Общие характеристики

Реферат

На тему: Теоретические основы точности измерения и изготовления топографо-геодезического прибора «Нивелира»

Выполнила: Жылкыбек А.А.

Проверила: Адилханова Ж.А

Алматы, 2014

Общие характеристики

Нивели́р (от фр. niveau — уровень, нивелир) — геодезический инструмент для нивелирования, то есть определения разности высот между несколькими точками земной поверхности относительно условного уровня т.е определение превышения.

Работы, выполняемые нивелиром

1. Геометрическое (нивелиром и рейками);

2. Тригонометрическое (угломерными приборами (в осн. теодолитом посредством измерения наклонения визирных линий с одной точки на другую);

3. Барометрическое (при помощи барометра).

4. Гидростатическое (основано на свойстве покоящейся жидкости в сообщающихся сосудах всегда находиться на одном уровне, независимо от высоты точек, на которых установлены эти сосуды)

5. Радиолокационное (производится с помощью радиовысотомеров и эхолотов, установленных как на воздушных, так и на водных судах, автоматически вычерчивающих профиль отражающей поверхности вдоль проходимого пути)

Наиболее трудоемким процессом геодезического обеспечения территорий высокоточными данными на современном этапе развития техники и технологии является создание и поддержание в рабочем состоянии высокоточных высотных сетей. В частности нивелирование I класса остается одним из самых точных методов проведения полевых работ. Оно составляет главную высотную основу страны и требует особо тщательного и безупречного определения действительной точности проведенного нивелирования и знания характера распределения его ошибок.

Государственные нивелирные сети I и II класса используются для изучения фигуры Земли и ее внешнего гравитационного поля, а также для построения карт высот квазигеоида над общеземным и референцным эллипсоидами. Результаты повторного нивелирования I и II классов применяются для:

• поддержания высотной сети на современном уровне;
• изучения современных вертикальных движений земной поверхности;
• прогнозирования влияния техногенных процессов на окружающую среду, особенно при добыче полезных ископаемых;
• мониторинга за деформациями при строительстве и эксплуатации сложных и уникальных сооружений.

Поэтому, должная высокая точность, как результат высокоточного нивелирования, имеет как техническую, так и экономическую значимость при удовлетворении потребностей народного хозяйства, науки и обороны страны.
Изобретение электронных нивелиров в начале 90 – х годов прошлого века способствовало вхождению нивелирования в новую эру.

Его особенностью является автоматическое электронное считывание информации с кодированных реек, запись данных во внутреннюю память нивелира с дальнейшей передачей их для камеральной обработки на персональном компьютере. В массовом производстве в достаточном количестве имеются электронные нивелиры, однако, нет ни одного нормативного документа, определяющего порядок работы с этим типом инструментов.

Традиционные методики, описанные в инструкциях, руководствах и т.п., создавались исходя из предпосылки превалирования действия случайных ошибок измерений, основным источником которых являлись процессы, связанные с личными ошибками исполнителей. Методика измерений, описанная в существующей инструкции, ориентирована на меры борьбы с ошибками, большинство из которых в цифровых приборах отсутствуют, однако на результаты начинают влиять систематические ошибки. В производстве получают невязки, формально допустимые, но с превалированием одного знака.

Оптические нивелиры, хотя и являются высокоточными механическими инструментами, имеют довольно простое устройство. Поэтому нам не составляет большого труда обнаружить конструкторские погрешности и устранить их. Введя поправку за различие температуры реек при эталонировании на компараторе и при нивелировании, а также поправку за отличие средней длины метра комплекта реек от номинала, мы можем говорить о достоверности своих измерений.

Сегодня же производители до конца не раскрывают точность изготовления своей продукции, главным образом из – за ее высокой цены. Нивелиры и рейки проверяются и калибруются на заводе - изготовителе, там же вводятся поправки в программы измерений и все это держится в секрете в коммерческих целях. При этом у каждого производителя есть свой метод считывания информации с рейки, поэтому, не имея специального оборудования нам пользователям не представляется возможным выявить и устранить существующие погрешности.

Исследования современных геодезических приборов показали, что точность измерения цифровыми нивелирами определяется как погрешностями самого нивелира, так и качеством штрих-кодовых реек. Это означает, что код, нанесенный на рейку, должен как можно более точно совпадать со своей теоретической моделью. В отличие от обычных нивелирных реек, где за каждым штрихом шкалы закреплена определенная линейная мера, визуальное отсчитывание по штрих-кодовым рейкам невозможно.

Более того, в процессе отсчитывания принимает участие последовательность из многих штрихов различной ширины (не менее 30 см). Поэтому традиционные методы поверок здесь не работают. В то же время мировая практика показывает, что существует как минимум два метода поверки высокоточных штрих-кодовых реек:

1) поверка положения отдельных штрихов кода и их ширины, т. е. точности нанесения штрихов в процессе изготовления и коэффициента линейного расширения инварной рейки; в этом случае контролируют положения отдельных штрихов кода, сравнивая их фактические значения с теоретическими;
2) оценка точности измерительной системы «нивелир - рейка» путем сравнения разностей отсчетов, взятых по рейке цифровым нивелиром, с эталонными разностями, полученными с помощью лазерного интерферометра.

Эти методы предусматривают определение накопленной погрешности измерения превышения, как самой нивелирной рейки, так и системы «нивелир - рейка» и подразумевают использование дорогостоящих горизонтальных либо вертикальных интерференционных компараторов.

С помощью микроскопа такого компаратора, имеющего фотоприемник, определяется положение линий перехода от светлого поля кода к темному и, наоборот, от темного к светлому, т. е. определяются положения краев штрихов кода. После определения положений краев штриха кода рассчитывается положение его средней линии и сравнивается с истинным значением.

В результате этого сравнения выявляются отклонения D положения штрихов от истинного значения. Данная методика позволяет оценивать правильность нанесения всех штрихов кода, а именно, определять их сдвиг и изменение ширины. Допустимое отклонение положения штриха от истинного положения, согласно стандарту ISO 9000 DIN 18717, не должно превышать

Ds = ± (0,02+s*2*10^-5)[мм] (1)

где s – длина рейки в метрах.
Интерференционный компаратор для поверок реек позволяет выполнять измерения со средним квадратическим отклонением mS < 0,01 мм.

Со временем электронное считывающее устройство нивелира изнашивается, а на штрих – кодах реек появляются царапины и потертости, что приводит к изменению масштабного коэффициента, как нивелира, так и рейки. И поэтому здесь нужно говорить о калибровке системы «нивелир – рейка».

При поверке за истинное (эталонное) значение принимается величина перемещения рейки, определяемая с помощью лазерного интерферометра. Истинное значение сравнивается с величиной, полученной как разность отсчетов по рейке, полученных цифровым нивелиром. Поверка выполняется полностью в автоматическом режиме, так как автоматизированы процессы передачи информации от исследуемого нивелира через серийный порт и от интерферометра в управляющий процессом измерений компьютер и последующая обработка этой информации.

Предпочтительнее выполнять поверку системы «нивелир - кодовая рейка», используя вертикальный компаратор, так как рейка находится в рабочем положении. При использовании горизонтального компаратора существует необходимость применять зеркало для отклонения визирного луча на 90°, которое может вносить дополнительные погрешности при поверке вследствие возможных изменений своего положения и волновых аберраций.

Такой компаратор сконструирован в МИИГАиК (Россия). Вертикальный компаратор с константой 20 C и горизонтальный компаратор с климатической камерой, где можно проводить калибровку при температурах -10С до +60С есть в геодезической лаборатории Технического университета Мюнхена (Германия). Подобная установка есть в Финском геодезическом институте (FIG, Финляндия), а также в Стэндфордском центре линейного ускорителя (SLAC, США)

Дата добавления: 2015-11-04