ЛПС для средств измерений длины

Линейные измерения в геодезии — наиболее распространенный вид измерений. Диапазон линейных измерений весьма широк и колеблется в пределах от нескольких миллиметров до нескольких десятков километров. Погрешности линейных измерений изменяются в зависимости от производственных целей в относительной мере в пределах от 3-5*10^-3 до 0,5-1*10^-6. Технический прогресс в области линейных измерений в геодезическом производстве сейчас предопределяется развитием электромагнитных дальномеров и спутниковых приемников.

Вопросы создания и применения поверочных схем для средств измерений длины разработаны наиболее полно. В связи с большим многообразием средств линейных измерений в геодезии целесообразно выделить две их большие группы. Поверочные схемы: в диапазоне до 4 м, где применяются топографические линейки, рейки, планиметры, курвиметры, и в диапазоне до 30 км где используются дальномеры всех типов и механические средства откладывания длины (ленты, рулетки, проволоки).

Исходным эталоном в первой ЛПС используется геодезический инварный жезл длиной 1 м, обеспечивающий воспроизведение единицы длины со средней квадратической погрешностью не более 1 мкм.

Локальная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне до 30 км — наиболее сложная и разветвленная в геодезической практике; она содержит 5 ступеней и 5 ветвей.

В качестве рабочего эталона в этой ЛПС используется базисный прибор БП-1, включающий комплект из 8 инварных проволок длиной 24 м каждая, в совокупности своего применения обеспечивающие воспроизведение длины пролета с СКП в 4 мкм. Поверка инварных проволок производится на компараторе методом сличения с длиной 3-метрового геодезического жезла, периодически сличаемого с первичным эталоном длины.

 

В перспективе в эту поверочную схему может влиться спутниковая геодезическая аппаратура, с помощью которой в геодезии измеряют длины сторон и координаты. При этом двухчастотные спутниковые приемники могут выполнять в поверочной схеме двоякую функцию: рабочих средств измерений, а также эталонов — при поверке контрольных базисов 2-го и 3-го разрядов, а также электромагнитных дальномеров.

 

ГЛАВА 3.

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЕ ЭТАЛОНЫ И СРЕДСТВА ПОВЕРКИ

 

 

Геодезические компараторы

Поверочная установка, предназначенная для определения длины геодезической меры путем ее сличения с эталонной мерой длины, называется геодезическим компаратором. Существование подобных поверочных средств дало название методу поверки — сличению при помощи компаратора. Существование подобных поверочных средств дало название методу поверки — сличению при помощи компаратора. Известны несколько типов геодезических компараторов, в основу действия которых положены разные физические принципы, в связи с чем они могут быть подразделены на механические, оптико-механические, интерференционные.

Основными частями компаратора оптико-механического типа являются: полотно компаратора (основание); по нему перемещается по рельсам вдоль базиса компаратора тележка, несущая эталонную меру; столбы (опоры), на которых покоятся микроскопы для отсчитывания по шкалам мер, должны надежно изолироваться от пола помещения, по которому передвигаются во время работы наблюдатели. На компараторах, предназначенных для определения длины проволок и штриховых ленточных мер, предусматривается устройство для постоянного натяжения меры. Длина базиса компаратора измеряется последовательным суммированием длин отрезков между парой смежных микроскопов при перемещении тележки с мерой по рельсовому пути.

В механических компараторах рельсовый путь отсутствует, а вместо микроскопов применяются простейшие отсчетные приспособления — индексы либо лупы с индексом.

Основным элементом любого компаратора является эталонная мера длины (по Красовскому — нормальная мера).

Многолетними исследованиями и опытом применения рабочих мер в компараторах установлено, что на длину меры оказывают влияние следующие факторы: изменения длины под влиянием нестабильности молекулярного строения материала, из которого изготовлена мера; случайные изменения длины в результате резких колебаний температуры и механических воздействий (тряски, толчков); температурные изменения, связанные с ходом температуры в рабочем пространстве (в том числе и температурные последействия). Поскольку эталонные меры хранятся и применяются в особо благоприятных условиях, позволяющих ограничить вредно влияющие факторы, то наиболее вероятной причиной может быть изменение их длины под влиянием хода температуры в рабочем пространстве.

Известными примерами компараторов из геодезической практики служат оптико-механический компаратор МИИГАиК, малый компаратор ЦНИИГАиК, выпускаемый ЭОМЗ под шифром МК-1, и механический линейный компаратор Л К-1, разработанный специалистами ЦНИИГАиК и ЭОМЗ для поверки рулеток.

Приведем основные технические характеристики указанных типов геодезических компараторов.

Стационарный оптико-механический компаратор МИИГАиК был построен в 1926 г. под руководством проф. Ф.Н.Красовского. Компаратор расположен в полуподвальном помещении с массивными стенами, вдоль одной из которых установлены девять столбов, покоящихся на изолированном от пола фундаменте. На столбах укреплены микроскопы так, чтобы расстояние между ними составляло 3 м и их оптические оси находились в одном створе по линии базиса компаратора. Под микроскопами по рельсам, находящимся на столбах, в тележке передвигается 3-метровый геодезический жезл. Микроскопы снабжены винтовыми микрометрами с барабаном по 100 делений, цена одного деления равна 1 мкм. Инварные проволоки при их компарировании подвешивают на блоках, укрепленных в кронштейнах. Натяжение проволок осуществляется теми же гирями 10 кг, которые используются для работы в полевых условиях. Перед измерением длины проволок компаратор юстируют, после чего определяют цену деления барабанов микроскоп-микрометров. Процесс компарирования проволок включает до 6-ти приемов измерений, выполняемых в течение нескольких дней.

 

Наименование, характеристики	Компаратор
МИИГАиК	МК-1	ЛК-1
Длина базиса, м
Длина эталонной меры, м
Шаг компарирования, м			0,001 ±10
Тип отсчетного приспособления	микроскоп-микрометр	микроскоп-микрометр	Лупа с индексом
Количество отсчет-ных приспособлений
Цена деления шкалы микроскопа, мкм			-
Масса груза для натяжения рабочей меры, кг		-
СКП компарирова-ния рабочей меры, мм	0,010-0,015	0,030	0,3

 

 

Отдельный прием состоит из следующих этапов: измерения длины компаратора эталонной мерой в прямом и обратном ходах; измерения длины компаратора проволоками в прямом ходе; измерения проволоками в обратном ходе; повторного измерения длины компаратора эталонной мерой. С помощью компаратора МИИГАиК выполнен большой объем поверочных работ для инварных проволок любой длины от 1 до 24 м инварных реек.

Для высокоточных измерений находят применение интерференционные компараторы, принцип действия которых основан на физическом явлении интерференции световых волн. При этом компарирование меры можно произвести либо путем непосредственного сличения с длиной волны излучения, используемого в интерферометре, либо сличением с эталонной мерой, длина которой определяется интерференционным методом.

Интерференционные компараторы позволяют определять длину рабочих мер и в полевых условиях, что наряду с повышением точности за счет использования когерентной структуры излучения дает преимущество, связанное с оценкой реальной длины меры непосредственно в тех условиях, при которых применяют рабочую меру. Кроме того, в конструкции интерференционного компаратора можно предусмотреть автоматизацию процедур отсчитываиия по мерам и обработки результатов.

Полевой интерференционный компаратор (ПИК) для инварных проволок, разработанный советскими учеными И.О.Шварцем и Г.В.Варлихом и затем усовершенствованный под шифром ПИК-2 в 1948 г. Г.Г.Гордоном и В.М.Назаровым (ЦНИИГАиК), позволяет оце­нивать длину инварных 24-метровых проволок с погрешностью не более 1 мкм. Работа компаратора основана на принципе интерференции белого света, получаемой при многократном отражении от зеркал, что создает эффект оптического умножения, позволяющий по малой исходной мере получить увеличение длины. В ПИК-2 исходная мера в 1,2 м в два этапа доводилась до 24 м.

Погрешность измерений базиса длиной 864 м, выполненных в 50-х гг. финским геодезистом И.Вяйселе, оказалась на уровне 1*10^-7. На интерферометре Вяйселе исходная мера 1 м увеличивается оптическим путем до 6 м, полученная длина повторно умножается на 4 и доводится до 24 м.

В качестве геодезического компаратора может служить полевой линейный базис, закрепленный пунктами, стабильность которых сохраняется в процессе сличения поверяемого СИ с выбранной эталонной мерой.