Hiện nay trong sản xuất trắc địa đã ứng dụng rất phổ biến các loại máy đo dài bằng sóng điện từ để đo chiều dài. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên cơ sở xác định thời gian truyền sóng điện từ trên khoảng cách cần đo. ở một đầu của cạnh đo người ta đặt máy đo dài có chức năng thu phát tín hiệu, ở đầu kia đặt bộ phản xạ tín hiệu gương phản xạ (hình 5.13). Như vậy, sóng điện từ đ- ược phát đi từ máy phát, sau khi phản xạ và quay trở lại đã đi trên một quãng đường bằng hai lần khoảng cách cần đo (lần đi và lần quay trở lại).
Hình 5.13. Nguyên lý hoạt động của máy đo dài điện tử
Khoảng cách D cần đo có thể được xác định theo công thức:
Trong đó v - là tốc độ truyền sóng điện từ trong khí quyển;
ι - là thời gian truyền sóng điện từ trên hai lần khoảng cách cần đo.
Tốc độ truyền sóng điện từ trong khí quyển được xác định theo công thức:
2 .τ
v D =
Các dải tần của sóng điện từ phù hợp cho đo khoảng cách là dải tần của sóng ánh sáng trong các máy đo dài ánh sáng và dải tần của sóng vô tuyến cực ngắn (sóng centimét) trong các máy đo dài radiô.
Thông thường, các sóng ánh sáng (hồng ngoại và tử ngoại) dễ tập trung thành một chùm tia hẹp, nhưng lại bị yếu đi rất nhanh khi gặp các lớp sương mù, màn khói... và lại đòi hỏi phải có tầm nhìn thông suốt giữa hai đầu cạnh đo. Các sóng vô tuyến không đòi hỏi phải có tầm nhìn thông suốt giữa hai điểm đầu cạnh đo, có thể đo trong mọi điều kiện thời tiết nhưng lại không tạo ra một giải hẹp, do đó cũng có một số nhược điểm đáng quan tâm như dễ bị phản xạ bởi bề mặt địa hình.
Hiện nay, các máy đo dài điện tử được chia thành hai nhóm chính dựa vào đặc tính lan truyền sóng điện từ của tín hiệu sóng tải đo.
Nhóm thứ nhất gọi là các máy đo dài sóng ngắn ( Microwave EDM ), sử dụng các sóng có bước sóng λ0 cỡ 3 cm. Trong nhóm này chỉ có loại máy Tellurometer Model MRA-4 là sử dụng tín hiệu có bước sóng λ0 = 8 mm. Nhóm thứ hai là các máy đo dài quang điện, sử dụng tín hiệu ở bước sóng gần với hồng ngoại làm tín hiệu đo. Trong nhóm này người ta sử dụng các thiết bị tạo laser helium-neon (He-Ne) với bước sóng λ0 = 0,63µm hoặc với diot Galium-Arsenide (Ga-As) để tạo ra tia nhìn thấy có bước sóng λ0 = 0,9µm. Chỉ có thiết bị đo Mekometer sử dụng nguồn tia khác đó là ánh sáng Xenon được tạo ra với bước sóng λ0 cỡ 0,43µm.
Nói chung các máy sử dụng tín hiệu với bước sóng càng ngắn thì có độ chính xác đo càng cao. Vì thế các máy đo dài sóng ngắn có độ chính xác thấp hơn các máy đo dài quang điện. Nhưng ngược lại các tín hiệu có bước sóng dài hơn lại có độ xuyên tốt hơn trong môi trường sương mù, chính vì thế các máy đo dài sóng ngắn được sử dụng để đo khoảng cách dài trong điều kiện khí tượng xấu, còn các máy đo dài quang điện được sử dụng trong điều kiện nhìn thấy giữa các điểm đo tốt với yêu cầu độ chính xác cao hơn.
Các máy sử dụng tia hồng ngoại có đặc điểm chung là do tia sáng rất yếu nên chiều dài tối đa đo được thường ngắn hơn các máy khác, thường chỉ trong khoảng 1 đến 3 km tuỳ thuộc vào chủng loại, ngoại trừ thiết bị hồng ngoại đã dùng cho máy toàn đạc điện tử HP-3820.
Tất cả các thiết bị đo dài điện tử dùng trong trắc địa đều sử dụng tia bức xạ điều biến để đo khoảng cách. Bước sóng của tín hiệu điều biến được gọi là bước sóng chuẩn (pattern wavelength), được coi như là đơn vị để đo khoảng cách. Các máy khác nhau sử dụng các bước sóng chuẩn khác nhau, có chiều
dài từ vài mét đến 40 mét tuỳ thuộc vào loại máy, loại trừ máy Mekometer đã sử dụng bước sóng λ = 60 cm.
Tất cả các máy đo dài điện tử đều có nguyên tắc đo khoảng cách như nhau là: Tín hiệu điều biến được phát đi từ một đầu của khoảng cách đo và phản xạ trở lại ởđầu kia. Hiệu số pha giữa tín hiệu phát và tín hiệu phản hồi được đo bằng thiết bịđo hiệu pha của máy đo dài (transmitting instrument).
Nếu biết được chính xác số nguyên lần m nửa bước sóng trong khoảng cách đo thì hiệu pha sẽ bằng không. Trong mọi trường hợp hiệu số trong pha được chuyển thành một phần nhỏ U của nửa bước sóng và được thể hiện bằng đơn vị chiều dài.
Khoảng cách giữa máy phát và gương phản xạ được thể hiện bởi công thức: S = U + (4.20 )
Để nhận được giá trị m thì việc đo đạc phải được thực hiện lặp lại với hai hoặc nhiều bước sóng khác.
2 .λ
Chương 6. Đo độ cao
