплению вредной для глаз энергии.
Каждый импульс – это
однократное измерение
В ходе измерения делается
около 20000 лазерных импульсов в секунду.
Затем они усредняются для
получения более точного
4.3.2.1.1. Фазовый дальномер
DR Standard – это лазерный дальномер, основанный на методе сравнения фаз сигнала. Дальномер передает коаксиальный оптический пучок с модулированной интенсивностью, который отражается от призмы или другой отражающей поверхности. После этого определяется разность фаз между переданным и отраженным принятым сигналом, по которой вычисляется расстояние. В режиме измерений по призмам дальномер DR Standard работает как быстрый и точный дальномер с большим радиусом действия (до 3500 м по одной призме). В безотражательном режиме DR дальномер DR Standard передает красный коллимированный лазерный пучок до цели и вычисляет сдвиг фазы между переданным и принятым сигналами. Метод измерения разности фаз работает по принципу наложения на несущую частоту модулированного сигнала. Прибор измеряет постоянное смещение фазы, несмотря на неизбежные изменения в излучаемом и принимаемом сигнале. В результате сравнения фаз опорного и получаемого сигнала определяется только величина сдвига фазы, а целое число циклов остается неизвестным и не позволяет сразу получить расстояние. Эта неоднозначность разрешается путем многократных измерений модуляции волны, в результате чего определяется уникальное целое число циклов. Как только целое число циклов определено, то расстояние до цели может быть вычислено очень точно.
4.4. Угломерная часть.
В оптическом теодолите свет попадает
через зеркало подсветки, а приемником
информации является глаз наблюдателя,
берущего
отсчёт в окуляре оптического микрометра.
В электронных тахеометрах работу подсветки выполняет светодиод, в качестве микрометра используется дифракционная решетка, а приемником информации является фотоприемное устройство, которое преобразует световую энергию в электрический сигнал.
Угломерные системы в
Аналоговые угломерные устройства представляют
собой лимб со штрихами, где толщина штрихов
равна промежутку между ними. Для того
чтобы датчик угла мог оценить направление
счета, необходимо иметь две полосы со
штрихами. Между собой штрихи сбиты на
четверть толщины штриха. Под лимбом устанавливается
дифракционная решетка.
Светодиод просвечивает лимб с решеткой, и изображение полученной муаровой картины попадает на фотоприемное устройство. На нем четыре окна; два под внешней полосой штрихами и два под внутренней. Каждая пара окон снимает отсчеты sin и cos. Затем сигналы "sin - sin" и "cos -cos" объединяются, усиливаются предварительным усилителем и передаются в накопительный датчик угла
Датчик угла способен посчитать число периодов и таким образом определить угол поворота тахеометра.
Рис.16. Растровые
лимбы
Счет по растровому лимбу возможен
только при наличии дифракционной решетки.
В разных тахеометрах применяют разные
конструктивные решения. Вот некоторые
из них.
Лимб вертикального круга (1) прикреплен
к оси трубы (2). Дифракционная решетка
(4) подкреплена к стойке (3). За решеткой
установлен фотоприемник (5), который крепится
вместе с излучателем (б) к корпусу (7) болтами
(8), Для установки дифракционной решетки
(4) используют микроскоп. (рис 16)
Лимб, установленный на
оси зрительной трубы,
5. Конструктивные особенности в новых приборах, новые возможности приборов.
При производстве большинства
геодезических работ, как правило,
требуется выполнять как
Позднее для этих целей
стали использовать светодальномеры
и теодолиты. Когда были созданы
компактные светодальномеры, то конструкция
их предусматривала возможность
установки на теодолит. И в настоящее
время конструкции
В современные приборы
начали встраивать мощные полевые компьютеры
для обработки результатов
Каждый электронный тахеометр имеет зрительную трубу, блок измерения расстояний (светодальномер), блок измерения углов (цифровой теодолит) и спецвычислитель, в который встроены программы для решения непосредственно в поле типовых геодезических задач.
Встроенное программное обеспечение большинства электронных тахеометров позволяет решать целый ряд геодезических задач. Например, электронные тахеометры фирмы Sokkia (Япония), которые отличаются высокой надежностью и точностью,
имеют программное обеспечение, позволяющее решать следующие задачи:
- определять горизонтальное проложение и превышение;
- решать прямую и обратную геодезические задачи;
- вычислять превышения и расстояния между неприступными точками, определять высоту объектов, на которые невозможно установить отражатель, например, линии электропередачи, высотные здания, стены и т.д.;
- выполнять расчет площади и периметра снимаемого участка;
- помещать в отдельный список для последующего быстрого поиска выносимые в натуру точки;
- осуществлять вынос в натуру точек по углу и расстоянию, по координатам, по створу между двумя точками на задаваемую вертикальную или наклонную плоскость.
Помимо встроенного
Электронных тахеометров серии 10 SET (Sokkia). Электронные тахеометры этой серии удобны в работе и имеют большой набор встроенных программ. При необходимости быстрого ввода названий точек и координат можно использовать беспроводную клавиатуру SF 14, имеющую 37 клавиш 152 (стандартная клавиатура имеет 15 клавиш). Объем внутренней памяти -10 ООО точек. Для работы при низких температурах может быть использована модель, работающая при температуре —30 °С.
Средняя квадратическая погрешность измерения угла для высокоточных приборов составляет 1". Выпускаются также электронные тахеометры, обеспечивающие точность угловых измерений 2 ", 3 ",5 " либо 6 " (в зависимости отмодели прибора), а точность линейных измерений ~2—3-10~* D (D — длина трассы в мм). Большинство электронных тахеометров фирмы Sokkia имеет встроенные безотражательные светодальномеры.
Особый ряд приборов представляют собой электронные тахеометры с сервоприводом и автоматическим наведением на визирную цель. К таким электронным тахеометрам относятся электронные тахеометры фирмы Sokkia серии 110М SET 411 DM/311 DM. При наведении на визирную цель оператору достаточно видеть в поле зрения зрительной трубы отражатель (трипельпризму). Точное наведение на цель производится автоматически при измерении расстояния. Использование электронных тахеометров с сервоприводом позволяет выносить точки с гораздо большей скоростью, чем при использовании приборов с визуальным наведением, на цель. Для задания створа такие приборы снабжены створоуказателями, задающими створ двумя световыми пучками — красным и зеленым. Если точка находится справа от визирной оси, виден красный цвет, а если слева — зеленый.
В нашей
стране серийно выпускается
При создании роботизированных тахеометров использованы новейшие достижения науки и техники.
Тахеометер ® S6 [99, 174] снабжен сервосистемой вращения осей, при создании которой впервые в мировой практике компенсацию ошибок за наклон вертикальной и горизонтальной осей вращения, коллимационной погрешности. Кроме того, с целью уменьшения ошибок отсчета и наведения прибор выполняет усреднение результатов.
Эти приборы широко применяются для автоматизации управления строительными машинами и механизмами Необходимо отметить, что использование безотражательных электронных тахеометров не только увеличивает производительность работ, но при этом повышается и безопасность их выполнения. Последнее особенно важно, когда выполняются работы вблизи мест оживленного движения транспорта. Безотражательные электронные тахеометры позволяют геодезистам измерять объекты, оставаясь вне опасных зон. С помощью этих приборов легко измерять недоступные обычному дальномеру точки, производить съемку на опасных для установки отражателя объектах, например, дорогах, мостах и т. д., так как нет необходимости перекрывать движение транспорта и при этом соблюдается полная безопасность работ. Способность выполнять безотражательные измерения на большие расстояния особенно важна при съемке фасадов здания с высокой точностью. Эти приборы могут применяться для задания и развития съемочного обоснования, выноса проекта в натуру, управления и слежения за строительной техникой, а также для съемочных работ и др.
С 2005 г. фирма Торсоп (Япония) начала выпускать новые приборы - фототахеометры GPT-7000i, которые позволяют получать на экране тахеометра изображение, создаваемое зрительной трубой
Например, при выносе
в натуру, глядя в видоискатель,
оператор четко выводит своего
помощника с призмой на
Прибор позволяет сделать фотоснимок измеряемого объекта и сохранить его в памяти вместе с результатами измерений. Благодаря этому вместо создания традиционных схематичных планов для отображения результатов снимаемого объекта вместе с измеренными точками и линиями. Оператор может проконтролировать точки (линии), которые были или не были измерены, что позволяет избежать ошибок при выполнении полевых работ. Снимок местности, полученный с помощью фототахеометра, упрощает процедуру выноса точек в натуру, так как все выносимые точки отображаются на экране. Для серии GPT-7000i существуют 2 вида программного обеспечения. Основная программа — TopSURV ON Board, которая предназначена для решения общих задач съемки и используется для управления тахеометром. Она представляет полный набор процедур для выполнения съемки, выноса в натуру и решения тривиальных геодезических задач. Эта программа устанавливается на заводе изготовителе.

- История развития общественного питания. Особенности работы повара-кондитера
- История развития общественных объединений в России и их правовой регламентации
- История развития обязательств из деликтов и квазиделиктов в Римском праве
- История развития организационно — управленческой мысли
- История развития орнамента в декоративно-прикладном искусстве
- История развития, основные принципы и направления реформирования жилищно-коммунального хозяйства
- История развития отдельных элементов формуляра документа
- История развития науки об организации и нормировании труда
- История развития науки управления персоналом
- История развития национал-социалистической идеи в Германии
- История развития начального и средне профессионального образования
- История развития НИИ скорой помощи им. Н.В.Склифосовскаго
- История развития НЛП в США с 1972 по 2011г
- История развития нового геодезического прибора