ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ 2017 câu1. nguyên lý cấu tạo của máy thủy chuẩn điện tử ?so sánh máy thủy chuẩn điện tử vớí máy thủy chuẩn quang hoc. a. nguyên lý cấu tạo của máy thủy chuẩn điện tử. Nhìn chung, hệ thống máy thuỷ chuẩn điện tử gồm 3 phần Phần 1: Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bidirectional Code) Mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều. Phần 2: Hệ thống ống kính: Giống như ống kính của máy thuỷ chuẩn thông thường. Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân chia ánh sáng, kính mắt... Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu điện của máy thuỷ chuẩn kỹ thuật số. Trong đó, quan trọng là bộ cảm biến CCD (Charge Couple Device) biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. 1 so sánh máy thủy chuẩn điện tử vớí máy thủy chuẩn quang hoc. + Giống nhau: Máy thủy chuẩn chủ yếu để xác định độ chênh giữa các điểm. Máy được sử dụng trong lĩnh vực trắc địa, khảo sát, xây dựng. Máy được phân theo độ chính xác và loại máy. Hai máy thủy chuẩn này đều có thể sử dụng mia mã vạch Invar đối với máy có độ chính xác cao. Cấu tạo gồm 3 bộ phận chính. + Khác nhau: Nội dung Máy thủy chuẩn điện tử Máy thủy chuẩn quang học Cấu tạo máy thủy chuẩn Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bidirectional Code) Mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều. Hệ thống ống kính: Giống như ống kính của máy thuỷ chuẩn thông thường. Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân chia ánh sáng, kính mắt.. Bộ phận xử lý tín hiệu điện của máy thuỷ chuẩn kỹ thuật số. Trong đó, quan trọng là bộ cảm biến CCD (Charge Couple Device) biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện. Gồm 3 bộ phận chính bao gồm: Ống kính gồm có: vật kính, thị kính, ống điều quang, kính điều quang Ống thủy gồm có: ống thủy tròn dùng để cân máy sơ bộ, ống thủy dài dùng để cân máy chính xác. Đế máy gồm có: các ốc cân, ốc hãm, ốc vi đông và ốc điều chỉnh Nguyên lý hoạt động Máy thủy chuẩn tự động có khả năng tự cân bằng trục ngăm. Hoạt động được khi đảm bảo đủ điều kiện là: bộ mã vạch trên mia. Hình ảnh đọc được sẽ chuyển hóa thành dữ liệu dạng số nhờ bộ cảm biến hình ảnh. Thông tin dạng số được xử lí hiển thị hoặc lưu trữ trong máy tính thông qua bộ xử lí trung tâm CPU. Phải dùng tay để cân bằng trục ngắm. Dùng mắt thường thực hiện việc ngắm và đo đạc, sau đó đọc các số liệu đo được trên mia của thiết bị. Ghi chép vào sổ và tính toán dựa vào các số liệu đã thu thập được. Độ chính xác Đạt được đcx cao Thấp Sử dụng mia Mia mã vạch thường Mia thường (gỗ, nhôm)
ĐO ĐẠC ĐIỆN TỬ 2017 câu1 nguyên lý cấu tạo máy thủy chuẩn điện tử ?so sánh máy thủy chuẩn điện tử vớí máy thủy chuẩn quang hoc a nguyên lý cấu tạo máy thủy chuẩn điện tử Nhìn chung, hệ thống máy thuỷ chuẩn điện tử gồm phần Phần 1: Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bi-directional Code) Mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều Phần 2: Hệ thống ống kính: Giống ống kính máy thuỷ chuẩn thông thường Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân chia ánh sáng, kính mắt Phần 3: Bộ phận xử lý tín hiệu điện máy thuỷ chuẩn kỹ thuật số Trong đó, quan trọng cảm biến CCD (Charge Couple Device) biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện 1* so sánh máy thủy chuẩn điện tử vớí máy thủy chuẩn quang hoc + Giống nhau: - Máy thủy chuẩn chủ yếu để xác định độ chênh điểm Máy sử dụng lĩnh vực trắc địa, khảo sát, xây dựng Máy phân theo độ xác loại máy Hai máy thủy chuẩn sử dụng mia mã vạch Invar máy có độ xác cao Cấu tạo gồm phận + Khác nhau: Nội dung Cấu tạo máy thủy chuẩn Máy thủy chuẩn điện tử - Mia mã vạch Sokkia RAB ( Random Bi-directional Code) Mã định hướng ngẫu nhiên hai chiều - Hệ thống ống kính: Giống ống kính máy thuỷ chuẩn thông thường Gồm có kính vật, kính điều quang, hệ thống lăng kính phân chia ánh sáng, kính mắt -Bộ phận xử lý tín hiệu điện máy thuỷ chuẩn kỹ thuật số Máy thủy chuẩn quang học Gồm phận bao gồm: - Ống kính gồm có: vật kính, thị kính, ống điều quang, kính điều quang - Ống thủy gồm có: ống thủy tròn dùng để cân máy sơ bộ, ống thủy dài dùng để cân máy xác Nguyên lý hoạt động Độ xác Sử dụng mia Trong đó, quan trọng cảm biến CCD (Charge Couple Device) biến tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện - Đế máy gồm có: ốc cân, ốc hãm, ốc vi đông ốc điều chỉnh Máy thủy chuẩn tự động có khả tự cân trục ngăm Hoạt động đảm bảo đủ điều kiện là: mã vạch mia Hình ảnh đọc chuyển hóa thành liệu dạng số nhờ cảm biến hình ảnh Thông tin dạng số xử lí hiển thị lưu trữ máy tính thông qua xử lí trung tâm CPU Đạt đcx cao Mia mã vạch thường Phải dùng tay để cân trục ngắm Dùng mắt thường thực việc ngắm đo đạc, sau đọc số liệu đo mia thiết bị Ghi chép vào sổ tính toán dựa vào số liệu thu thập Thấp Mia thường (gỗ, nhôm) câu2 nguyên lý cấu tạo máy toàn đạc điện tử ?so sánh máy toàn đạc điện tử với kinh vĩ quang học a Nguyên lý cấu tạo máy TĐĐT Hình thức máy TĐ ĐT giống máy kinh vĩ quang học thông thường, có nghĩa có phận ống kính, định tâm cân bằng, ốc khóa, ốc vi động… Tuy nhiên cấu tạo bên khác máy kinh vĩ thông thường nhiều Có thể tóm lại thiết bị TĐ ĐT gồm có ba khối hình vẽ Trong đó: - khối 1: đo khoảng cách điện tử EDM, có chức tự động đo khoảng cách nghiêng D từ tâm máy đến tâm gương phản xạ ( đến điểm ngắm bề mặt phản xạ) - Khối kinh vĩ số ( DT) đo hướng đo góc bằng, góc đứng ( góc thiên đỉnh) - khối vi xử lý trung tâm 3: cài đặt phần mềm tiện ích để giải toán trắc địa Dựa vào liệu đo khối EDM DT với liệu khác tọa độ điểm gốc, độ cao điểm đặt máy, chiều cao máy, chiều cao gương yếu tố hiệu chỉnh vào kết đo nhiệt độ, áp suất… CPU giải toán xác định tọa độ độ cao điểm chi tiết Ngoài có chức quản lý liệu, giao tiếp với máy tính nhờ trợ giúp phần mềm chuyên dụng Gương phản xạ: nhận phản xạ tín hiệu b so sánh máy toàn đạc điện tử với kinh vĩ quang học 2* so sánh máy toàn đạc điện tử với kinh vĩ quang học * Giống nhau: - Được dùng xây dựng đo đạc, để đo chiều dài, đo góc bằng, đo góc đứng độ chênh lệch theo phương pháp đo cao lượng giác - Đo vẽ đồ địa hình, địa chính, bố trí điểm - Cấu tạo có: tay cầm, núm điều quang, ống ngắm, ốc vi động, đế máy * Khác Nội dung Cấu tạo Máy kinh vĩ quang -Các phận máy kinh vĩ có cấu tạo chung gồm phần trục chính, trục phụ, trục ngắm phận đọc số -Với phận ngắm hay gọi ống kính ngắm gồm kính vật, kính mắt, ốc điều chỉnh Còn phần đọc số gồm có kính hiển vi đọc số Sau phận cân kiểu ống bọt nước (tròn, dài) Ngoài bỏ qua ốc hãm ốc vi động Máy toàn đạc điện tử Máy toàn đạc điện tử tích hợp máy kinh vĩ điện tử máy đo dài Máy toàn đạc điện tử cấu tạo từ 11 phận có liên hệ chặt chẽ ảnh hưởng trực tiếp đến khả hoạt động máy Giống với phận máy quang máy toàn đạc điện tự có thêm phận: Màn hiển thị bàn phím, Núm bấm tháo pin Nguyên lý hoạt động Sai số Chức Theo phương pháp đo cao lượng giác dựa vào mối tương quan hàm lượng giác tam giác tạo tia ngắm nghiêng, khoảng cách điểm cấn xác định Hoạt động dựa nguyên lý đo xa thực phương thức: đầu đặt phận thu phát điểm đặt máy toàn đạc điện tử đầu hệ thống phản hồi tín hiệu gương Bộ phận phát tín hiệu phát tín hiệu phía hệ thống phản hồi, hệ thống phản hồi phản hồi lại hệ thống thu máy Lớn Nhỏ - Ngoài công tác đo góc cạnh , - Đo góc: Máy kinh vĩ quang khoảng cách máy toàn đạc học đo góc đứng góc điện tử sử dụng khảo sát thi công, thi công trình xây dựng, giao thông vận tải - Đo đạc nhanh chóng - Đo khoảng cách: Máy kết hợp với mia đo khoảng cách cao câu nguyên lý chung đo khoảng cách sóng điện từ 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 τ Trong thực tế để xác định khoảng thời gian , 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 với m τ τ nhỏ phải xác định 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 hồi (trong máy đo xa dùng “quang tuyến chuẩn Do” nội máy tín hiệu truyền qua Do tín hiệu đo) Như vậy, hai thành phần tạo tín hiệu khác chúng truyền qua hai quãng đường khác Do 2D, nghĩa độ chênh lệch cần đo hàm số hiệu (2D Do) có chứa khoảng cách D cần tìm Như nói, việc chọn tham số để tiến hành so sánh tín hiệu gốc tín hiệu phản hồi xác định phương pháp đo khoảng cách Có ba phương pháp chủ yếu là: phương pháp thời gian (phương pháp xung), phương pháp tần số phương pháp pha câu nội dung phuong pháp xung đo khoảng cách Bản chất phương pháp xung quan hệ khoảng cách D với số lượng xung phát m khoảng thời gian hai thời điểm phát (tp) thu (tt) Giả sử số lượng xung đếm m Chu kỳ xung T X tỷ lệ nghich với tần số f nên thời gian lan truyền xung khoảng cách 2D là: τ D = m.TX = m f (2.3) Thay vào (2.1) ta có: D= v m 2f Để tiện cho việc tính toán thiết kế người ta chọn f = v/2 nên số xung đếm trị số khoảng cách D cần xác định D= v v m = m = m 2f v (2.4) Do phát triển kỹ thuật điện tử nên khối EDM loại xung có hai dạng Trước sử dụng xung điều biến dùng đồng hồ thạch anh, đồng hồ nguyên tử, τ ống tia điện tử để đo khoang thời gian Sau kỹ thuật điện tử tạo xung σ = τX TX τX laser có độ dài hẹp, chu kỳ TX lớn độ rỗng lớn, đồng thời dùng khóa điện tử đếm xung khoảng cách D xác định theo công thức (2.4) Tuy nhiên, sử dụng phương pháp tầm hoạt động máy đo xa điện tử bị hạn chế ( khoảng - km) E t TX τX t Hiện khối EDM nhiều máy TĐ ĐT hoạt động theo phương pháp xung *Sơ đồ nguyên lý chung máy đo xa loại xung Sóng điện từ (sóng mang) từ nguồn xạ (1) vào điều biến (2) Dưới tác dụng xung điều biến biến thành xung điều biên điều tần Trong xung làm điều biến lấy từ tạo xung (3) (3) kết trình chuyển hóa từ dao động hình sin có tần số ổn định cao tạo phát sóng cao tần thạch anh (4) Xung (2) qua phát tín hiệu (5) truyền đến phản xạ (6) quay (7) xung điện từ điều biên tương ứng Trong trình đo thời gian (8) đếm thời gian từ lúc phát xung làm điều biến thu tín hiệu đếm khoảng thời gian câu câu tạo máy thu gps * 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 tần số radio (RF) Bộ vi xử lý Bộ nguồn Thiết bị ghi 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 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 lại sử dụng để xử lý Hiệu số (f1 - 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 câu nội dung thiêt bị phát quang học lượng tử laser ngoại khí hene máy đo xa Laser khí He-Ne 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) 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) 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; 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…