khảo sát khả năng đo offset (bù) của máy toàn đạc điện tử NT662

khảo sát khả năng đo offset (bù) của máy toàn đạc điện tử NT662

Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp Mục lục Chơng I: Các phơng pháp đo dài trong trắc địa I.1. Phơng pháp đo dài trực tiếp I.2. Phơng pháp đo dài gián tiếp Chơng II: Giới thiệu máy toàn đạc điện tử NTS662 II.1. Sơ lợc lịch sử các máy đo điện tử II.2. Cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy toàn đạc điện tử II.3. Giới thiệu chung về máy toàn đạc điện tử NTS662 Chơng III: Thực nghiệm III.1. Mục đích và nội dung thực nghiệm III.2. Đo offset cạnh III.3 Đ o offset góc III.4. Đo offset trụ Kết luận và kiến nghị Phụ lục 1 Phụ lục 2 Tài liệu tham khảo Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 1 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp Mở đầu Đối với ngành Trắc địa hiện nay đã có rất nhiều loại máy đo phục vụ cho công tác ngoại nghiệp: máy đo góc, máy đo cạnh, máy toàn đạc điện tử đo góc cạnh và máy định vị GPS. Nhng máy toàn đạc điện tử đợc sử dụng rộng rãi nhất. ở nớc ta máy toàn đạc điện tử nói chung và máy NTS662 nói riêng cũng mới đợc sử dụng phổ biến từ vài năm trở lại đây. Có nhiều đề tài khảo sát về khả năng đo cạnh, đo góc của nó nhng việc khảo sát về khả năng đo chiều dài gián tiếp của loại máy này thì cha đợc quan tâm một cách đầy đủ về nó. Chính vì lý do này nên chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: "Khảo sát khả năng đo offset (bù) của máy toàn đạc điện tử NTS662". Nội dung đề tài gồm 3 chơng: Chơng I: Các phơng pháp đo dài trong trắc địa Chơng II: Giới thiệu máy toàn đạc điện tử NTS662 Chơng III: Thực nghiệm Mục đích của đề tài này: mở rộng thêm các dạng đo thực nghiệm bằng máy toàn đạc điện tử NTS662 để đánh giá một cách toàn diện hơn về khả năng xác định chênh cao của nó. Với tinh thần làm việc nghiêm túc và sự giúp đỡ của thầy giáo Vũ Trung Rụy cùng các thầy cô giáo trong khoa Trắc địa đến nay tôi đã hoàn thành đợc đồ án. Song do thời gian có hạn các tài liệu cha đầy đủ, các thực nghiệm còn ít, cha mang tính chất toàn diện nên bản đồ án còn cha đề cập hết đợc các điều kiện biến đổi của ảnh hởng chiết quang trong các điều kiện đo khác nhau, và các ảnh hởng khác đến độ chính xác đo cao lợng giác. Rất mong đợc sự chỉ giáo và góp ý của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 2 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp Chơng I các phơng pháp đo dài trong trắc địa I.1. Phơng pháp đo dài trực tiếp I. Khái niệm về phơng pháp đo khoảng cách trực tiếp - Đo khoảng cách trực tiếp là so sánh chiều dài của đối tợng nào đó với một dụng cụ đo đã biết trớc chiều dài. Dụng cụ đã biết trớc chiều dài đó ngời ta gọi là thớc đo dài. Thớc đo dài có thể làm bằng gỗ, tre, hoặc bằng kim loại Tùy theo độ chính xác của chiều dài cần xác định mà ngời ta có thể chọn thớc khác nhau. Ví dụ muốn xác định chiều dài của đối tợng nào đó với độ chính xác thấp thì ngời ta có thể dùng thớc tre hoặc gỗ trực tiếp xác định chiều dài của đối tợng cần đo. Muốn xác định chiều dài của đối tợng nào đó với độ chính xác cao thì ngời ta phải dùng thớc thép hoặc dây Inva. Nếu gọi D là khoảng cách cần đo giữa hai điểm AB, 1 là chiều dài của thớc và n là số lần đặt thớc, theo hình vẽ 1 dới đây ta có: D = n1 + r (trong đó r là phần lẻ của thớc) (I-1.1) Hình I-1.1 II. Các dụng cụ sử dụng trong đo chiều dài trực tiếp II.1. Thớc thép thờng - Cấu tạo của thớc thép thờng Là loại thớc có chiều dài 20m, 30m, 40m, 50m với khoảng chia nhỏ nhất là 1cm. Dùng để đo chiều dài với độ chính xác thấp nên thờng ko có phơng trình riêng. Vạch "O" có thể đợc đánh dấu trên thớc hoặc tính từ mép đầu của vòng tay kéo của nó. Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 3 1 1 r 1 2 3 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp II.2. Thớc thép chính xác a. Cấu tạo của thép chính xác Là loại thớc đợc làm bằng hợp kim có hệ số giãn nở nhiệt thấp, dài từ 20 đến 50m, với khoảng chia nhỏ nhất là 1mm. Ngoài thớc ra còn có một thang đọc số phụ dài 20cm, đợc chia chính xác tới milimét có thể gắn vào bất cứ decimét nào trên thớc. Vì thế thớc cho phép đọc số chính xác tới 0.1mm. Do đó thớc phải có phơng trình riêng. Hình I-1.2 b. Phơng trình của thớc thép chính xác Chiều dài thực tế của thớc đợc tính theo phơng trình riêng của nó là: l t = l 0 + l k + l t0 (t - t 0 ) (I-1.2) Trong đó: - l 0 là chiều dài danh nghĩa - là hệ số giãn nở nhiệt của thớc - t 0 nhiệt độ khi kiểm nghiệm thớc - t là nhiệt độ môi trờng khi đo - l k = (l t0 - L 0 ): là số chênh chiều dài thớc ở nhiệt độ lúc kiểm nghiệm với chiều dài chuẩn L 0 Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 4 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp Nếu ký hiệu (t - t 0 ) = l t và ký hiệu số hiệu chỉnh chung của thớc là l 0 thì số cải chính chung của thớc là: l 0 = (l k + l t ), lúc đó mỗi mét thớc sẽ có số cải chính trung bình là: t 0 l l Nh vậy, nếu gọi D đ là số khoảng cách đo đợc bằng thớc thép có chiều dài danh nghĩa l 0 thì chiều dài của khoảng cách cần xác định sẽ là: D = D đ t 0 l l D đ (I-1.3) Trong đó (+) ứng với trờng hợp l t > l 0 II.3. Thớc thép có độ chính xác cao a. Thớc dây Inva * Giới thiệu về thớc dây Inva: - Cấu tạo của thớc dây Inva: + Thớc dây Inva đợc chế tạo bằng hợp kim gồm 31% Niken, 63% Thép, 5% Côban và 1% các thành phần khác nh Megie + Thớc dây Inva có hai loại chính: Một loại 24m và một loại 48m, ngoài ra còn có loại 72m, 96m để đo trong trờng hợp vợt sông và thớc 4m, 8m để đo các đoạn lẻ. Một bộ thớc gồm 4 thớc 24m và một cuộn 4m hoặc 8m, đờng kính thớc dây là 1,65mm, trọng lợng 1m là 17,3gam. ở hai đầu của thớc có gắn 2 thớc 3 cạnh, thiết diện dài 8cm khắc đến mm, ở một đầu còn lại của thớc 3 cạnh có móc mắc vào ròng rọc để chao tạ (hình I-1.3) b. Kiểm nghiệm thớc dây Inva - Kiểm nghiệm thớc dây Inva đợc tiến hành trong phòng thí nghiệm nhằm mục đích: + Xác định chiều dài của thớc tại nhiệt độ t 0 tiêu chuẩn Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 5 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp + Xác định phơng trình của thớc dây Inva tại nhiệt độ t - Kiểm nghiệm thớc dây Inva bằng phơng pháp giao thoa ánh sáng: Sơ đồ bố trí nh hình vẽ I-1.4: - Nguyên lý của phơng pháp: ánh sáng từ nguồn sáng qua hai thấu kính L 1 và L 2 sẽ thành chùm tia hẹp song song đổ tới gơng B. Khi tới gơng B thì có một phần tia sáng lọt qua gơng B đi tới gơng C và phản xạ ở C quay lại B rồi về kính quan sát F. Một phần tia sáng sẽ phản xạ tại B rồi phản xạ ở A cứ nh vậy sẽ phản xạ (2n - 1) lần qua A và B. ở đây nếu chúng ta điều chỉnh gơng C nh thế nào đó để sao cho d/d 0 = n. Khi đó hiện tợng giao thoa sẽ xảy ra (độ chính xác phải đạt cỡ 1 ữ 2à. Thế nhng để đạt đợc độ chính xác đến nh vậy thì rất khó, vì vậy ngời ta bố trí thêm các bộ phận "bồi thờng quang học" K 1 và K 2 . Nhờ đó mà hiện tợng giao thoa vẫn xảy ra. Rõ ràng bằng việc điều chỉnh nh vậy thì chiều dài Ac sẽ không bằng đúng nd 0 nữa mà sẽ thay đổi một đại lợng /2. /2 này là đoạn biến đổi sẽ nhận đợc nhờ đọc trên các bộ phận K 1 và K 2 (tơng tự nh bộ đo cực nhỏ trong máy kinh vĩ quang học). Cuối cùng sẽ đợc: d = nd 0 + /2 (I-1.4) Độ chính xác của phơng pháp: Độ chính xác của việc xác định d sẽ phụ thuộc vào độ chính xác xác định d 0 và . ở đây để xác định d 0 chính xác ngời ta sử dụng thớc tiêu chuẩn thạch anh dài 1m để trên hai điểm Bécsen để đo. Còn để xác định sai số quang lộ ng- ời ta sử dụng hai bộ phận bồi thờng quang học K 2 và K 1 có thể thay đổi và có thể đọc số đợc: Biết đợc chính xác d rồi, chúng ta sẽ sử dụng nó để so sánh với thớc Inva nh phơng pháp thông thờng. Phơng pháp giao thoa có thể đạt độ chính xác 0.9à, tơng đơng với sai số tơng đối 0.4.10 -7 m. Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 6 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp Hình I-1.4 Phơng trình của thớc dây Inva - Nh ta đã biết chiều dài của thớc luôn thay đổi theo nhiệt độ môi trờng nên chiều dài của thớc là hàm của nhiệt độ, do đó ta có thế viết: l t = l[t 0 + (t - t 0 )] (I-1.5) Khai triển chuỗi TayLor ta đợc: l t = l t0 + dt dl (t - t 0 ) + td ld 2 1 2 2 (t - t 0 ) 2 + td ld 6 1 3 3 (t - t 0 ) 3 + (I-1.6) Đặt: )tt(dt dl 0 = )tt(td ld 2 1 0 2 2 = )tt(td ld 6 1 0 3 3 = (I-1.7) Khi đó: l t = l t0 + (t - t 0 ) + (t - t 0 ) 2 + (t - t 0 ) 3 + , , - gọi là hệ số giãn nở lần 1, lần 2 và lần 3 của thớc dây Inva đó cũng chính là sự thay đổi của chiều dài thớc khi t 0 thay đổi 1 0 C. Thờng hệ số rất nhỏ nên thực tế bỏ qua và sẽ có: l t = l t0 + (t - t 0 ) + (t - t 0 ) 2 (I-1.8) Hay: l t = l t0 + [ + (t - t 0 )](t - t 0 ) (I-1.9) Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 7 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp ở đây (t - t 0 ) có thể coi nh là số gia của và t 0 là đại lợng không xác định. Để dễ tính toán chúng ta chọn ra hệ số và là hệ số giãn nở trung bình trong khoảng t 0 từ 0 0 C ữ t 0 . Khi đó: Tại t 0 = 0; t = 0 + (t - t 0 ) = Và khi đó t 0 = 0; t = t + (t - t 0 ) = + t Vậy = TB = ( + + t) Suy ra trị trung bình + (t - t 0 ) = + t/2 Giả thiết lấy: = '; = TB = ' Khi đó l t sẽ có dạng: l t = l 0 + ( + t)t = l 0 + t + t 2 (I-1.10) Nếu chọn t 0 = 20 0 C làm nhiệt độ tiêu chuẩn khi kiểm nghiệm: 0 20 l = l 0 + 20 + 20 2 Khi đó t 0 = t sẽ có: l t = l 0 + t + t 2 (I-1.11) Hay: l t = l 0 + (t - 20) + (t 2 - 20 2 ) (I-1.12) Đây chính là phơng trình của thớc dây Inva Với và là hệ số giãn nở của thớc III. Đo chiều dài bằng thớc thép III.1. Đo chiều dài bằng thớc thép có độ chính xác thấp: 1:1000 đến 1:2000 - Dụng cụ dùng trong trờng hợp này là loại thớc thép thờng a. Công tác chuẩn bị Các dụng cụ sử dụng trong đo chiều dài trực tiếp bằng thớc thép thờng có độ chính xác thấp bao gồm: + Thớc thép thờng + Bộ que sắt + Sào tiêu Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 8 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp + Thớc đo góc nghiêng đơn giản b. Tiến hành đo Công tác đo đợc tiến hành đo nh sau: Giả sử khoảng cách cần đo là AB nh Hình I-1.5 dới đây. Để đo khoảng cách AB trớc tiên ta phải dọn sạch cỏ cây và tiến hành dóng hớng. Sau đó ngời thứ nhất dùng que sắt giữ chặt đầu thớc sao cho vạch "0" trùng với tâm vạch điểm A, ngời thứ hai kéo căng thớc cho thật nằm ngang, không đợc chệch ra khỏi hớng AB và cũng dùng que sắt cắm vào vạch cuối cùng của thớc (ví dụ vạch "20" của thớc 20m) ta đợc điểm 1. Sau đó nhổ que ở A và cả hai ngời cùng tiến về phía điểm B. Khi ngời thứ nhất đi đến điểm 1 thì công việc lặp lại nh trên. Tiếp tục đo cho đến đoạn cuói cùng. Nếu đoạn này ngắn hơn chiều dài thớc thì căn cứ vào tâm đỉnh điểm B để đọc phần lẻ r trên thớc. Số que sắt mà ng- ời thứ hai đã cắm chính là số lần đặt thớc và khoảng cách đợc tính theo công thức (I-1.1). Tùy theo yêu cầu độ chính xác mà có thể đo tiến hành đo đi và đo về. Dùng sai số khép tơng đối để đánh giá độ chính xác. Lấy giá trị trung bình của hai chiều đo làm kết quả độ dài của khoảng cách AB. Hình I-1.5 Sau khi có giá trị khoảng cách nghiên D của mỗi đoạn đặt thớc ta phải chuyển về trị số ngang S. Muốn vậy, cần phải có số liệu góc nghiêng i hoặc Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 9 Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp chênh cao h i của các đoạn D i . Khoảng cách ngang S i đợc tính theo công thức sau: + Trờng hợp đo góc nghiêng i thì: S i = D i Cos i (I-1.13) + Trong thực tế hiện nay dụng cụ đo góc nghiêng ít đợc sử dụng nên để chuyển D về S ngời ta dựa vào trị số chênh cao h. S i + D i + hi (I-1.14) Trong đó số cải chính hi đợc tính theo công thức: hi = - D2 h 2 (I-1.15) III.2. Đo chiều dài bằng thớc thép có độ chính xác: 1:10000 đến 1:20000 - Để đạt đợc độ chính xác tơng đối từ 1:10000 đến 1:20000, khác với ph- ơng pháp đã xét, ở đây phải dùng loại thớc thép chính xác, còn thang đọc số phụ chia vạch chính xác tới 1mm và có phơng trình riêng. Ngoài ra khoảng cách cần đo phải đợc dóng hớng bằng máy kinh vĩ có độ chính xác 1', chênh cao giữa các phân đoạn phải đợc xác định bằng phơng pháp đo cao hình học có độ chính xác tơng đơng hạng IV hoặc cấp kỹ thuật. Tổ đo phải có ít nhất 5 ngời: một ngời chỉ huy và ghi sổ, hai ngời kéo căng thớc và hai ngời đọc số. Dụng cụ dùng trong trờng hợp này là loại thớc thép chính xác. a. Công tác chuẩn bị Các dụng cụ sử dụng trong đo chiều dài trực tiếp bằng thớc thép chính xác bao gồm: + Thớc thép chính xác + Máy kinh vĩ, sào, tiêu, cờ hiệu để đóng hớng + Que sắt và cọc gỗ để đánh dấu số lần đặt thớc thép và làm chuẩn khi đọc số. + Lực kế dùng để kéo thớc đúng bằng lực nh đã kéo nó khi kiểm nghiệm thớc. Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề Lớp: Trắc Địa K48 - A 10 [...]... hoạt động của máy toàn đạc điện tử Máy toàn đạc điện tử (TOTAL STATION) là thiết bị của ngành trắc địa, chuyên dùng để đo góc và đo cạnh Về cấu trúc hình học của máy không có gì khác so với máy kinh vĩ quang cơ, nhng nó đã đợc điện tử hóa trên tính năng của máy đã đợc nâng rất nhiều Sinh Viên: Nguyễn Chuyên Đề 35 Lớp: Trắc Địa K48 - A Trờng Đại học mỏ Địa chất Đồ án tốt nghiệp Về cấu tạo máy gồm ba khối... nghệ điện tử đợc ứng dụng vào công nghệ chế tạo các thiết bị và dụng cụ đo, một số nớc đã lần lợt cho ra đời các máy đo góc điện tử: T 100, T 1800, TM 1100, TM 1800, T 2002 (Thụy Sĩ), DT 5, DT 6 (Nhật) các máy đo dài điện tử DI 1001, DI 1600, DI 2002 (Thụy Sĩ), EOK 2000 (Đức), Công ty 5 (Nga); các máy toàn đạc điện tử TC 605, TC 1800, TC 2002 (Thụy Sĩ), NTS662 II.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của máy. .. cơ bản nh hình 6 Máy đo xa điện quang EDM (1) Các chương trình và các phần mềm tiện ích (3) Máy kinh vĩ hiện số DT (2) Hình II-2.6 Khối 1: Khối đo dài điện tử Bộ phận đo dài quang điện (Electronic Distance Meter viết tắt là EDM) làm nhiệm vụ đo khoảng cách từ máy tới gơng phản xạ Các máy toàn điện tử hiện nay thờng đợc trang bị một máy EDM có tầm hoạt động từ 2 - 4km, độ chính xác đo khoảng cách tùy... mà phải xác định trong quá trình đo - Độ chính xác của phơng pháp này có thể đạt cỡ mm khi đo pha theo sóng tải L1, L2 có độ chính xác thấp hơn nhng ngợc lại nếu kết hợp cùng với sóng L1 sẽ tạo ra khả năng làm giảm ảnh hởng đáng kể của tầng điện ly và việc xác định số nguyên đa trị đợc dễ dàng hơn Chơng II Máy toàn đạc điện tử II.1 Sơ lợc lịch sử các máy đo xa điện tử Trắc địa là một ngành khoa học... Hớng đo - ở mỗi đo n đo, sai khi đo song phần đo đi, phải đo ngay lần đo về Lúc này thớc không đổi chiều nhng đổi ngời và phụ tùng Khi đó các đo n thớc lẻ (do không đủ thớc) phải dùng thớc phụ để đo, thớc phụ là loại thớc 4m và 8m Đo đi và đo về mỗi lần phải đọc số 6 lần sau đó phải dùng thớc thép đã kiểm nghiệm để kiểm tra Cứ 4 ữ 5 đo n thớc thì đo nhiệt độ và phải đo nhiệt độ ở đầu và cuối đo n Đo. .. điều khiển đợc sử dụng qua xung phát và xung thu Khi phát xung phát, khóa điển tử mở, khi phản hồi khóa điển tử đóng Khi máy phát, phát xung về bộ phận phản hồi thì khóa điện tử của máy mở, khi máy thu đợc xung thì khóa điển tử đóng lại Các xung đếm đợc tỷ lệ với các xung có khóa điện tử trong khoảng thời gian các xung đi từ máy phát đến gơng, hay khoảng cách tỷ lệ với số xung đếm đợc D = f (m) (m: là... lần bớc sóng = v/f - Là bớc sóng Nh vậy trong phơng pháp pha đại lợng duy nhất cần đo là hiệu pha , giữa tín hiệu gốc và tín hiệu phản hồi Hiện nay với kỹ thuật cho phép ta đo đợc với độ chính xác m 2 2 10-3, tần số trong máy hiện nay là f 10MHz - Trong các máy đo xa điện tử loại pha thì bộ đo pha của máy đo chỉ đo đợc giá trị hiệu pha từ 0 đến 2 do đó để biểu thị tổng quát cho mọi trờng hợp thì:... Khi đo song một lợt phải quay đầu giá có khắc chữ thập đi 1800 rồi đo lại lần nữa ở mỗi đo n thớc khi đo xong thớc thứ nhất rồi mới đo thớc thứ 2 Khi đo hết đo n thứ nhất ngời và phụ tùng phía trớc giữ nguyên, phía sau chuyển lên thành phía trớc để đo đoạn tiếp theo - Đo đờng đáy hạng I thờng phải dùng 6 thớc cùng với 1 ữ 2 sợi dữ trữ, trình tự nh sau: Phần I II III Đo đi Thớc 1,2 5 và 6 3 và 4 Đo về... đến kết quả đo chiều dài đờng đáy là: (I-1.56) 2 2 2 E = E1 + E 2 + E 3 + E 2 + E 5 2 4 I.2 Phơng pháp đo dài gián tiếp I Khái niệm về đo dài gián tiếp Đo dài gián tiếp là xác định khoảng cách cần đo đó thông qua việc xác định các đại lợng khác phục vụ cho việc tính chiều dài khoảng cách cần đo đó Ví dụ nh đối với các máy đo xa điện tử thì các yếu tố cần xác định là thời gian lan truyền của sóng ánh... hành đo hiệu số giữa pha của sóng tải do máy thu nhận đợc từ vệ tinh và pha của tín hiệu do chính máy thu tạo ra Hiệu số pha do máy thu đo đợc ta ký hiệu là (0 < < 2) Khi đó ta có thể viết: = 2 (R N + ct) (I-2.22) Trong đó: R - Là khoảng cách giữa vệ tinh và máy thu - Là bớc sóng của sóng tải N - Là số nguyên lần bớc sóng chứa trong R t - Là sai số không đồng bộ giữa đồng bộ của vệ tinh và máy . loại máy đo phục vụ cho công tác ngoại nghiệp: máy đo góc, máy đo cạnh, máy toàn đạc điện tử đo góc cạnh và máy định vị GPS. Nhng máy toàn đạc điện tử. lợc lịch sử các máy đo điện tử II.2. Cấu tạo nguyên lý hoạt động của máy toàn đạc điện tử II.3. Giới thiệu chung về máy toàn đạc điện tử NTS662 Chơng III: