Wykład

Temat: Dalmierze elektromagnetyczne - zasada działania i klasyfikacja

A w nim: Klasyfikacja dalmierzy elektromagnetycznych. Zasada działania dalmierzy impulsowych i fazowych.

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

• 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.

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.

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:

Rys.1 Prosty schemat zasady działania dalmierza geodezyjnego

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:

Schemat blokowy działania dalmierza impulsowego

Rys.2 Schemat blokowy działania dalmierza impulsowego

Dalmierze fazowe

Rys.3 Rozchodzenie się sygnału w przypadku dalmierza fazowego

Równanie fali sinusoidalnej wygląda następująco:

Fala emitowan i odbita różnią się przesunięciem fazowym
związanym z czasem t-


- czas przejścia fali tam i z powrotem

Znając odległość D to możemy wyznaczyć:

gdzie:
o-fala wyjściowa (u nas
o=0)

Przy założeniu, że:

Zatem różnice faz można zapisać jako:

Po przekształceniu otrymujemy:

Mierzona odległość D jest funkcją prędkości rozchodzenia się fali, różnicy faz i częstości kołowej

- 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.

Ostatecznie otrzymujemy:

A wzór na różnice faz sygnału wyjściowego i odebranego wygląda następująco:

Schemat działania dalmierza fazowego

Rys.4 Schemat blokowy działania dalmierza fazowego

Literatura:

A. Płatek "Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachimetry elektroniczne", Warszawa 1991

A. Płatek "Elektroniczne techniki pomiarowe w geodezji", Kraków 1995

K. Holejko "Precyzyjne elektroniczne pomiary w geodezji", Warszawa 1987

J. Tatarczyk "Elementy optyki instrumentalnej i fizjologicznej", skrypt AGH, Kraków 1984