Русский   English
ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Вступ

Розвиток і вдосконалення оптичних і оптико-електронних приладів для вимірювання перевищень, зростаючі вимоги до їх точності і надійності, а також автоматизація процесу вимірів, призводить до необхідності створення нових методів і засобів випробувань з метою повірки цифрових нівелірів.

Так чому ж саме повірка, а не калібрування?

Перш ніж пояснити відміну повірки від калібрування, посилаючись на Закон РФ "Про забезпечення єдності вимірювань", [1] доцільно дати роз'яснення на визначення, що таке "засіб вимірювань"?

Засіб вимірювань - технічний засіб, призначений для вимірювань і має нормовані метрологічні характеристики; калібрування засоби вимірювань - сукупність операцій, що встановлюють співвідношення між значенням величини, отриманим за допомогою даного засобу вимірювань, і відповідним значенням величини, певним за допомогою еталона, з метою визначення дійсних значень метрологічних характеристик засобу вимірювань і (або) придатності до застосування засоби вимірювань, що не що підлягає державному метрологічному нагляду; повірка засобу вимірювання - сукупність операцій, які виконуються державною метрологічною службою або іншими акредитованими юридичними особами з метою визначення та підтвердження відповідності засобу вимірювань встановленим технічним і метрологічним вимогам.

На перший погляд, калібрування аналогічна перевірці. Для калібрування вимірювальних приладів також використовуються методичні програми та еталонні зразки, за допомогою яких виконується цілий ряд операцій по визначенню дійсних значень метрологічних характеристик засобів вимірювальної техніки, іншими словами, встановлюється, точно або неточно показує прилад, в тому числі значення його похибки при вимірюванні. Калібрування проводиться на приладах, на які державне регулювання у сфері забезпечення єдності вимірювань не поширюється. Наприклад, особистий вимірювальний прилад користувач може не довіряти і не калібрувати (в той же час це в будь-якому випадку робить завод-виготовлювач). Однак, якщо цей прилад використовується на виробництві під час технологічного процесу, то необхідна його обов'язкова перевірка. згідно НАКАЗ Держстандарту РФ від 24.04.95 N 54 "Про введення РОСІЙСЬКОЇ СИСТЕМИ КАЛІБРУВАННЯ" [2]. Калібрування засобів вимірювальної техніки. Організація і порядок проведення ", калібрування піддаються кошти вимірів, не призначені для застосування при вимірах з сфери державного метрологічного контролю. Калібрування засобів вимірювальної техніки, що виконується для власних підрозділів, проводиться калібрувальними лабораторіями юридичних осіб - виробників, користувачів засобів вимірювальної техніки, що мають кваліфікованих фахівців з відповідних видів вимірювань.

Калібрувальні лабораторії, в добровільному порядку акредитовані в області оцінки відповідності на проведення калібрування засобів вимірювальної техніки відповідно до ДСТУ ISO / IEC 17025-2009 "Загальні вимоги до компетентності випробувальних та калібрувальних лабораторій" [3], можуть здійснювати калібрування на договірній основі для сторонніх організацій. Результати калібрування засобів вимірювальної техніки засвідчуються калібрувальним знаком, що наноситься на засоби вимірювань або сертифікатом про калібрування, в якому в обов'язковому порядку зазначаються дійсні значення метрологічних характеристик, а також записом в експлуатаційних документах. А ось результатом перевірки є сертифікат про повірку і / або клеймо, нанесене на прилад Наказом Мінпромторг РОСІЇ від 2 липня 2015 р N 1815 [4]. З цього випливає, що без наявності свідоцтва про затвердження типу (метрологічного сертифікату) виконання повірки неможливо, а ось до калібрування це не относітся.ПРІКАЗ Держстандарту РФ від 24.04.95 N 54 "Про введення РОСІЙСЬКОЇ СИСТЕМИ КАЛІБРУВАННЯ" [2]. Калібрування засобів вимірювальної техніки. Організація і порядок проведення ", калібрування піддаються кошти вимірів, не призначені для застосування при вимірах з сфери державного метрологічного контролю. Калібрування засобів вимірювальної техніки, що виконується для власних підрозділів, проводиться калібрувальними лабораторіями юридичних осіб - виробників, користувачів засобів вимірювальної техніки, що мають кваліфікованих фахівців з відповідних видів вимірювань.

(Анімація: 4 кадрів, 9 циклів, 56кб)

Повірка - це перевірка відповідності певним стандартам. Калібрування - це приведення до певних стандартів.

Повірка - обов'язкова процедура. Калібрування - процедура добровільна і необов'язкова.

Калібрування частково замінила раніше існуючу метрологічну атестацію і відомчу перевірку вимірювальних приладів.

Технічні процедури калібрування і повірки абсолютно тотожні і зводяться до визначення похибки засобу вимірювання з використанням еталона, тому за кордоном замість терміна "verification" (поверка) частіше використовується термін "legal calibration".

Розробка сучасних еталонних засобів вимірювань (СІ) спрямована на забезпечення єдності вимірювань, скорочення часу випробувань, підвищення їх точності і надійності результатів, оперативну обробку отриманих даних.

Методологія перевірок високоточних приладів для вимірювання перевищень тахеометрами і нівелірами регламентується низкою спеціально розроблених стандартів [5, 6, 7 і 8], що встановлюють основні метрологічні характеристики (МХ). Ця документація розрахована в основному для оптичних приладів, перевірочні схеми оптико-електронних пристроїв детально не розроблені.

У зв'язку з цим актуальним є розробка нових методів і засобів повірки сучасних оптико-електронних і цифрових геодезичних приладів.

1. Актуальність теми

В даний час в області геодезичних вимірювань відбувається перехід від оптичних методів вимірювань до оптико-електронних. При цьому розвиток і вдосконалення оптико-електронних приладів для вимірювання перевищень, підвищення їх точності, надійності і ступеня автоматизації призводять до необхідності створення нових методів і засобів контролю їх метрологічних характеристик. Це, в свою чергу, вимагає розробки нових технологій і засобів їх метрологічної повірки. Цією актуальній задачі і присвячена дана наукова робота.

Загалом, розробка сучасних еталонних засобів в метрології спрямована на забезпечення єдності вимірювань, скорочення часу випробувань, підвищення їх точності і надійності, оперативну обробку отриманих даних.

Методологія перевірок цифрових нівелірів регламентується низкою спеціально розроблених стандартів, що встановлюють основні метрологічні характеристики. Ця документація розрахована в основному для оптичних нівелірів, а перевірочні схеми цифрових нівелірів слабо відпрацьовані.

Отже, завдання створення універсальної методики для метрологічних досліджень сучасних цифрових нівелірів, яка буде на даний момент актуальною.

2. Мета і завдання дослідження, плановані результати

Метою даної роботи є аналіз існуючих методів і засобів дослідження, повірки цифрових нівелірів, а також розробити методи для визначення основних метрологічних характеристик цифрових нівелірів.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

Об'єкт дослідження: цифровий нівелір.

Предмет дослідження: методика метрологічної атестації системи "цифровий нівелір - штрих-кодова рейка".

методи досліджень: Методика дослідження включає в себе аналіз літературних джерел, виконання теоретичних і практичних досліджень та експериментальної перевірки достовірності цих результатів.

3.Метод повірки системи "нівелір - рейка"

Основний метрологічної похибкою нівеліра є середня квадратична похибка вимірювань перевищень на 1 км нивелирного (подвійного) ходу. Шляхи її отримання є дуже трудомісткими, і отримання чисто інструментальної похибки нівелювання неможливо. Для вирішення цього завдання були розроблені і досліджені методи і засоби повірки системи "нівелір-рейка". Буде представлено три методи повірки: дослідження за допомогою растрового вимірювального перетворювача; дослідження на компараторе; дослідження з використанням кінцевих мір довжини.

3.1 Метод дослідження системи "нівелір - рейка" за допомогою растрового вимірювального перетворювача

Для отримання інструментальних похибок системи "нівелір - рейка" розроблений метод з використанням вертикального стенду. Методика дослідження представлена на рис. 1.

В якості еталонного засобу, при перевірці запропоновано використовувати растровий вимірювальний перетворювач, похибка вимірювання якого не перевищує 3 мкм. Досліджуваний нівелір встановлюється на рухому каретку спільно з растровим перетворювачем. Нівеліри можуть бути, як цифрові, так і оптичні. Відповідно до досліджуваним нівеліром вибирається рейка зі штрих-кодом або з оцифрованої шкалою. Рейка встановлюється на нерухомий столик і приводиться в апломб за допомогою круглого накладного рівня і підйомних гвинтів столика. Відстань до рейки вибирається відповідно до того, яке прийнято для нівелювання того класу, для якого призначений випробуваний (Вивірений) прилад.

Методика проведення повірки полягає в вимірі однакових значень за допомогою растрового вимірювального перетворювача і нівеліра по рейці.

Принципова схема повірки системи

Рисунок 1 – Принципова схема повірки системи "нівеліра-рейка"

При проведенні кповеркі можна застосовувати альтернативне еталонне засіб - лазерний інтерферометр (точність 1 мкм + 1ррш). Для цього відбивач інтерферометра закріплюється спільно з нівеліром і вимірювальним перетворювачем. На рис. 2 представлена схема проведення повірки системи "нівелір - рейка".

У момент проведення дослідження відліки по нівеліру, інтерферометра і датчику вимірювального перетворювача беруться одночасно і потім порівнюються. Відбивач інтерферометра і нівелір повинні переміщатися спільно з растровим вимірювальним перетворювачем уздовж заходи (рис.5 (а)). За еталонне перевищення можна прийняти, як значення, виміряне растрових вимірювальним перетворювачем, так і значення, виміряне інтерферометром. Еталонне перевищення порівнюється з перевищенням, виміряним нівеліром по рейці.

Схема поверки системы

Рисунок 2 – Схема повірки системи "нівелір - рейка", а) коли нівелір переміщається уздовж растрової заходи, б) коли рейка переміщається уздовж растрової заходи: 1-досліджуваний нівелір, 2-лазерний інтерферометр, 3-розвертає блок інтерферометра, 4-відбивач інтерферометра, 5 растровий вимірювальний перетворювач, 6-скляна растрова міра, 7 нівелірна рейка.

Необхідно відзначити ще один момент: нівелір і рейка в даній методиці можуть бути змінені місцями, і вже рейка буде, переміщається уздовж растрової заходи, а нівелір слід встановити не рухомо рис. 2 (6). 5 растровий вимірювальний перетворювач, 6-скляна растрова міра, 7 нівелірна рейка.

Переваги запропонованого методу очевидні: більш повно виявляються інструментальні похибки системи "нівелір - рейка"; зменшуються, і до того ж дуже різко, витрати на переходи з точки на точку спостерігача і реєчник.

Розроблений метод дозволяє отримати інструментальну похибку системи "нівелір - рейка". Для поділу похибок окремо нівеліра і окремо рейки, слід еталонують нівелірну рейку (наприклад, на компараторе). І потім врахувати похибка рейки.

3.2 Метод дослідження системи "нівелір - рейка" на компараторе

Метод повірки системи "нівелір - рейка" ґрунтується, як і в попередньому пункті, на Компарування або порівняння. Для проведення перевірки використовується два еталонних засобів вимірювання перевищень. Це лазерний інтерферометр і інварними жезл.

Головна відмінність методу полягає в тому що, переміщення рейки і еталонного жезла здійснюється в горизонтальному положенні по напрямних рейках на рухомому візку. Основою даного методу є суттєво вдосконалений оптико-механічний компаратор МІІГАіК рис. 3. На ізольованих "малих" фундаментах з інтервалом в 1 м. закріплені рейки, виставлені в горизонт і по азимуту. На рейках встановлена ??рухома каретка. На "великих" фундаментах, розташованих за рейковим шляхом, закріплена напрямна довжиною 3,5м, на якій розташовуються мікроскопи, що мають можливість переміщення по цій направляючої. Направляюча з мікроскопами розташовується над рейковим шляхом.

Принципиальная схема стенда

Рисунок 3 – Принципова схема стенда: 1-каретка, 2-інварними жезл, 3 напрямні рейки, 4-нівелірна рейка, 5-мікроскоп, 6-дзеркало, 7 напрямна, 8-нівелір, 9-кутовий відбивач, 10-блок опорного каналу інтерферометра , 7 интерферометр, 12-бетонну основу.

На відстані 25м. у напрямку рейок, на бетонній основі встановлюється нівелір; з іншого боку - лазерний інтерферометр і блок опорного каналу, для вимірювання інтерферометром на рухомий каретці закріплений кутовий відбивач. Для розвороту зображення рейки на направляючої закріплено похиле дзеркало, яке має можливість юстування. Для проведення вимірювань на каретку одночасно або по черзі встановлюються інварними жезл і досліджувана рейка. Вимірювання проводяться при постійній температурі і тиску. Якщо за еталонне засіб приймається тільки інварними жезл, то температура вимірюється з точністю близько 0,1 ° С. При використанні інтерферометра, як правило, параметри навколишнього середовища беруться з датчиків інтерферометра. Перед проведенням досліджень компаратор ретельно юстіруют.

Як і в попередньому дослідженні, розроблений метод дозволяє виявити длінноперіодіческіе і залишкові похибки вимірювання перевищень, але не дозволяє в повній мірі оцінити короткопериодические похибки. Це пов'язано з обмеженістю завдання мінімального перевищення ціною поділки рейки. Але якщо еталонні перевищення задавати інтерферометром, то виявлення короткоперіодичної похибки вимірювання перевищення системи "нівелір - рейка" стає можливим (рис. 4).

Результати дослідження, як і в попередньому методі, можуть бути представлені як поверочниечние графіки і таблиці. Метод дозволяє виявити інструментальну похибку системи "нівелір - рейка".

Принципова схема повірки системи

Рисунок 4 – Принципова схема повірки системи "нівелір - рейка"

У методі існує можливість еталонірованія рейок, як за допомогою інварного жезла, так і за допомогою лазерного інтерферометра. Цей метод дозволяє досліджувати оптичні і цифрові нівеліри спільно з рейками і окремо рейки з цифровими шкалами і рейки зі штрих-кодом.

3.3Метод дослідження системи "нівелір - рейка" з використанням кінцевих мір довжини

Метод заснований на порівняння еталонних перевищень, що задаються за допомогою кінцевих мір довжини, з виміряними перевищеннями нівеліром по рейці. Для зміни висоти точки в розробленому методі використовуються кінцеві міри довжини II розряду (КМД), похибка розміру яких не перевищує 0,4 мкм. [16]. Еталонні перевищення задаються в діапазоні від 0 мм. до 200мм., з кроком від 0,2 мм. до 10мм, що дозволяє виявити короткопериодические похибки на окремій ділянці рейки. Таким чином, існує можливість досліджувати короткоперіодичних похибка системи "нівелір - рейка" на всій довжині рейки.

Для виконання дослідження нівелір встановлюється на жорстку основу, на обраному відстані встановлюється горизонтальний столик з відшліфованою поверхнею. На столик по черзі встановлюються і притираються КМД різної висоти, на заходи ставиться нівелірна рейка з накладним рівнем. При установці різних КМД і рейки на них, знімається відлік по нівеліру. Результатом перевірки є графіки похибки вимірювання висоти КМД.

Пропонований метод з використанням кінцевих мір довжини на відміну від інших методів, які мають межу зміни відстані між нівеліром і рейкою (наприклад, метод з використанням лазерного інтерферометра <40 м), є більш функціональним, так як дозволяє виробляти дослідження на великих відстанях між нівеліром і рейкою. А також метод дозволяє проводити випробування, як в лабораторії, так і в польових умовах.

Висновки

Основний акцент був зроблений на аналіз існуючих методів і засобів повірки цифрових нівелірів.

При аналізі основних методів і засобів метрологічного дослідження геодезичних приладів розглянуто ряд нормативно-технічних документів (ГОСТи, інструкції і т.д.), що регламентують проведення досліджень і перевірок приладів для вимірювання перевищень.

За результатами проведеного аналізу методів і засобів повірки геодезичних приладів для вимірювання перевищень, таких як нівелір - рейка можна зробити наступні висновки. Існує дві основних методики повірки системи нівелір рейка. Перша це перевірка на висотному базисі з відомими (еталонними) перевищеннями, і друга це перевірка на інтерференційному компараторе. Так само слід зазначити, що існують методики для повірки нівелірних рейок без залучення нівеліра.

Дослідження сучасних геодезичних приладів показали, що точність вимірювання цифровими нівелірами визначається як похибками самого нівеліра, так і якістю штрих-кодових рейок. Це означає, що код, нанесений на рейку, повинен якомога точніше збігатися зі своєю теоретичною моделлю. На відміну від звичайних нівелірних рейок, де за кожним штрихом шкали закріплена певна лінійна міра, візуальне отсчітиваніе по штрих-кодовою рейках неможливо.

Список джерел

  1. Закон РФ "Об обеспечении единства измерений".
  2. ПРИКАЗ Госстандарта РФ от 24.04.95 N 54 "О ВВЕДЕНИИ РОССИЙСКОЙ СИСТЕМЫ КАЛИБРОВКИ".
  3. ГОСТ ИСО/МЭК 17025-2009 "Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий"
  4. ПРИКАЗ МИНПРОМТОРГА РОССИИ от 2 июля 2015 г. N 1815
  5. Инструкция по проведению технологической поверки геодезических приборов, М,: ЦНИИГАиК, 1999.
  6. ГОСТ23543-79. Приборы геодезические. Основные технические требования.
  7. Методика института. Теодолиты. Методы средства поверки. МИ БГЕИ 08-90, Москва 1991, ЦНИИГАиК.
  8. Методика института. Теодолиты. Методы средства поверки. МИ БГЕИ. Москва 1999, ЦНИИГАиК.
  9. Карсунская М.М. – Геодезические приборы - М.: Институт оценки природных ресурсов, 2002. - 186с. ISBN 5-89722-050-6
  10. СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ НГТУ. – 2009. – № 2(56). – 115–120 УДК 528.08; 528.021.4
  11. Спиридонов А.И. Основы геодезическое метрологии. - М.:Картгеоцентр - Геодезиздат, 2003. - 248с.:ил.
  12. Генике А.Д., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система определения местоположения GPS и ее применение в геодезии. - М.: Картгеоцентр-Геоиздат, 1999.
  13. Макаренко Н.Л. О переходе на автономные спутниковые методы определения координат // Геодезия и картография. - 1996. -JV25 -С.4 – 7
  14. Машимов М.М. Всеобщий взгляд на геоспутниковую технологию //Геодезия и картография. - 1994. -^212 -С.6 - 11.
  15. Heister H. Zur Uberprufung von Prazisions-Nivellierlatten mit digitalem Code. Sriftenreihe Studiengang Vermessungswesen, Universitat der Bundeswehr Munchen, Heft 53,45-53 S.
  16. Научно-технический отчет по теме Стенд для контроля теодолитов. М. МИИГАиК, 1999.