Угломерные приборы

Для производства угловых измерений применяют кодовые теодолиты, которые имеют преобразователь «угол-код». Они позволяют частично автоматизировать процесс измерений.

Кодовые теодолиты делят на две группы: с фотографической регистрацией и с цифровым табло.

В кодовых теодолитах угломерные круги не делят на градусы или грады, т.е. ими нельзя пользоваться как оптическими теодолитами. В них применяется такая система обозначений измеряемой величины, чтобы число знаков для передачи информации было наименьшим и чтобы полученную информацию можно было ввести в вычислительное устройство.

Лимб теодолита делят на чередующиеся равные черные и белые (просвечивающиеся) полосы (рис. 6.7), соответствующие двум знакам двоичного кода (0 и 1). При просвечивании такого диска лучи света освещают через прозрачную полосу фотоприемник; в результате получается сигнал «1», а в непросвечивающихся частях – сигнал «0». На каждой дорожке число полей удваивается. Для лимба с 20-ю кодовыми дорожками цена деления минимального разряда составляет = 360⁰ 2²⁰ ≈ 1,2′′ . Ограничения по точности – технологические. При диаметре лимба, равном, например, 400 мм, минимальный интервал считывания составит всего несколько микрометров, что определяет размеры окна фотоприемника.

Рис. 6.7. Горизонтальный круг кодового теодолита

Рис. 6.8. Принципиальная схема теодолита с преобразователем угол-код

В других конструкциях кодовых теодолитов используют строгую зависимость между углом поворота α и временем τ при условии, что угловая скорость вращения ω (рад/с) постоянна:

α = ω, (6.8)

В этом методе в углоизмерительном устройстве задается опорное направление с помощью фотоприемника ФЭПОП, связанного с основанием теодолита, и источника света 1, вращающегося с постоянной угловой скоростью (рис. 6.8). Другой фотоприемник, ФЭПА (алидады 1 или алидады 2) жестко связан со зрительной трубой теодолита (с колонкой). За один оборот диска 3 сигнал от источника света попадает на опорный фотоприемник и фотоприемник, скрепленный со зрительной трубой. Временной сигнал τ между двумя импульсами прямо пропорционален измеряемому углу. В схеме применяют по два фотоприемника с целью исключения эксцентриситета алидады.

Сигналы от фотоприемников поступают на усилитель и формирователь импульсов 4, связанный с измерителем времени 5. Необходимую частоту задает кварцевый генератор 6. Устройство управления и вычислительное устройство 7 формируют сигнал определенного вида для преобразователя 9 и регистрирующего устройство 8.

Для высокоточных работ время необходимо измерять с относительной погрешностью 10^-6 (не более). При этих условиях погрешность в измерении угла составит примерно 1,3″, считая, что угловая скорость постоянна.

Высокая стабильность вращения источника света обеспечивается использованием синхронных многополюсных электродвигателей 2, частота питания которых стабилизирована от кварцевого генератора 6. Угловая скорость большинства приборов поддерживается с погрешностью порядка 10^-5.

Кодовые теодолиты не позволяют полностью автоматизировать весь процесс измерений, поскольку наблюдателем выполняются операции по установке теодолита в рабочее положение, наведению на цель и др. При этом считается, что наиболее серьезные затруднения связаны именно с автоматизацией установки приборов и наведением на цель. Однако и автоматизация отсчетов – это весьма большой шаг по сравнению с использованием обычных оптических теодолитов. Полевые измерения во многих случаях вручную не обрабатываются, данные регистрируются в портативном бортовом носителе информации, а затем расшифровываются уже в стационарных условиях на ЭВМ.

Характеристики некоторых кодовых теодолитов приведены в табл. 6.3. Для примера здесь указаны теодолиты различных классов точности, от технических до высокоточных.

Для угловых измерений используют также лазерные сканирующие теодолиты, которые позволяют в непрерывном режиме определять угловые координаты движущихся объектов, либо в течение длительного времени определять угловые координаты неподвижных объектов. Вместо визирной оси в пространстве предмета лазерный теодолит формирует узконаправленный световой луч (пучок света). Визирная марка представляет собой обычно плоский отражающий экран с нанесенными на нем рисками. Эти риски совмещают при измерениях с точками конструкции сооружения.

Лазерные теодолиты автоматически осуществляют поиск цели, наведение не нее, регистрацию направления и обработку информации. Скорость измерений достигает до нескольких сотен единиц в секунду и не зависит от количества наблюдаемых точек.

Сканирующий лазерный пучок развертывается по определенному закону в пространстве измерений. В результате развертки освещаются визирные цели и от них приходит отраженный сигнал.

В настоящее время используются следующие лазерные теодолиты: ЛСТ4 (точность измерения углов техническая, от 0,5‘ до 1,0′); ЛСТ2 (точность измерений от 2″ до 20″ в зависимости от режима работы); лазерная контрольно-измерительная система ЛКИС (точность 3″, дальность действия 3 км). Все указанные лазерные теодолиты – отечественные.