Опис світло - і радиодальномеров
Найбільш поширеним методом вимірювання відстані в геодезії є фазовий. дозволяє вимірювати відстані від десятків метрів до десятків (в радіодіапазоні - до сотень) кілометрів. Практично у всіх світло- і радіодалекоміри і в більшості радіогеодезичні систем використовують фазовий метод. Тому розглянемо цей метод докладніше.
Передавач випромінює гармонійні коливання частоти ƒ, які проходять трасу D до відбивача і назад і надходять на приймач із зсувом фаз # 966; = 2π / # 964; = 2πƒ / • D / # 957 ;. Підставляючи в формулу (1.81) # 964; = # 966; / 2πƒ, маємо
і зрушення фаз дорівнює
де N - ціле число фазових циклів (# 955; / 2 - фазовий цикл); # 916; # 966; - різниця фаз від 0 до 2π, яка вимірюється фазометром; N визначають за результатами вимірювання # 916; N на двох або декількох фіксованих частотах. підставляючи # 966; з (1.84) в (1.83), знаходимо основне рівняння фазової дальнометріі
де # 955; = # 957; / 2ƒ - довжина хвилі при частоті ƒ; # 916; N = # 916; # 966; / 2π - дрібна частина фазового циклу (0 <ΔN <1). Входящую в (1.85) ƒ называют масштабной (измерительной) частотой.
Якщо в далекоміри частота коливань може змінюватися плавно, то використовують таку частоту, при якій різниця фаз між прийнятим і відправленим сигналами точно дорівнює цілому числу фазових циклів. В цьому випадку
де N знаходять з вимірювань на двох або декількох частотах.
Відповідно до Держстандарту 19223-82 в нашій країні в назвах светодальномеров після букви С - светодальномер - використовують індекси: Г - геодезичні. Т - топографічні, П - для прикладної геодезії. Цифри після літерного позначення вказують дальність дії приладу. Наприклад, СТ-5 - светодальномер топографічний, що вимірює відстань до 5 км.
В сучасних Светодальномер управління, обчислення і контроль виконуються мікропроцесором за заданою програмою. Вимірювання відстаней таким светодальномером складається в установці над пунктами светодальномера і відбивача, наведенні светодальномера на відбивач і натисканні кнопки «пуск». Вимірювання виконують протягом декількох секунд.
У фазовому Светодальномер (рис. 1.89) світловий потік проходить через модулятор, керований напругою від генератора стабільної частоти, на виході з модулятора він модулирован на амплітуді з частотою, рівній частоті генератора. Оптична система збирає світловий потік і направляє його на відбивач, встановлений на кінці вимірюваної лінії, від відбивача він надходить на фотоприймач, в якому світлова енергія перетворюється в електричну і після посилення і перетворення надходить на фазометр. На нього ж надходить сигнал від генератора, т. Е. На фазометр надходять два сигнали однакової частоти, але різної фази, різниця фаз залежить від Довжини вимірюваної лінії.
Мал. 1.89. Схема фазового светодальномера
Для контролю та підвищення точності в Светодальномер є оптична лінія короткого замикання, яка використовується як контрольне відстань. Довжина хвилі масштабної частоти генератора значно менше вимірюваного відстані, тому різниця фаз набагато більше 360 °, а фазометр вимірює величину від 0 до 360 °. Виникає неоднозначність, як уже зазначалося, вирішують шляхом вимірювання відстані на декількох частотах генератора стабільної частоти. Точність светодальномеров залежить від стабільності і величини масштабної частоти генератора, точності фазоізмерітельного блоку, потужності світлового потоку і інших чинників.
У радіодалекоміри в якості несучої частоти використовують зазвичай 3-сантиметрові електромагнітні хвилі, а замість використовуваного в Светодальномер пасивного відбивача - активний відповідач. На кінцях вимірюваної лінії встановлюють провідну і відому станції, які часто роблять взаємозамінними. При вимірі обидві станції працюють як активні радіоелектронні пристрої, результат вимірювання отримують на провідній станції. На цій станції працюють два генератора електромагнітних коливань - несучої частоти ГМЧ1.
На відомою станції працюють три генератора - несучої частоти ГНЧ2, модулирующей частоти ГМЧ2 і частоти, що піднесе ГПЧ2. Випромінювані провідною станцією коливання несучої частоти # 969; H1 модульовані коливаннями модулирующей частоти # 969; M1. Відомою станцією випромінюються коливання несучої частоти # 969; H2. модульовані коливаннями модулирующей частоти # 969; M2 і коливаннями частоти # 969; Пg. в свою чергу модульовані низькочастотними коливаннями частоти # 937; = # 969; М1 - # 969; М2
Сигнали низької частоти виходять в змішувачах провідною і відомою станцій. Різниця фаз цих двох низькочастотних сигналів, яка вимірюється фазометром, дає інформацію про вимірюваний відстані. Для вирішення неоднозначності використовують кілька різних модулюючих частот.
Основні переваги радіодальномера - можливість вимірювати великі відстані і незалежність від метеорологічних умов. Недоліками є: необхідність роботи одночасно двох станцій; можливі помилки через відображення хвиль від підстильної поверхні і від будівель і споруд; велика (2-3 см) постійна частина похибки вимірювання.