Методы и средства исследований и поверок нивелиров и реек
Источник:info@geodezia.ru
Основной метрологической характеристикой геодезических приборов является средняя квадратическая погрешность (СКП) измерения в заданном диапазоне. При этом решающий вклад в значение погрешности вносят инструментальные составляющие, получению которых при испытаниях и поверке средств измерений должны способствовать методики их определения.
Для определения СКП в метрологической практике используют следующие методы:
поэлементный метод, при котором находят отдельные составляющие основной погрешности, а затем на основе теории погрешностей измерений вычисляют СКП;
комплексный метод, при котором непосредственно получают значение СКП путем сравнения результатов измерений поверяемым прибором с эталонным значением величины.
В геодезической практике широко распространен метод независимой поверки, при котором СКП получают непосредственно, не используя эталонов, но оперируя истинными погрешностями измерений, в качестве которых выступают невязки условных уравнений погрешностей, определяемые на основе математических связей между результатами измерений.
Для калибровки реек в геодезической практике применяются методы калибровки при помощи женевской линейки, на оптико-механическом компараторе (ОМК) и на интерференционном компараторе. Теория калибровки при помощи женевской линейки и на ОМК подробна изложена в труде Ф. Н. Красовского . Далее рассмотрим метод калибровки реек при помощи интерференционного компаратора.
Принципиальная схема интерференционного компаратора для поверки нивелирных реек состоит из: поверяемая нивелирная рейка (РН) размещается на тележке, которая перемещается электродвигателем (ЭД). На рейке закреплен отражатель, положение которого относительно визирной оси системы наведения на штрих фиксируется лазерным интерферометром (ИЛ). Блок регистрации данных (БР), пульт управления (ПУ) и вычислительное устройство (ВУ) обеспечивают сбор и обработку информации в процессе поверки рейки. Условия измерений при этом контролируютсявспомогательными метеорологическими приборами (Метео СИ).
Cредняя квадратическая погрешность (СКП) определения длины метровых интервалов инварной рейки интерферометром с гелиево-неоновым лазером составляет 3 мкм. При желании компаратор может быть переоборудован для поверки рейки в рабочем положении. Наконец, важно отметить, что в качестве геодезического компаратора может служить полевой линейный базис, закрепленный пунктами, стабильность которых сохраняется в процессе сличения поверяемого СИ с выбранной эталонной мерой .
При проведении поверок нивелирных реек руководствуются положениями МИ БГЕИ 02-89 «Рейки нивелирные. Методика поверки».
В процессе поверки после проверки внешнего состояния реек определяют:
- прямолинейность шкаловой поверхности рейки (стрелку прогиба);
- перпендикулярность продольной оси шкалы рейки к плоскости пятки;
- длину и ширину штрихов шкалы;
- коэффициент термического расширения инварной полосы;
- отклонение длины отдельных интервалов шкалы рейки от номинального значения;
- перпендикулярность штрихов к продольной оси шкалы рейки.
Исследования современных геодезических приборов показали , что точность измерения цифровыми нивелирами определяется не только погрешностями самого нивелира, но и качеством штрих-кодовых реек. Это означает, что код, нанесенный на рейке, должен как можно более точно совпадать со своей теоретической моделью. Особенно это касается инварных штрих-кодовых реек .
В отличие от обычных нивелирных реек, где за каждым штрихом шкалы закреплена определенная линейная мера, визуальное отсчитывание по штрих-кодовым рейкам невозможно. Более того, в цифровом нивелире в процессе отсчитывания принимает участие последовательность из многих штрихов различной ширины, поэтому погрешность в положении одного штриха кода не значительно сказывается на точности отсчитывания высоты. При определении точности нанесения штрихов кода определяется, выдержаны ли все допуски в процессе изготовления.
Для высокоточных штрих-кодовых реек рассмотрено два метода поверки:
- поверка положения отдельных штрихов кода и их ширины, т. е. точности нанесения штрихов в процессе изготовления и коэффициента линейного расширения инварной рейки; в этом случае контролируют положения отдельных штрихов кода, сравнивая их фактические значения с теоретическими;
- оценка точности измерительной системы «нивелир - рейка» путем сравнения разностей отсчетов, взятых по рейке цифровым нивелиром, с эталонными разностями, полученными с помощью лазерного интерферометра.