BÀI GIẢNG môn đo đạc điện tử

Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ BÀI GIẢNG MÔN ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ CHƯƠNG 1: SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ KIẾN THỨC LIÊN QUAN 1.1 Dải tần số - Khái niệm: Tần số số lần lặp lại tượng đơn vị thời gian - Ví dụ: tuần SV lớp CĐ10TĐ1 học buổi môn TĐ CTN vào chiều chủ nhật - Để tính tần số: chọn khoảng thời gian đếm số lần xuất hiện tượng thời gian ấy, chia cho khoảng thời gian chọn - Như vậy, đơn vị đo tần số nghịch đảo thời gian Trong hệ đo lường quốc tế (SI) đơn vị Hz ( đặt theo tên nhà khoa học người Đức: Heinrich Rudolf Hertz) Hz cho biết tần số lặp lại việc lần giây: Hz = 1/ s Kz = 10-3 KHz = 10-6 MHz * Tần số góc ( tốc độ góc) - Ký hiệu Ω ω tốc độ quay Nó véc tơ độ lớn vô hướng véc tơ vận tốc góc Trong hệ đo lường quốc tế (SI), tần số góc đo đơn vị rad/ giây Như vòng quay 2π (rad) tốc độ góc ω nhân với thời gian hết vòng (chính chu kỳ T) Vậy nên: Ω = 2π/ T = 2π.f Với f tần số * Dải tần số: Bản chất tượng dao động với tần số khác ứng dụng ngành khoa học kỹ thuật khác Do đó, hệ đo lường quốc tế ( SI), người ta chia tượng làm dải tần khác nhằm phục vụ cho ngành khoa học khác Trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật, có loại dao động sóng điện từ Theo kiến thức vật lý, điện từ trường lan truyền không gian gọi sóng điện từ Điện từ trường có tần số khác sinh dải tần khác Cụ thể có vùng sóng điện từ phân chia theo độ lớn tần số: Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Hình 1.1 Thang sóng điện từ 1.2 Sóng điện từ lan truyền sóng điện từ Máy đo xa điện tử sử dụng dải sóng radio cực ngắn (máy đo xa radio) dải sóng ánh sáng (máy đo xa điện quang) làm sóng mang Hai dải sóng nằm thang sóng điện từ Vì ta cần nghiên cứu số kiến thức sóng điện từ Sóng điện từ sóng ngang ( véc tơ cường độ điện trường E cường độ từ trường H vuông góc với nằm mặt phẳng vuông góc với phương truyền sóng) H vẽ: Hình 1.2 Sóng điện từ Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Cường độ điện trường E đại lượng vật lý, thể véc tơ không gian, đặc trưng cho độ lớn hướng điện trường mặt tác dụng lực điểm Điện trường mô hình tưởng tượng điện từ học để nói môi trường đặc biệt bao quanh điện tích gắn liền với điện tích Điện trường tác dụng lực lên tất hạt mang điện đặt gọi lực điện Từ trường môi trường vật chất đặc biệt sinh quanh điện tích chuyển động biến thiên điện trường Cường độ từ trường đại lược véc tơ có hướng, ký hiệu H Trong máy đo xa điện tử sử dụng dải sóng có tần số f từ 1013 - 1015 hz làm sóng mang sóng có f từ 10 - 50 MHz với độ ổn định cao làm tín hiệu đo Tính chất quan trọng sóng điện từ tính phân cực Véc tơ E có khả truyền theo phương mặt phẳng cố định Phương trình sóng điện từ truyền trục X với vận tóc v có dạng: X   S = A cos  w(t − ) + ϕ  v   (1.1) Trong : A biên độ dao động- giá trị cực đại biểu thị độ lớn dao động hình sin Pha ω (t − X ) + ϕ biểu thị trạng thái (độ lớn phương chiều) v dao động hình sin 1.3 Kỹ thuật laser Trong máy đo xa điện quang hệ cũ sử dụng đèn đốt nóng, đèn hồ quang, đèn cao áp thủy ngân, diot phát quang… làm nguồn tạo sóng mang Nhược điểm chúng tiêu thụ công suất lớn (thườngg dùng máy nổ), bị môi trường hấp thụ mạnh (tầm xa bị hạn chế đo ban ngày), kích thước bề mặt phát xạ lớn, chùm tia không nhóm độ xác thấp đặc biệt chúng khả tạo chùm sóng kết hợp đơn sắc(tần số hiệu pha không ổn định)…Hiện nay, máy đo xa điện quang loại pha chủ yếu dùng hai loại máy phát quang học lưỡng tử Trong lĩnh vực trắc địa thường gọi tắt laser khí laser bán dẫn làm nguồn xạ sóng mang Laser khí He-Ne Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ a Cấu tạo Mặc dù năm gần xuất số dạng laser khí CO2, Ar…nhƣng máy đo xa điện quang sử dụng thông dụng laser hỗn hợpkhí trơ He (Heli)và Ne (Neon) Cấu tạo (hình 2.1) gồm ống nhỏ thạch anh kim loại (1) hẹp với đường kính gần 3mm hai đầu phình, dài khoảng 25cm, chứa He Ne theo tỷ lệ khoảng 1:10 đạt áp suất ≈ 1mmHg Hai đầu ống gắn hai kính (2), chúng đặt nghiêng so với ống (1) góc Briuter (3) nhằm tạo điều kiện phân cực toàn phần cho tia laser (góc nghiêng Briuter: i = arctg(n1/n2), đó: n1,n2 hệ số chiết xuất hai môi trường, ánh sáng phản xạ góc i trở thành ánh sáng phân cực thẳng) 52 Hình 2.1 - Nguồn laser He-Ne Hốc cộng hưởng quang học laser gương phẳng (4) gương cầu (5) có hệ số phản xạ ≈ 100% (phản xạ toàn phần) đặt vuông góc với trục ống (1) Hệ số thoát sáng gương phẳng ≈ 0.5% gương cầu ≈ 0.05% Nguồn nuôi laser nguồn điện áp chiều (6) đặt vào hai điện cực anot (7) katot (8) (khi kích thích nguồn cao tần điện cực bố trí bên ống laser) để phóng điện qua hỗn hợp He Ne b Nguyên lý hoạt động Dựa vào thuyết miền lượng học lượng tử, giải thích nguyên lý tạo thành chùm tia laser He – Ne sơ lược sau (hình 2.2) Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Khi nguồn nuôi (6) phóng điện vào ống (1) kích thích làm nguyên tử khí He nhảy từ mức E1lên mức E4 Sau đó, chúng va chạm truyền lượng cho nguyên tử Ne Các nguyên tử Ne phải chuyển sang trạng thái tương ứng với mức lượng cao E4 Vì, Ne chất hoạt tính có thời gian “sống” E4 ngắn (10 -3 s), nên điện tử phản xạ tự nhiên trở E3, xẩy tượng xạ tự kích làm cho chúng liên tục nhảy xuống mức lượng thấp E2 Lúc này, điện tử Ne “vứt bỏ” phần lượng thừa vừa tiếp nhận từ He dạng dòng foton ánh sáng lượng tử) với vận tốc: E − E3 v= h Hay bước sóng: Trong : h – số plank; c – tốc độ ánh sáng chân không Dòng foton thoát khỏi hai kính (2) góc Briuter tạo thành dòng ánh sáng phân cực thẳng Khi gặp hốc cộng hưởng (4) (5) có hệ số phản xạ toàn phần, chúng bị phản xạ qua lại nhiều lần ống (1) Vì thế, va chạm thành phần (1) tăng lên dần dòng foton tự khuếch đại lúc lớn Và, lúc đó, hạt foton đủ lượng thoát khỏi gương phẳng (4) tạo thành chùm tia sóng có mật độ lượng lớn gọi chùm tia laser c Ưu nhược điểm Mặc dù ống (1) có kích thƣớc ngắn công suất tiêu thụ bé nên tia laser He – Ne có công suất xạ không lớn sóng radio cực ngắn (2-5mw) hạn chế tầm truyền xa, đồng thời có hệ số hiệu suất thấp ( 0.05%) sử dụng phổ biến, có loạt ưu điểm sau: - Là chùm tia màu đỏ (>30 tia) dễ quan sát đo ngắm; Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Là chùm sóng kết hợp đơn sắc có tần số f ổn định cao (≈0.6328 km); - Là chùm tia phân cực thẳng, với góc loe nhỏ (2-10‟) không bị tán xạ, nhiễu xạ… truyền dọc theo đường đo; Có mật độ lượng tương đối lớn (gấp 107 lần tia mặt trời), bị khí hấp thụ, truyền xa (≈ 50km) cho phép đo ngắm điều kiện ban ngày; Thích hợp với lọc ánh sáng dải hẹp thu nhận tín hiệu ống nhân quang điện; Cấu tạo gọn nhẹ có tuổi thọ cao v.v… Laser bán dẫn GaAs (Gali Asen) a Cấu tạo Gồm hai tinh thể bán dẫn loại p (lỗ hổng) loại n (điện tử) Ga As ghép với hình (2.3a) lớp tiếp p – n có độ dày cực mỏng (≈ 0.1µkm) đóng vai trò môi trường hoạt tính, xạ tia laser diot GaAs phân cực thuận (nối p với cực “+”, n với cực “”), có mật độ dòng điện thích hợp (≈104 A/cm2) đặt hốc cộng hưởng quang học (gồm hai tinh thể mỏng) đặt vuông góc với lớp p – n bốn phía lại làm xám (xù xì) b Nguyên lý hoạt động Khác với nguyên tử chất khác, hợp chất bán dẫn GaAs không tồn lượng riêng biệt mà chúng hợp thành miền lượng (hình 2.3b): miền hoá trị (miền chứa đầy điện tử), miền cấm Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ (không chứa điện tử) miền dẫn (là miền trống rỗng, có điện tử tự trở thành miền dẫn điện) Khi có lượng cung cấp, điện tử miền hoá trị vượt qua miền cấm nhảy lên miền dẫn Vì thế, miền hoá trị xuất “lỗ hổng” miền dẫn xuất điện tử Mặt khác, cho diot GaAs phân cực thuận lớp tiếp giáp p – n “lỗ hổng” điện tử chuyển động ngược chiều chúng tái hợp với Quá trình tái hợp phát lượng dạng foton Và, giống trường hợp laser khí, nhờ hốc cộng hưởng quang học với mật độ dòng điện để phóng vào vùng p – n thích hợp mà tạo dòng foton Nếu mật độ dòng điện nhỏ nhận đƣợc dòng ánh sáng kết hợp, không nhóm công suất nhỏ, dòng điện cao dễ làm cháy diot Vì thế, thường phải làm diot (bằng cách đặt vào bình chứa nitơ lỏng cho diot làm việc với công suất vừa phải), làm cho dòng foton đủ mạnh để xuyên qua lớp kính mỏng trở thành tia laser c Ưu nhược điểm So với loại khác, laser bán dẫn GaAs có ưu điểm diot có khả biến đổi trực tiếp lượng điện thành laser, có hiệu suất cao (≈50%), xạ chế độ liên tục (sóng), đồng thời, tác động dòng điện cao tần tạo dòng laser điều biên (biến điệu trong), có kích thước cực bé (0.5mm3), tuổi thọ cao Tuy nhiên, dùng diot GaAs có hạn chế công suất xạ nhỏ (≈0.2 mw), mức độ tích hợp tính đơn sắc hơn, không nhóm (góc loe ≈5°) tia không trông thấy (λ= 0.84µm gần dải hồng ngoại)…Vì máy dùng laser GaAs đo khoảng cách ngắn (25km) với độ xác thấp máy dùng laser He – Ne máy phải dùng lọc ánh sáng đặc biệt Kỹ thuật công nghệ năm gần chế tạo diot bán dẫn làm việc chế độ xung, xuất số máy đo xa loại xung loại xung pha 1.4 Mạch tích hợp môi trường lưu trữ liệu Mạch tích hợp (IC) Là mạch điện tử mà thành phần tác động thụ động chế tạo đế (substrate) hay thân tách rời Đế thân phiến bán dẫn phiến cách điện Một IC thường có kích thước dài rộng cỡ vài trăm đến vài ngàn micromet, đựng vỏ bọc kim loại plastic (nhựa) Những IC thường phận chức năng, có khả thể công việc điện tử Sự cấu thành phận điện tử hệ thống điện tử Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ hướng tìm tòi theo đuổi từ lâu Nhu cầu phát minh mạch hệ thống điện tử theo chiều hướng từ đơn giản đến phức tạp, lớn đến nhỏ, từ tần số thấp đến tần số cao Sự tích hợp vào IC thường thực giai đoạn phận chức Song khái niệm tích hợp không thiết dừng giai đoạn Người ta nỗ lực để tích hợp với mật độ cực cao IC nhằm hướng tới việc tích hợp toàn thể hệ thống điện tử IC (chip) SSI: Tích hợp quy mô nhỏ MSI: Tích hợp quy mô trung bình LSI: Tích hợp quy mô lớn GST: Tích hợp quy mô khổng lồ * Các loại mạch tích hợp + IC màng (film IC) Trên đế chất cách điện dùng lớp màng tạo nên thành phần khác Loại gồm thành phần thụ động điện trở, tụ điện cuộn cảm mà - Dây nối phận: Kim loại có điện trở suất nhỏ Al, Au, Cu… - Điện trở : dùng mảng kim loại kim loại có điện trở suất lớn NiCr, Ni-Cr-Al, Cr-Si, Cr… - Tụ điện: dùng mảng kim loại để đóng vai trò cực Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - Cuộn cảm: Dùng mảng kim loại hình xoắn, nhiên khó tạo cường độ từ trường với kích thước hợp lý - Cách điện phần: dùng mảng SiO2, SiO… + IC đơn tinh thể (monolothic IC) Gọi IC bán dẫn (dùng đế chất bán dẫn, thường SiO 2…) Trong chế tạo transistor, diode điện trở, tụ điện… Rồi dùng chất cách điện SiO phủ lên che chở cho phận, dùng màng kim loại để nối phận với nhau: - Transistor, diode phận bán dẫn - Điện trở chế tạo cách lợi dụng điện trở lớp bán dẫn có khuếch tán tạp chất - Tụ điện chế tạo cách lợi dụng điện dung vùng nối p-n phân cực nghịch + IC lai (hibrid IC) Là loại Ic lai hai loại Từ vi mạch màng mỏng, người ta gắn thành phần transistor, diode… nơi định Các Transistor, diode không cần có vỏ mà cần lớp men tráng để bảo vệ Ưu điểm IC lai Có thể tạo nhiều IC (digital Analog) - tạo nhiều phần tử thụ động có giá trị khác với sai số nhỏ - Có khả đặt đế Bộ nhớ, lưu trữ liệu truyền liệu a Bộ nhớ Bao gồm hình thức, phương thức lưu trữ liệu cách lâu dài (khi kết thúc trình làm việc liệu không bị đi) lưu trữ tạm thời trình làm việc máy tính Bộ nhớ chia thành hai loại: - Bộ nhớ (nằm nội bên thiết bị) Trong gồm có ROM RAM - Bộ nhớ ngoài: bao gồm đĩa mềm CD, USB… b Dữ liệu Bao gồm kiện, thị diễn tả hình thức thích hợp cho việc thông tin, thông dịch hay xử lý người, máy móc Tín hiệu liệu chuyển đổi, xử lý phận mã hóa cho phù hợp với môi trường truyền thông - Tín hiệu tương tự: có dạng sóng, đại lượng điện có giá trị khoảng thời gian thích hợp Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - Tín hiệu tuơng tự: tín hiệu mà biên độ có hai giá trị tương ứng với hai trạng thái logic Tín hiệu đường chuyền sóng mang có thiể tín hiệu tương tự tín hiệu số dùng để truyền liệu c Truyền liệu Truyền dải nền: tín hiệu truyền có dải tần với tín hiệu nguồn Điều chế: cho phép dời phổ tần tín hiệu nguồn đến khoảng tần số khác phù hợp với kênh truyền tránh nhiễu giao thoa (các phổ tần cách khoảng để đủ không chồng lên nhau) CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ ĐO KHOẢNG CÁCH ĐIỆN TỬ (EDM) Nguyên lý chung xác định khoảng cách sóng điện từ toán chuyển động đều, nghĩa mối tương quan khoảng cách D với tốc độ v thời gian t: D =v τ Trong thực tế để xác định khoảng thời gian τ , người ta ghi nhận thời điểm phát tín hiệu (t1) thời điểm thu (t2) thu phát đặt điểm đầu khoảng cách D Lúc này: (2.1) Như vậy, độ xác xác định D phụ thuộc vào độ xác xác định v (hay n) môi trường đo độ xác đo thời gian Theo lý thuyết sai số (2.2) Vì tốc độ truyền sóng điện tử lớn nên để nhận khoảng cách D với độ xác theo yêu cầu trắc địa mD trị số τ nhỏ phải xác định với m τ cao Bản chất vật lý phương pháp đo khoảng cách so sánh để xác định độ chênh lệch tham số (SĐT) hai thời điểm trước (phát) sau (thu) truyền Thông thường, nguyên lý chế tạo máy đo xa điện tử tín hiệu phát chia làm hai thành phần Thành phần thứ - đặc trưng cho thời điểm phát truyền trực tiếp máy qua phận đến đo thời gian có tổng chiều dài Do (kênh chủ) gọi tín hiệu gốc hay tín hiệu chủ, thành phần thứ hai - đặc trưng cho thời điểm thu - truyền qua hai lần khoảng cách 2D (kênh tín hiệu) gọi tín hiệu đo hay tín hiệu phản Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 10 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Giao diện hình số chương trình đo máy thuỷ chuẩn điện tử SDL30 Giao diện hình máy thuỷ chuẩn điện tử SDL30 Màn hình hiển thị bao gồm dấu hiệu sau cho biết trạng thái hoạt động chế độ hành giúp người sử dụng kiểm tra theo dõi chương trình đo Phiên số Job hành Chương trình đo Chỉnh đo Điều kiện đo Báo mức pin Số hiệu điểm Giá trị đo liệu khác * Điềm hiển thị Điểm ghi lại hiển thị * Chế độ hiển thị Dấu hiệu điểm cho thấy chế độ hành Meas: Tình trạng chế độ hay chế độ đo lường M: Menu thức JOB: VIỆC LÀM cài đặt chế độ REC: Ghi lại chế độ cài đặt ∆H: Chiều cao khác biệt chế độ đo lường ( Chênh cao) Z: Độ cao chế độ đo lường ( Độ cao) SO: Thiết lập chế độ (Chuyển độ cao thực địa ) C: Cấu hình chế độ Rev: Số liệu đánh giá đơn * Thuộc tính - Hiển thị bước đo Hiển thị dấu hiệu ở phía sau tầm nhìn xa (trong Chiều cao khác biệt, Chuyển thiết kế chế độ đo độ cao) BS: Mia sau FS: Mia trước Hiển thị thuộc tính giá trị đo ghi lại (Chiều cao đo lường khác biệt chế độ, chế độ đo độ cao) BS : Điểm sau FS : Điểm trước Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 35 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ IS : Điểm FIX: Điểm cố định … : Off Hiển thị bước đo (khi điều chỉnh chọn chế độ cấu hình) Ở vị trí A AA1 : Hãy đọc mia a Ab1 : Hãy đọc mia b Aa2 : Hãy đọc mia a với giá ba chân chuyển 180 ° AB2: Hãy đọc mia b với giá ba chân quay 180 ° Ở vị trí B BA1 : Hãy đọc mia a BB1 : Hãy đọc mia b Ba2 : Hãy đọc mia a với giá ba chân chuyển 180 ° Bb2 : Hãy đọc mia b với giá ba chân quay 180 ° Hiển thị số trang trình đơn hoạt động (khi Menu chế độ cấu hình chọn) P1 : Trang đầu P2 : Thứ hai trang * Chế độ đo (không hiển thị hình trình đơn) Đang hiển thị chế độ đo chọn S: Chế độ đo đơn R: Chế độ đo lặp A: Chế độ đo trung bình T: Chế độ đo liên tục *Mức pin (Không hiển thị hình) Hiển thị mức pin Pin đầy * Đo lường Các biểu tượng sau hiển thị Rh: Chiều cao mia Hd: Khoảng cách ngang từ máy tới mia ∆H: Chênh cao Z: Độ cao Các số thập phân hiển thị giá trị đo lường, tính giá trị giá trị đầu vào phụ thuộc vào thiết lập chế độ đo lường định dạng hiển thị số thập phân Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Khi chế độ đo đơn, TB, lặp Chiều cao lấy đến 36 chữ số, khoảng cách lấy đến hai chữ số phần thập phân Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Khi số thập phân thiết lập để "0.0001m" đơn vị đo "m", hiển thị sau: Khi chế độ đo liên tục, chiều cao lấy đến chữ số, chiều dài lấy đến chữ số phần thập phân Khi số thập phân thiết lập để "0.001m" đơn vị đo "m", hiển thị sau: Khi chế độ đo đơn, TB, lặp Chiều cao lấy đến chữ số, khoảng cách lấy đến hai chữ số phần thập phân Khi chế độ đo liên tục, chiều cao lấy đến chữ số, chiều dài lấy đến chữ số phần thập phân a Đo chênh cao Tuyến đo gồm nhiều đoạn đo, đoạn gồm nhiều trạm Chúng giới thiệu phương pháp đo, ghi trạm máy Hình 1.9 Đo chênh cao ( ∆H ) Đo chênh cao hai điểm A, B 1.Thiết lập trạm máy A B Trong chế độ menu Chọn "Hi-diff" Đo điểm sau 4.Chọn "Yes" để chấp nhận thuộc tính điểm số liệu đo Kết lưu số điểm ghi lại nhớ có sẵn hiển thị Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 37 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Đo mia trước Thiết bị tính toán chênh cao hiển thị kết so với mia sau Chọn "Yes" để chấp nhận kết quả, số hiệu thuộc tính điểm đo Kết lưu Ấn "Menu" Một thông báo hỏi bạn có muốn thay đổi vị trí máy Nếu thay đổi, ấn "Yes" Trong bước 5,giá trị đo ghi nhận chênh cao đo trạm máy Chuyển đến trạm máy lặp lại bước Chênh cao bước hiển thị chênh cao mia sau b Đo độ cao Từ độ cao điểm gốc (điểm A)có độ cao HA, bạn đo độ cao điểm B (HA +∆H) Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Đo mia trước Thiết bị đo tính toán độ cao mia trước hiểnĐo thị độ kếtcao Hình 1.10 Chọn "Yes" để chấp nhận điểm đo, thuộc Đặt thiết bị hai điểm A B tính số liệu đo Kết ghi lại 2.Trong Ấnmenu Menuchọn "Elev" Nhập liệuthông độ cao điểm Một số dòng báo hỏimia bạnsau có muốn thay đổimia vị trí Đo sautrạm máy Nếu"Yes" thay đổi, chọnnhận "Yes" Nhấn để chấp điểm đo số Trong bước 6, kết đo mia trước đọc đo ghi lại giống tính chuyền độ cao Kết lưu số điểm ghi 10 Chuyển máy tới trạm lặp lại hiển thị nhớ máy quy trình đo từ bước Độ cao đo bước giống độ cao mia sau 38 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ c Chuyển thiết kế chênh cao, độ cao chiều dài thực địa - Chuyển chênh cao thiết kế Bằng cách nhập vào chênh cao (∆H.) từ điểm gốc biết độ cao (điểm A), ta tìm thấy điểm mặt đất mặt đất (điểm B) có chênh cao so với A ∆H Thiết lập trạm máy hai điểm A, B mode menu, chọn "Set-out" sau chọn "Ht-diff" 3.Nhập giá trị chênh cao mà bạn muốn chuyển 4.Đo điểm mia sau Máy cần đọc điểm mia sau hiển thị kết đo Chọn "Yes" để chấp nhận giá trị đo 6.Đo mia trước Máy chênh tính toán caoragiữa cácđịa phép đo giá Hình 1.11 Chuyển caochênh thiết kế thực trị đầu vào, hiển thị kết đo 7.Di chuyển mia theo số liệu hiển thị hình Nếu "Fill" hiển thị, di chuyển mia lên phía Nếu "cut" hiển thị, di chuyển mia xuống Khi hiển thị "0" bạn tìm thấy điểm cần chuyển 8.Bấm Enter Ecs Hoàn thành chuyển chênh cao thiết kế Chuyển đến điểm Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 39 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - Chuyển độ cao thiết kế thực địa Bằng cách nhập vào độ cao (HA +∆H.) từ điểm gốc độ cao (điểm A), ta tìm thấy điểm mặt đất (điểm B) có độ cao thiết kế Hình 1.12 Chuyển độ cao thiết kế thực địa 1.Thiết lập trạm máy hai điểm A B 2.Trong menu mode Chọn "set-out",Sau chọn "elve" 3.Nhập độ cao điểm sau 4.Thiết bị đọc hiển thị giá trị đo 6.Nhập cao để bạnchấp cần nhận chuyển 5.Chọn độ "Yes" giá trị đo 7.Đo mia trước, Thiết bị tính toán khác biệt với giá trị đầu vào hiển thị 8.Di chuyển mia trước Nếu"Fill" hiển thị, di chuyển mia lên Nếu "Cut" hiển thị, di chuyển mia xuống Nếu "0" hiển thị, bạn tìm thấy độ cao cần Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 40 chuyển Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - Chuyển chiều dài thiết kế thực địa Bằng cách nhập khoảng cách (HD) từ điểm gốc (điểm A), ta tìm thấy điểm mặt đất (điểm B) cách điểm gốc A khoảng cách xác định HD Hình 1.13 Chuyển chiều dài thiết kế thực địa Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Thiết lập trạm máy điểm A Trong mode menu chọn "Set-out" sau chọn "Dist" Nhập chiều dài bạn muốn chuyển Đo mia trước Dụng cụ đo tính toán chênh khoảng cách phépchuyển đo giá đầu vào kếthiển quảthị hiển thị 5.Di miatrịtrong vùng Nếu "out" hiển thị, di chuyển mia lại gần Nếu "in " hiển thị, di chuyển mia xa Nếu "0" hiển thị, bạn tìm thấy điểm quy định 6.Bấm Enter Esc để hoàn thành Làm tương tự cho điểm Ghi chú: điện, khoảng cách thiết kế lưu trữ 41 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ 3.4 Hệ thống quét laser 3D Hiện nay, công nghệ 3D ứng dụng nhiều nước phát triển nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác thành lập đồ 3D, mô hiển thị mô hình không gian, … Ở Việt Nam, ứng dụng công nghệ quét D thực tiễn chưa nhiều, giai đoạn đầu nghiên cứu phát triển Tuy nhiên, công nghệ D hướng phát triển lĩnh vực trắc địa đồ mà cần quan tâm Nguyên lý cấu tạo - Cơ sở toán học Tọa độ điểm (đối tượng 3D) quét đo laser Trước hết xây dựng hệ tọa độ không gian chiều Trục Z song zong với tia laser, mặt phẳng XY vuông góc với Z Một đối tượng có khoảng cách L tới tâm nguồn quét Như giá trị tọa độ điểm chi tiết hiển thị theo giá trị tọa độ tính hệ tọa độ không gian chiều Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 42 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - Các thành phần hệ thống Hệ thống bao gồm phần cứng phần mềm Hệ thống phần cứng chủ yếu bao gồm máy đo khoảng cách laser, cảm biến hình ảnh máy tính Phần mềm bao gồm chương trình tính tọa độ điểm chi tiết, mô hình ảnh đối tượng Máy quét laser 3D * Thiết bị máy quét 3D Laser MENSI Pháp Sản phẩm bao gồm thiết bị quét laser 3D Kreon seiries (khoảng cách gần), MENSI -S10/S25 3D khoảng cách trung bình) MENSI GS 100 3D, MENSI GS 200 3D (khoảng cách xa) * Ứng dụng thiết bị quét laser D Thiết bị quét laser 3D quét đối tượng hình học Người sử dụng thu thập thông tin mô hình hình học đối tượng, xử lý lưu trữ liệu đối tượng Phạm vi ứng dụng rộng rãi công nghệ quét laser D kể đến lĩnh vực khảo cổ học, đồ 3D, hàng không, giao thông, nghiên cứu khoa học kỹ thuật… * Một số hình ảnh công nghệ quét laser 3D Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 43 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Thiết bị quét laser 3D Mensi GS Tính khối lượng đào đắp hệ thống quét laser 3D 3.5 Máy GPS Cấu trúc phân loại * Cấu trúc Để định vị GPS phải có máy thu GPS, có nhiều loại máy thu GPS, loại thiết kế theo yêu cầu định vị đặc thù định vị dẫn đường, đo đạc… Mặc dù chúng khác song máy thu có nguyên tắc chung cấu tạo Sơ đồ cấu tạo máy thu GPS thể theo hình sau: An ten Thiết bị điều khiển Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bộ tần số radio (RF) Bộ vi xử lý 44 Bộ nguồn Thiết bị ghi Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ a Anten máy thu có tính đa hướng, tức thu tín hiệu tất vệ tinh chân trời hướng khác Chỉ tiêu quan trọng thiế kế anten bảo đảm xác tâm anten Tâm điện tử anten phải khép kín trùng với tâm hình học đồng thời không bị tác động tượng quay nghiêng Yêu cầu cần thiết cho trường hợp đo động, anten di động suốt trình đo Thêm vào đó, anten phải có khả tự loại bỏ tín hiệu có góc cao thấp tín hiệu đa đường dẫn Điều thực nhờ anten có dạng hình nón xoáy tròn Hiện phổ biến loại anten nhỏ để trần Tín hiệu từ anten sau truyền tới tần số radio (RF _Bộ tần số RF giới thiệu sau) Những giá trị tín hiệu ghi lại bị hạn chế xử lý code tựa ngẫu nhiên vệ tinh tương quan chéo thấp, tín hiệu cần khuếch đại Anten thiết kế sóng tải L1 hai sóng tải L1, L2 b Bộ tần số radio (RF) coi trái tim máy thu GPS Sau tín hiệu thu vào anten xem xét phân biệt để lại C/A code Các tín hiệu chuẩn xếp trước thành đơn vị vệ tinh Bộ phận có khả phân tích logic để phân biệt vệ tinh theo nguyên tắc giám sát hiệu ứng Doppler Bộ tần số radio xử lý tín hiệu vào kênh Các máy tần nhận xử lý tín hiệu L1, máy hai tần nhận xử lý hai tín hiệu L1 L2 Các số liệu nhận máy thu tần phối hợp để tính toán loại bỏ khúc xạ tần ion Số lượng kênh đóng vai trò quan trọng RF định số lượng vệ tinh theo dõi đồng thời Các yếu tố RF trì tạo tần số chuẩn, sau qua nhận để có tần số cao hơn, tín hiệu lọc để loại bỏ tần số không mong muốn thực trộn tần Sau đó, từ tín hiệu trì y1, y2 với biên độ khác tần số khác f 1, f2 nhân theo mô hình toán học có dạng đơn giản sau: Y=y1.y2=a1cos(f1t )a2cos(f2t) = a1 a [ cos(( f1 − f )t ) + cos(( f1 + f )t )] Kết tín hiệu y chứa tần số thấp tần số cao Sau sử dụng lọc dải thấp, phần tần số cao loại bỏ Phần tần số thấp Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 45 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ lại sử dụng để xử lý Hiệu số (f - f2) tần số thường gọi tần số trung gian hay tần số phách c Bộ vi xử lý Có chức thực phép tính theo chương trình lập sẵn Ví dụ tính toán đạo hàng tức thời từ trị đo khoảng cách giả Hiện nay, vi xử lý có tốc độ xử lý cao d Thiết bị điều khiển Thiết bị điều khiển thực khả phối hợp người đo máy thu Các lệnh đưa vào từ phím chức vào số hiệu điểm đo, độ cao anten… Ngoài phím "cứng" máy thu có phím mềm thực lệnh hình e Thiết bị ghi Có nhiệm vụ ghi lại trị đo thông tin đạo hàng để phục vụ cho công tác xử lý sau Thiết bị ghi GPS bảo đảm không bị tắt nguồn điện Dung lượng nhớ máy thu định thời gian thu liên tục Dung lượng nhớ thường đảm bảo ghi liên tục số liệu đo nhiều với số lượng vệ tinh trung bình (5-7 vệ tinh) tần suất ghi mặc định (15s) f Bộ nguồn Bộ nguồn máy thu GPS pin ắc quy sạc điện Dòng điện sử dụng cho máy thu dòng chiều có điệp áp từ đến 20 vôn * Phân loại Các máy thu phân loại theo tiêu chí sau: a Theo mục đích sử dụng Tùy thuộc vào mục đích sử dụng yêu cầu độ xác người ta chế tạo nhiều loại máy thu GPS khác Có loại chuyên dùng để dẫn đường (đạo hàng) biển, máy bay phương tiện chuyển động khác Có loại chế tạo gọn nhẹ (cầm tay) chuyên dùng để xác định gần vị trí điểm Máy thu chuyên dụng cho trắc địa có yêu cầu cao độ xác tâm pha anten, khả lọc nhiễu… b Phân loại theo phương thức theo dõi Các máy thu cũ sử dụng số lượng kênh vật lý tự lựa chọn theo dõi vệ tinh với tần suất khoảng 20 mili giây kênh Đây nguyên tắc theo dõi chuyển nhanh Ngày nay, máy thu thiết kế cho kênh vật lý theo dõi vệ tinh tất vệ tinh quan trắc liên tục Máy thu gọi máy thu đa kênh hay máy theo dõi song song Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 46 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Các máy thu phối hợp hai nguyên tắc gọi máy thu kết hợp c Phân loại theo tần số sử dụng Theo tần số chia máy thu GPS thành loại sau: - Máy thu tần (L1) - Máy thu tần ( L1 L2) Các máy thu tần phù hợp cho đo cạnh có chiều dài nhỏ 10 km đến 20 km Các máy thu tần phù hợp với khoảng cách dài Sử dụng máy thu GPS Máy thu GPS sử dụng cho nhiều mục đích khác Trong lĩnh vực trắc địa kể đến ứng dụng sau: a Xây dựng lưới khống chế mặt Ưu điểm chủ yếu quan trọng công nghệ GPS xác định véc tơ cạnh điểm khống chế trắc địa với độ xác cao mà không đòi tầm thông hướng điểm Bằng kỹ thuật đo tương đối tĩnh, người ta xây dựng mạng lưới có cạnh dài ngàn km Trên giới , khung tọa độ ITRF mạng lưới Ở Việt Nam, xây dựng mạng lưới GPS cấp "0" có chiều dài cạnh trung bình 120 km Đây mạng lưới "xương sống" sở để hoàn chỉnh mạng lưới thiên văn - trắc địa nước ta b GPS phục vụ cho đo vẽ địa Công nghệ GPS ứng dụng rộng rãi công tác đo đạc địa Trước hết mạng lưới khống chế địa sở, lưới địa cấp phát triển từ lưới khống chế tọa độ hạng I, II Nhà nước c Đo vẽ chi tiết đồ địa hình, đồ địa tỷ lệ lớn tỷ lệ trung bình Để thành lập đồ địa hình, đồ địa tỷ lệ 1:200 đến 1:2000, thông thường đo trực phương pháp toàn đạc, sử dụng máy kinh vĩ toàn đạc điện tử để đo điểm chi tiết Với kỹ thuật đo động Stop - and - go, người ta thực đo chi tiết thành lập đồ, với độ xác tốc độ không thua thiết bị đo khác Tuy nhiên cần phải đảm bảo điều kiện bắt buộc trình đo chi tiết GPS phải theo dõi tín hiệu liên tục vệ tinh d GPS phục vụ trắc địa công trình - Đo mạng lưới khống chế thi công công trình, đo nối lưới khống chế Trắc địa Nhà nước với hệ thống lưới khống chế công trình… - Chuyển trục công trình lên cao Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 47 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - Đo mạng lưới quan trắc chuyển dịch biến dạng công trình - Đo vẽ thành lập mặt cắt đo tính khối lượng - Đo cắm điểm chi tiết công trình 3.6 Bảo quản thiết bị đo đạc Đặc trưng kỹ thuật, điều kiện làm việc thiết bị đo đạc Các thiết bị kỹ thuật số trắc địa gồm phần: + Phần cứng: hộp máy, mạch tích hợp, thiết bị quang học hệ thống ống kính, hệ thống ống thủy… + Phần mềm: Các chương trình viết, ứng dụng chương trình đo đạc trắc địa Do đó, chế tạo, sử dụng bảo quản thiết bị này, cần phải nắm rõ đặc trưng kỹ thuật, quy trình sử dụng… - Đối với máy toàn đạc điện tử, sai số đo góc máy, sai số đo cạnh máy thể thiện lý lịch (cataloge) máy Người sử dụng phái nắm số liệu để biết máy sử dụng trường hợp Ví dụ máy TĐ ĐT dòng TC 403/405/407 hãng Leica có độ xác đo góc 3"/5"/7+ Đo cạnh với gương tròn điều kiện thời tiết tốt tối đa 3500 m Độ xác đo cạnh với chế độ đo chuẩn/ đo đuổi / đo nhanh là: 2mm+2ppm/5mm+ 2ppm/5 mm+2 ppm Máy thu GPS Promack có 14 kênh độc lập, sử dụng L1 mã C/A dải sóng mang Đặc trưng độ xác: - Thực đo tĩnh (rms): phương ngang :0.005 m + ppm, phương đứng: 0.010 m +1 ppm Phương vị < 1arcsecond, - Sai số đo động: sai số mặt 0.012 m +2.5 ppm, sai số độ cao:0.015 m+ 2.5 ppm, thời gian đo tối thiểu cho điểm 15 giây - Đặc trưng liệu: thời gian lưu từ -30 giây, khả lưu trữ nhớ tới 72 Bảo quản thiết bị đo đạc quang học điện tử Các thiết bị kỹ thuật số đo đạc có độ xác cao, đại Do trình sử dụng, bảo quản cần phải kỹ thuật nhằm tăng tuổi thọ thiết bị, ổn định đặc tính kỹ thuật thiết bị Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 48 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Trước đo đạc, thiết bị cần kiểm tra tình trạng hoạt động, độ xác đo đạc.Quá trình di chuyển thiết bị cần phải đặt hòm máy chuyên dụng chiều, cách, tránh va chạm mạnh trình vận chuyển Thiết bị cần bảo quản điều kiện môi trường, khí hậu, độ ẩm theo quy định Tránh để máy nơi có độ ẩm lớn, làm nguy hại đến vi mạch điện tử máy Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 49 [...]... 33AN 34Phím đo góc 3 5Đo góc G Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 22 Bài giảng đo đạc điện tử 37Phím đo cạnh 36 39 40Phím đo toạ độ 42S.O 43Phím đo truyền thiết kế 45K1 46Phím K1 48K2 49Phím K2 51ES 52Phím Escape C 54EN 55Phím Enter T 57M 58Phím Menu 61Phím nguồn Power 60 Lớp LĐH 2TĐ 3 8Đo khoảng cách ngang/khoảng cách nghiêng 41Vào mode đo toạ độ 44Chế độ chuyền điểm 47Phím đo nhanh 1 50Phím đo nhanh 2 53Trở... Đang tiến hành đo điện tử EDM 83- m/ft: Bật chuyển hệ mét/hệ fít; M: Hệ mét 84- : Khi đo có gương 85: Khi đo bản ngắm phản quang 86: Khi đo không gương, không bảng phản xạ Cách đo các chương trình ứng dụng cơ bản 87a Đo góc 88* Đo góc bằng và góc đứng 89Chuẩn bị thực hiện 90Thực 91Hiển thị hiện 921 Ngắm đến mục tiêu thứ 93Ngắm 94 Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 23 Bài giảng đo đạc điện tử nhất 952 Cài... trong môi trường khắc nghiệt, thao tác đơn giản, vì vậy máy toàn đạc điện tử luôn được chọn để sử dụng trong thực tế Bảng 1.5 Một số máy toàn đạc điện tử thông dụng Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 20 Bài giảng đo đạc điện tử STT Tên máy Hãng sản xuất Lớp LĐH 2TĐ Nước sản xuất Độ chính xác đo góc (”) 3 5 6 2 3 6 3 Độ chính xác đo cạnh (mm) ±(2 + 2.D.10-6) ±(3 + 2.D.10-6) ±(3 + 2.D.10-6) ±(2 + 2.D.10-6)... Trong đó: Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 19 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ - khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức năng tự động đo khoảng cách nghiên D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( hoặc đến điểm ngắm trên bề mặt phản xạ) - Khối kinh vĩ số ( DT) đơ hướng hoặc đo góc bằng, góc đứng ( góc thiên đỉnh) - khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt các phần mềm tiện ích để giải các bài toán trắc... công thức (2.4) Tuy nhiên, sử dụng phương pháp này thì tầm hoạt động của máy đo xa điện tử bị hạn chế ( khoảng 4 - 5 km) t Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình TX 11 τX t Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Hiện nay khối EDM của nhiều máy TĐ ĐT hoạt động theo phương pháp xung *Sơ đồ nguyên lý chung của máy đo xa loại xung Sóng điện từ (sóng mang) từ nguồn bức xạ (1) đi vào bộ điều biến (2) Dưới tác dụng... trước khi đo phải cài đặt hằng số gương 148Th 149Thực 150Quá trình thực ứ tự hiện hiện 1521 F3 153Ấn F3 (S/A) trong chế độ đo cạnh hoặc đo toạ độ 1552 F1 1583 Vào dữ 151Hiển thị 154 156Ấn F1 157 159Nhấn F1 (INPUT) 160 Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 26 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ liệu vào giá trị hiệu chuẩn hằng số gương Ấn F4 để xác nhận và trở về chế độ cài đặt 161* Chế độ đo cạnh -đo liên tục... tương tự như đo thủy chuẩn tự động truyền thống với mia khắc vạch (đọc số trực tiếp trên mia) Độ phó đại là 32x Tiêu điểm nhỏ nất là 1.5m Độ chính xác cài đặt phần bù là ±0.3" Độ lệch chuẩn của độ chính xác đo thủy chuẩn trên 1km đo đi và đo về nằm trong khoảng ±0.8mm tới 1.0mm Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 34 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ 4 Giao diện màn hình và một số chương trình đo trong máy... sự khác biệt, Chuyển thiết kế ra hoặc chế độ đo độ cao) BS: Mia sau FS: Mia trước Hiển thị các thuộc tính của các giá trị đo được ghi lại (Chiều cao đo lường sự khác biệt chế độ, chế độ đo độ cao) BS : Điểm sau FS : Điểm trước Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 35 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ IS : Điểm giữa FIX: Điểm cố định … : Off Hiển thị các bước đo (khi điều chỉnh được chọn trong chế độ cấu... pháp doppler Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình 14 Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Trong trắc địa vệ tinh, cần xác định một số trị đo dài có khoảng cách lớn Từ trước đến nay, thế giới đã nghiên cứu và sử dụng một số phương pháp đo khoảng cách dài, trong đó có phương pháp đo khoảng cách theo tần số doppler Trong hệ thống này, hiệu tần số doppler được sử dụng (ví dụ như hiệu pha) để đo hiệu khoảng cách... để có kết quả đo dài * Chuyển đổi qua lại các chế độ đo cạnh: đo lặp, đo đơn, đo đuổi Bấm phím trên bàn phím Nhấn phím F2 MODE để chuyển đổi qua lại các chế độ đo khác nhau: SD: [N]: Đo lặp; SD: [1]: Đo đơn; SD: [T]: Đo đuổi Trút số liệu Có thể trực tiếp trút file số liệu trong bộ nhớ máy toàn đạc sang máy tính và cũng có thể truyền số liệu dạng toạ độ và PCODE từ máy tính sang máy toàn đạc Có hai kiểu ... việc điện tử Sự cấu thành phận điện tử hệ thống điện tử Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ hướng tìm tòi theo đuổi từ lâu Nhu cầu phát minh mạch hệ thống điện tử. .. (miền chứa đầy điện tử) , miền cấm Bộ môn TĐ Cao cấp - Công trình Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ (không chứa điện tử) miền dẫn (là miền trống rỗng, có điện tử tự trở thành miền dẫn điện) Khi.. .Bài giảng đo đạc điện tử Lớp LĐH 2TĐ Hình 1.1 Thang sóng điện từ 1.2 Sóng điện từ lan truyền sóng điện từ Máy đo xa điện tử sử dụng dải sóng radio cực ngắn (máy đo xa radio) dải