CC BY
68
УДК 006: 528.5
В.Д. Лизунов, Г.А. Уставич, В.А. Середович, Л.Г. Куликова, В.Т. Новоевский СГГ А, Новосибирск
МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ БОЛЬШИХ ДЛИН
По определению [1,2] стандартов Государственной системы обеспечения
единства измерений (ГСИ) область измерений длин и систему эталонов метрологического обеспечения разделяют на 3 диапазона: малые длины 1 10-6 ^ 1 мм; средние 110-6 ^ 24 м; большие 24 ^ 75000 м. При этом существует множествометодов и средств воспроизведения и передачи значений единиц длины. Например, в прикладной геодезии широкое применение находят методы высокоточного измерения длин с помощью: геодезических жезлов, мерных проволок и лент, оптико-электронных приборов [3]. Авторы в работе [4] утверждают, что система метрологического обеспечения измерений больших длин обеспечивает надёжную поверку всех средств измерений (СИ) больших длин. В этом следует усомниться особенно при измерении диапазона до 24 м. Наши исследования результатов аттестации базисного прибора на протяжении нескольких лет [5] показывают, что погрешность аттестации используемыми методами и СИ должна быть приблизительно удвоена. Следует заметить, что аттестация геодезических жезлов производится абсолютными интерференционными методами и имеет высокую точность за счет использования хорошо исследованных источников когерентного излучения. Как указывают авторы [4] предельная погрешность воспроизведения единицы длины на установке высшей точности в диапазоне 24 ^ 1000 м составляет 0,2 мм что для сегодняшнего уровня точности дальномерных измерений (светодальномеров, спутниковых систем, лазерных сканеров) становится недостаточной. Метрологические эталонные СИ и методы передачи значений единицы длины, разработанные в прошлом, ХХ веке требуют модернизации.
В настоящее время для повышения точности, воспроизводимости, производительности измерений широко используются светодальномеры, спутниковые счистемы, лазерные сканеры, в связи с этим в СГГА для проведения научно-исследовательских работ, а также для современного учебного процесса остро встал вопрос метрологического обеспечения таких работ и создания в метрологической службе соответствующих эталонов. В работе [6] приведена поверочная схема для СИ больших длин учитывающая современный уровень и требования оценки погрешности измерений. Одно из наиболее сложных звеньев этой схемы являются СИ и методы передачи при измерениях длины и связи эталонов длины, частоты и времени.
В [7] предложена принципиальная схема и конструкция интерференционнго компаратора для исследования и поверки СИ геодезического назначения с диапазоном измерений до 24 м. На компараторе предусматривается возможность исследования и аттестации штриховых мер
длины, калибровка и исследование светодальномеров и лазерных сканеров. Как показывают исследования подобных конструкций основные погрешности измерений возникают [8] от нестабильности длины волны лазера, дискретности отсчёта, показателя преломления воздуха, дрейфа нуля интерферометра, погрешности Аббе и выставления меры или прибора, температурные деформации деталей компаратора и измеряемых мер и СИ. Если принять предельную погрешность измерений на компараторе не превышающую на всем диапазоне ± 5 мкм, то анализ погрешности показывает, что основное внимание должно быть уделено минимизации погрешности измерений от несоблюдения принципа Аббе и выставления исследуемого СИ или меры. Наиболее значимая составляющая погрешности измерений может быть вызвана тепловыми деформациями направляющих и корпуса прибора, нагревом лазера, изменением температурного режима измеряемого СИ, изменением показателя преломления на трассе измерения. В наиболее доступных для анализа ситуациях, например при измерении однородных протяженных объектов (измерительные линейки, ленты, проволоки, жезлы) суммарная погрешность от температурных изменений размера L будет равна
Ss = {[Да(Т-20)]2 +[ а 5Т]2}1/2 . L, (1)
где Да - неопределенность коэфициента линейного расширения объекта; Т и ST - температура объекта и погрешность его измерения.
Одной из основных причин влияющих на стабильность результатов измерений при лазерных интерференционных измерениях является неоднородность показателя преломления воздуха на больших трассах измерений вызывающая турбулентность из-за дисперсии показателя преломления воздуха (Дп2). Для оценки дисперсии в [8] предложено использовать формулу для порядка интерференции:
(Д N2) =( ДL2 )/X2 = 4п (Дп2 ) ■ п RLn / X2 , (2)
где RLn - размер турбулентного слоя.
Уменьшение этого фактора обычно производится ограничением измерительного плеча интерферометра и созданием в помещении медленно меняющегося градиента показателя преломления. Для исследования показателя преломления на трассе может быть использован рефрактометр, приведенный в [9].
В настоящее время ведется интенсивная работа по настройке специализированного интерференционного компаратора с учетом требований приведенных в [7]. В специальной галлерее, расположенной на значительном удалении от автомобильной трассы подготовлено помещение класса чистоты 2 (максимальное число частиц 0,5 мкм/л - 350, минимальное число частиц 5 мкм/л). Пол помещения выполнен из массивных деревянных плах и покрыт линолеумом, стены и потолок покрыты специальными материалами, которые можно протирать влажной тряпкой. В стены помещения вмонтированы канальные нагреватели и семисторные регуляторы температуры с удобным щитом управления Санкт-Петербургской фирмы ЛИССАНТ и кондиционеры воздуха фирмы PANASONIC. По мере монтажа компаратора будет
отрабатываться режим регулирования и достижения требуемых характеристик поддержания постоянной температуры и влажности.
Для монтажа конструкции особое внимание уделено фундаменту. Общая глубина заложения фундамента составляет 1,5 м. в основании фундамента залита бетонная подушка общей длиной 26,4 м, затем последовательно укладывались: 3 слоя песка разделённых рубероидом, пенопласт,
железобетон, пенопласт и верхний железобетонный слой выравненный и выставленный по уровню. По контуру фундамента установлены пакеты из шифера изолированные от основного грунта песчаной подушкой.
Одним из условий нормальной эксплуатации компаратора является обеспечение устойчивости его опор на фундаменте. Это условие достигается применением специальных подпятников, которые располагаются под каждым регулировочным винтом опоры. Поэтому перед началом установки опор в тело фундамента с помощью анкерных болтов было установлено 81 подпятника. Соосность их расположения обеспечивалась с помощью натянутой струны с погрешностью не более 2,0 мм. Поверхность подпятника обеспечивает возможность перемещения опор в пределах ±10 мм.
Высотное положение подпятников в момент их установки контролировалось нивелиром; погрешность установки опор не превышала 1,0 мм. Для нивелирования использовался нивелир N1 005, способ нивелирования - из середины. Из результатов нивелирования было установлено, что погрешность после окончательного закрепления подпятников не превышала 0,8 мм.
В настоящее время в изготовлении находятся остальные детали подвижной измерительной каретки. Сделана заявка на остальные покупные изделия. Изготовление и исследование компаратора позволит решить ряд задач научных исследований и повышению точности метрологических работ в СГГА и обслуживаемом регионе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. МИ 2060-90. ГСИ Государственная поверочная схема для средств измерений
длины в диапазоне 1.10-6 ^ 50 м длин волн в диапазоне 0,2^ 50 мкм.- М.: Изд-во
стандартов,1990.
2. ГОСТ 8.503-84. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне 24^ 75000 м .- М.: Изд-во стандартов,1990.
3. Методы и приборы высокоточных геодезических измерений в строительстве / В.Д. Большаков и др.- М.:, Недра, 1976.-325с.
4. Методы и средства лазерной прецизионной дальнометрии / А.М. Андрусенко и др. -М.: Изд-во Стандартов, 1987.-224 с.
5. А.В.Куликов Исследование результатов поверки эталонного базисного прибора СГГА / А.В.Куликов, В.Д Лизунов // ГЕО -Сибирь - 2005. Т.6: Сб. материалов науч. конгр., г. Новосибирск, 25-29 апр., 2005г.-Новосибирск: СГГА,2005.-С.227-231.
6. Поверочная схема СГГА для СИ геодезического назначения.-Новосибирск: Утв. Госстандартом (СНИИМ), 1999.
7. Л.Г. Куликова Особенности построения интерференционного компаратора для исследования и поверки геодезических СИ / Л.Г. Куликова , В.Д. Лизунов, В.А.
Середович, В.Т.Новоевский, А.В. Куликов // ГЕО -Сибирь - 2005. Т.6: Сб. материалов науч. конгр., г. Новосибирск, 25-29 апр., 2005г.-Новосибирск: СГГА,2005.-С.217-222.
8. Ханов В.А., Анализ погрешностей измерительных систем с лазерными интерферометрами // Лазерные интерферометры: Сб. науч. материалов.- г.Новосибирск: ИАиЭ СО АН СССР, 1978 - С.42-54.
9. В.Д. Лизунов, Рефрактометр для измерении преломления прозрачных сред // ГЕО -Сибирь - 2005. Т.6: Сб. материалов науч. конгр., г. Новосибирск, 25-29 апр., 2005г.-Новосибирск: СГГА,2005.-С.231-236.
© В.Д. Лизунов, Г.А. Уставич, В.А. Середович, Л.Г. Куликова, В.Т. Новоевский, 2006
