Klasyfikacja dalmierzy może być dokonywana przy założeniu rozmaitych kryteriów. Zazwyczaj przyjmuje się dwa:  ze względu na rodzaj fali (jej długości)

Prezentacja na temat: "Klasyfikacja dalmierzy może być dokonywana przy założeniu rozmaitych kryteriów. Zazwyczaj przyjmuje się dwa:  ze względu na rodzaj fali (jej długości)"— Zapis prezentacji:

1 Klasyfikacja dalmierzy może być dokonywana przy założeniu rozmaitych kryteriów. Zazwyczaj przyjmuje się dwa:  ze względu na rodzaj fali (jej długości) przenoszącej sygnały pomiarowe Dzielimy je na: a) elektromagnetyczne b) ultradźwiękowe

2 Dalmierze elektromagnetyczne  ze względu na formę sygnałów pomiarowych, która warunkuje sposób pomiaru czasu i rozchodzenia się mierzonej odległości tam i z powrotem. Dzielimy je na: a) impulsowe, których fala pomiarowa jest w formie pojedynczych impulsów b) fazowe, których sygnał pomiarowy jest ciągłą falą harmoniczną.

3 Dalmierze elektromagnetyczne Coraz częściej stosuje się dalmierze, które łączą cechy dalmierzy impulsowych i fazowych. Dzieje się tak dlatego, gdyż dalmierze impulsowe pozwalają na bezlustrowy pomiar, a fazowe są dokładniejsze. Dalmierzem fazowym nie można pomierzyć odległości przy stosowaniu jednej częstotliwości fali.

4 Dalmierze elektromagnetyczne Zasada działania dalmierzy: Pomiar odległości D sprowadza się do pomiaru czasu, w ciągu którego sygnał pomiarowy emitowany z punktu A przebywa drogę 2D równą 2AB Można, zatem napisać:

5 Dalmierze elektromagnetyczne

6 Zasada działania dalmierza impulsowego: W dalmierzach impulsowych mierzony jest czas od momentu wyjścia konkretnego impulsu do jego powrotu. Czas ten jest mierzony bezpośrednio w precyzyjnych zegarach znajdujących się w dalmierzu. Po przyjęciu, że prędkość fali elektromagnetycznej jest równa v=300000 km/s i założeniu błędu pomiaru długości 1 mm, otrzymamy, że zegar dalmierza powinien mierzyć czas z częstotliwością:

7 Dalmierze elektromagnetyczne Schemat blokowy działania dalmierza impulsowego

8 Dalmierze elektromagnetyczne Dalmierze fazowe

9 Dalmierze elektromagnetyczne Równanie fali sinusoidalnej wygląda następująco: Fala emitowana i odbita różnią się przesunięciem fazowym związanym z czasem t- – czas przejścia fali tam i z powrotem Znając odległość D to możemy wyznaczyć:

10 Dalmierze elektromagnetyczne gdzie: o-fala wyjściowa (u nas o=0) Przy założeniu, że: Zatem różnice faz można zapisać jako:

11 Dalmierze elektromagnetyczne Po przekształceniu otrzymujemy: Mierzona odległość D jest funkcją prędkości rozchodzenia się fali, różnicy faz i częstości kołowej

12 Dalmierze elektromagnetyczne odległość D można określić mając długość wzorcową fali W dalmierzach fazowych nie możemy obliczyć całkowitej ilości odłożeń fali wzorcowej. Jest to problem dalmierzy fazowych, który rozwiązuje się poprzez pomiar na różnych częstotliwościach wzorcowych.

13 Dalmierze elektromagnetyczne Ostatecznie otrzymujemy: A wzór na różnice faz sygnału wyjściowego i odebranego wygląda następująco:

14 Dokładność pomiaru odległości Analiza dokładności pomiaru odległości dalmierzami Ocena wpływu warunków meteorologicznych na otrzymane wyniki.

15 Analiza dokładności pomiaru Dalmierze impulsowe Po zróżniczkowaniu wzoru na obliczenie odległości dalmierzem impulsowym obliczyć możemy dokładność takiego pomiaru: gdzie: c – prędkość rozchodzenia się światła w próżni n - współczynnik załamania ośrodka – czas mierzony od wyjścia do powrotu impulsu

16 Analiza dokładności pomiaru

17

18 Analiza dokładności pomiaru Składnik można pominąć, bo wyznaczany jest z błędem: gdzie, za prędkość fali elektromagnetycznej przyjmujemy:

19 Analiza dokładności pomiaru Z tego wynika, że na dokładność pomiaru dalmierzem impulsowym wpływa dokładność określenia współczynnika załamania n oraz dokładność określenia czasu przebiegu impulsu.

20 Analiza dokładności pomiaru Analogiczną analizę można przeprowadzić dla dalmierzy fazowych. Mierzona odległość przy ich użyciu wyznaczana jest ze wzoru:

21 Analiza dokładności pomiaru gdzie: -długość fali wzorcowej Wzór przypomina ten, z którego wyznaczamy długość mierzoną taśmą, czyli jako sumę ilości odłożeń i reszty., ponieważ liczba odłożeń jest określana bezbłędnie

22 Analiza dokładności pomiaru

23 Analiza dokładności pomiaru Po uproszczeniu dostajemy postać wzoru na błąd standardowy dalmierza: Współczynnik B zależy od dokładności fazomierza oraz dokładności określenia stałej dalmierza. Wartość współczynnika A jest funkcją stałości częstotliwości wzorcowej.

24 Komparacja dalmierzy Stosując w pomiarach odległości dalmierze elektromagnetyczne musimy uwzględniać wpływy błędów przypadkowych i systematycznych, które obciążają wyniki tych pomiarów. Ogólnie można powiedzieć, że błędy te związane są z samym dalmierzem oraz z wpływem środowiska na sygnał pomiarowy.

25 Błędy instrumentalne  Błąd przypadkowy  Błąd systematyczny niezależny od odległości  Błąd systematyczny zależny liniowo od odległości  Błąd systematyczny zależny nieliniowo od odległości

26 Błędy instrumentalne  Błąd cykliczny  Błąd zależny od temperatury  Błąd zależny od czasu Błąd zależny od napięcia zasilania

27 Błędy przypadkowe i systematyczne  Błędy centrowania instrumentu i reflektora nad lub pod znakami pomiarowymi  Błąd poziomowania dalmierza i lustra  Błąd wycelowania: a) dalmierza na lustro b) lustra w kierunku dalmierza

28 Błędy przypadkowe i systematyczne  Błąd popełniany przy pomiarach nasadką dalmierczą  Błąd pomiaru temperatury, ciśnienia i wilgotności na drodze sygnału pomiarowego  Błąd pomiaru lub zaniechania wprowadzenia którejś z poprawek do długości

29 Błędy przypadkowe i systematyczne  Błędy wynikające z odbicia sygnałów pomiarowych od obiektów będących w tle reflektora  Błędy wywołane turbulencją atmosferyczną Błąd zależny od czasu pomiaru i związany z różną ilością pomiarów przejść fazowych

30 Błędy przypadkowe i systematyczne Celem komparacji jest wyznaczenie błędów systematycznych pochodzenia instrumentalnego, które mogą być wyeliminowane z pomiarów poprzez wprowadzenie do nich poprawek wyznaczonych w procesie komparacji.

31 Komparacja W praktyce wyznacza się trzy rodzaje poprawek: 1. Poprawkę stałej dodawania k 2. Poprawkę ze względu na zmianę częstotliwości wzorcowej od jej wartości nominalnej 3. Poprawkę ze względu na błąd cykliczny, która może występować tylko w dalmierzach fazowych

32 Poprawka stałej dodawania Ogólny wzór na obliczenie odległości pomierzonej dalmierzem wygląda następująco:

33 Poprawka stałej dodawania Stała k łączy ze sobą wpływ różnicy między centrem mechanicznym dalmierza, a jego centrem elektronicznym. Najczęściej wartość stałej k wyznacza się na krótkim odcinku poprzez porównanie odległości pomierzonej i długości wyznaczonej inną metodą, zazwyczaj o rząd dokładniejszą.

34 Poprawka stałej dodawania Odcinek, na którym wykonywane są pomiary powinien mieć około 5- 10 metrów. Wartość stałej dodawania obliczamy wówczas ze wzoru:

35 Poprawka stałej dodawania Pewniejszym sposobem wyznaczenia stałej k jest pomiar odległości 2-3 odcinków o długościach różniących się o 1-2 metry. Najlepiej, jeżeli są to np. odcinki odpowiednio w odległości 10,12 i 15 metrów od instrumentu.

36 Poprawka stałej dodawania Jeżeli nie znamy długości odcinka z dokładnością o rząd wyższą możemy zastosować inną metodę wyznaczania stałej k. Polega ona na pomiarze długości odcinka AB, na który wtycza się dodatkowo punkt C.

37 Poprawka stałej dodawania Mierzymy w dwóch kierunkach odcinki AC, CB i AB. Możemy wówczas zapisać prostą zależność łączącą wyniki pomiarów i stałą k dalmierza: (AC+k)+(CB+k)=AB+k Z czego po uproszczeniu otrzymujemy wzór na stałą dodawania k: k=AB-(AC+CB)

38 Wyznaczenie błędu cyklicznego Błąd cykliczny wynika z tzw. sprzężeń pasożytniczych występujących między częścią nadawczą a częścią odbiorczą dalmierza. Na sygnał powracający nałożony jest niejako sygnał zakłócający o tej samej częstotliwości. Błąd cykliczny pojawia się także w elektrycznym przesuwniku fazy.

39 Wyznaczenie błędu cyklicznego Wartość błędu cyklicznego określa się tworząc bazę AB, na którą wtycza się punkt C. Odcinek CB powinien być równy lub trochę dłuższy od połowy długości „przymiaru” podstawowego ? dalmierza. Odcinek ten należy podzielić na dziesięć równych części, których długość równa jest

40 Wyznaczenie błędu cyklicznego Pomiary dalmiercze na tej bazie wykonuje się tylko na podstawowej częstotliwości wzorcowej. Oblicza się odchyłki długości pomierzonych od ich nominalnych wartości określonych z o rząd większą dokładnością. Jeżeli odchyłki te dla wszystkich długości są podobne to wartość ta jest stałą dodawania k dalmierza a błąd cykliczny nie występuje.

41 Wyznaczenie błędu cyklicznego Gdy odchyłki są różne rysuje się wykres, na którym przedstawia się zmiany. Na poniższym rysunku znajduje się przykład takiego wykresu. Służy on do określania poprawek długości dla różnych długości z tytułu błędu cyklicznego.

42 Wyznaczenie błędu cyklicznego

43 Błąd zmiany częstotliwości Pod wpływem różnych czynników, głównie jednak na skutek starzenia się kwarcu, częstotliwość wzorcowa dalmierza ulega zmianie. Powoduje to zmianę skali mierzonych nim długości. Możemy to zapisać następująco:

44 Błąd zmiany częstotliwości gdzie: -zmiana częstotliwości wzorcowej -częstotliwość wzorcowa nominalna(znana jest z metryki) -częstotliwość wzorcowa w czasie pomiaru

45 Błąd zmiany częstotliwości W procesie komparacji chodzi zatem o wyznaczenie wartości df. Wykonuje się to poprzez porównanie aktualnej częstotliwości wzorcowej dalmierza fwp z częstotliwością wytwarzaną przez odpowiedni generator. Tego rodzaju bezpośredni pomiar wykonuje się w laboratoriach odpowiednich instytucji.

46 Błąd zmiany częstotliwości Komparację częstotliwości można realizować także w warunkach polowych przez porównanie aktualnej jej wartości z tzw. krajowym wzorcem częstotliwości fal radiowych emitowanych regularnie przez niektóre radiostacje. Poprawkę z tytułu zmian częstotliwości podaje Polskie Radio codziennie o 12:00.

47 Błąd zmiany częstotliwości Obowiązujące przepisy nakładają na użytkowników dalmierzy obowiązek ich okresowej kontroli. W jej wyniku dalmierz uzyskuje tzw. metrykę. Do wykonywania kontroli, którą nazywamy komparacją dalmierza zostały upoważnione w Polsce Instytut Geodezji i Kartografii w Warszawie oraz kilka instytucji, które założyły i utrzymują tzw. Komparatory polowe.

48 Błąd zmiany częstotliwości Komparatory polowe są to zbiory punktów zastabilizowanych w terenie w linii prostej w postaci postumentów betonowych, których trzon osadzony jest poniżej poziomu zamarzania gruntu. Długości baz takich komparatorów osiągają wartość 1,5 kilometra, a długości odcinków zawarte w tym zakresie wahają się od kilku do kilkunastu metrów.

49 Błąd zmiany częstotliwości Odcinki komparatorów są wyznaczane i znane z dokładnością o rząd większą niż posiadają badane na nich instrumenty.