Размещено на http://www.allbest.ru/

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ПЯТНА ЭЛЕКТРОННОГО ТАХЕОМЕТРА LEICA FLEXLINE TS06

Богданец Е.С., Чистогова В.А.

Аннотация

лазерный пятно погрешность дальномер

В данной статье рассматриваются погрешности, которые имеет лазерный дальномер и определяются допустимые размеры препятствий для лазерного дальномера, не оказывающие большого влияния на СКП. Нами анализируется зависимость средней квадратические погрешности от величины препятствия перед лазерным пятном. Проводится эксперимент в ходе, которого выявляется зависимость СКП и расстояния от величины препятствия. Для выполнения эксперимента определяются размеры лазерного пятна на измеряемых отрезках и разрабатывается модель экспериментальной установки.

Ключевые слова: электронный тахеометр, средняя квадратическая погрешность, дальномер, лазерное пятно, расстояние.

Annotation

LASER SPOT STUDY OF AN ELECTRONIC TOTAL STATION LEICA FLEXLINE TS06

Bogdanets E.S., Chistogova V.A.

This article considers the errors that a laser rangefinder has and determines the permissible dimensions of obstacles for the laser range finder, which do not have a big influence on the measurement error. We analyze the dependence of the mean square errors on the magnitude of the obstacle in front of the laser spot.

Keywords: total station, mean square error, range finder, laser spot, distance.

Основная часть

Лазерный дальномер имеет погрешности в измерениях, которые зависят от многих факторов [1]:

• Если лазерный луч попадает на объекты вблизи пути его распространения, например, на сильно отражающие поверхности.

• Выполнение без отражательных измерений на сильно отражающие объекты, такие как, например - дорожные знаки. Такие измерения могут быть очень неточными.

• Зависимость точности измерений от атмосферных условий (видимость, освещенность, колебания воздуха, погода).

• Зависимость от типа наблюдаемого объекта и общей ситуации при выполнении измерений.

• При измерении расстояний с использованием лазерных дальномеров, часто возникает ситуация, когда при попытке взятия отсчета лазерный луч рассеивается в результате возникновения на его пути различных препятствий, либо при нахождении точки на углу какого-нибудь объекта.

• Также стоит отметить, что не все электронные тахеометры имеют соосное расположение оси визирования и оси лазерного дальномера, что может привести к измерению расстояния до соседнего близлежащего объекта [2].

Все эти явления приводят к увеличению размера погрешностей.

Одним из важных элементов в возникновении погрешности является размер лазерного пятна. Малый размер лазерного пятна и точное соосное расположение сенсора относительно оптической линии визирования способствуют точному и надежному измерению расстояния, даже если точка наведения расположена на наклонной поверхности или вблизи края, например, в углу стены.

Чем больше размер лазерного пятна, тем больше область вокруг точки наведения, влияющая на измерение расстояния. В частности, при измерениях в безотражательном режиме малый размер пятна имеет важное значение для [3]:

• уменьшения возмущающего воздействия области вокруг точки наведения, например, в случае неровной поверхности;

• увеличения надежности измерений вблизи края;

• улучшение качества измерений на наклонных поверхностях.

Так же малый размер лазерного пятна проецирует малый след на измеряемой цели и, следовательно, позволяет выполнять точные измерения расстояния даже близко к краям.

Целью исследование является проследить зависимость влияния препятствий на точность измерения расстояния. Все измерения производились с помощью электронного тахеометра Leica FlexLine TS06, который имеет соосное расположение оси визирования и оси дальномера. Было выполнено измерение расстояния на 3 отрезках длинной 50, 75 и 100 метров. Перед началом измерений был определен размер лазерного пятна. Согласно техническим характеристикам [2] данного прибора на расстояние 50 метров примерный размер лазерного пятна составляет 8*20 мм. Также стоит отметить, что лазерное пятно имеет форму эллипса. В результате интерполяции была получена следующая таблица примерных размеров лазерного пятна для тахеометра Leica FlexLine TS06 (Таблица 1).

Таблица 1

Рассчитанные размеры лазерного пятна на исследуемых расстояниях

Измерение расстояний производилось с постепенным уменьшением размера препятствия путем раздвижения створок в экспериментальной установке (Рисунок 1).

Рисунок 1 Схема исследование лазерного пятна

На рисунках 2, 3 и 4 представлены значения СКП и среднего значения расстояния на интервале 0-100%, где числа показывают величину препятствия относительно размера лазерного пятна. В результате проведения измерений были получены следующие графики СКП:

Рисунок 2 СКП и среднее значение расстояния на 50м

Рисунок 3 СКП и среднее значение расстояния на 75 м

Рисунок 4 СКП и среднее значение расстояния на 100 м

Из данных графиков (Рисунок 2-4) видно, что самые высокие значения СКП наблюдаются при величине препятствия 70 - 90 % от размера лазерного пятна. Тогда как при этих же величинах препятствия расстояние имеет меньшие значения. Так же можно составить уравнение описывающее зависимость СКП от процента перекрытия лазерного пятна:

СКП50 = (20,1 + 15,87 ? ??) ? 10?9

СКП75 = (19.767 + 4.349 ? ??) ? 10?9 СКП100 = (41.992 ? 7.023 ? ??) ? 10?9

где k - это величина препятствия, выраженная в долях от общего размера пятна.

Из всего вышесказанного следует, что размеры препятствия при измерении расстояний не должны превышать 70% от общего размера пятна. Так, например, для расстояния 50 м размер препятствия не должен превышать 3,5 см, для 75 м - 6 см, для 100 м - 8,5.

Рисунок 5 Диаграмма для определения размеров лазерного пятна и размера центральной зоны, в которую не должно попадать препятствие

Таким образом, получаем, что препятствие не должно попадать в центральную область лазерного пятна, которая составляет приблизительно 30% от его общего размера, так как интенсивность излучения сфокусирована как раз в его центре в параксиальной плоскости. В заключении, построим диаграмму, которая поможет определить размер лазерного пятна и величину 30% зоны в которую не должно попадать препятствие (Рисунок 5).

Список литературы

1. Leica FlexLine TS02/TS06/TS09 Руководство по эксплуатации // [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://ugt.ur.ru/documents/manuals/FlexLine_UserManual_v3_ru.pdf.

2. Лазерные приборы и методы измерения дальности: учеб.пособие / В.Б. Бокшанский, Д.А. Бондаренко, М.В. Вязовых, И.В. Животовский, А.А. Сахаров, В.П. Семенков ; под ред. В.Е. Карасика. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012. 6 с.; 43 с.

3. Технология преобразования аналоговых сигналов (WFD) Техническое описание // [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://geosystems.ru/upload/library/WhitePaper_WFD_ru.pdf.

Размещено на Allbest.ru