Умова. Місце зеніту вертикального круга має бути сталим і близьким до

нуля.

Відлік вертикального круга, коли візирна вісь зорової труби, спрямованої в зеніт, і вертикальна вісь обертання тахеометра прямовисні, називають місцем зеніту ( MZ ).

Щоб перевірити виконання цієї умови, вертикальну вісь тахеометра вста­новлюють прямовисно. При двох положеннях вертикального круга наводять зорову трубу на чітку і не дуже високо розташовану точку точкою перетину вертикального штриха сітки ниток з основною кривою. Під час кожного наведення відлічують вертикальний круг, тобто одержують відліки KJI та КП. Місце зеніту обчислюють за формулою

Якщо величина MZ> 5', то номограмними кривими користуватися не можна. Тому для виправлення визначають правильні відліки вертикального круга на спостережувану точку КЛ_пр та КЛ_пр, коли значення MZ = 0 за фор­мулами

Переміщаючи юстувальні важки компенсатора, встановлюють правильний щдлік вертикального круга.

Електронні тахеометри мають відлікові пристрої, які дають змогу авто­матизувати вимірювання кутів. Результати вимірювань безпосередньо можна записувати в пам’ять приладу. У цих тахеометрах горизонтальні та вертикальні скляні круги (лімби) із градусними поділками замінено на скляні диски з нанесеними на них доріжками прозорих і непрозорих полів.

Такі диски з умовними позначками розміщують між джерелом світла та фотодетектором. Вони виконують роль модуляторів світла. Пройшовши через диски, світло, що потрапляє на фотоелектроди, буде модульованим. Зчитані з фотоелектрода електричні імпульси, збуджені модульованими світловими променями, дають змогу встановити значення відліку, висвітити його на дисплеї, зареєструвати цей відлік автоматично в електронній пам’яті приладу або, за наявності інтерфейсу, передати його в комп’ютер.

(IV. 1.84)

IV. 1.21. Електронні тахеометри та автоматизовані системи відлічування

347

Рис. IV.1.22. Кодова система відлічування

Останніми роками розроблено три системи автоматичного відлічу- вання: кодові, імпульсні та дина- мічні. Усі ці системи відлічування основані на загальному принципі автоматизованого підрахунку світло- вих (електричних) імпульсів за до- помогою мікропроцесорів і пере- творенні цих імпульсів на відлік у числовому вигляді.

Розглянемо ці три системи автоматичного відлічування.

Проста ілюстрація кодової сис- теми відліку подана на рис. IV. 1.22. На рисунку зображено коловий диск із концентрично нанесеними доріжка- ми коду двійкової системи лічби. Теоретично можна створити зчиту- вальний автоматичний пристрій із системою цифр, за якою ми звикли відлічувати візуально. Однак елек- тронний пристрій буде набагато про- стішим, якщо користуватися двійко- вою системою. Це пояснюється тим,

що двійкові цифри дуже просто можна реалізувати фізично: темно - світло; напруга є - немає; реле ввімкнуте - вимкнене. На жаль, для двійкового коду ємність ЕОМ має бути у 3,3 раза більшою, ніж десятковий код. Тому інколи застосовують двійково-десятинні та інші коди. Доріжки відраховують від центра круга. Перша складається з двох полів - затемненого і світлого півкола, а в кожній наступній кількість полів подвоюється. При цьому почергово наносяться прозорі й непрозорі поля. На рис. IV. 1.22 показано три доріжки. Остання має 2³ =8 інтервалів. У практиці доріжок може бути, наприклад, дванадцять. Тоді остання доріжка матиме 2¹² = 4096 інтервалів.

Зауважимо: якщо треба визначити положення алідади з точністю 1 сс (для градових поділок круг поділено на 400g: lg = 100с; 1с-100сс), то на крузі радіусом г = 60 мм потрібно мати дуги а розміром

2-ж-г 6,283185-60

Рис. IV.1.23. Перерв диску за вибраним напрямком

a =

400100100

4000000

= 0,000094248 мм. (IV. 1.85)

348

Тому закодувати повністю відлік неможливо. Найменшою величиною, що кодується, буде 0,lg. Тоді розмір дуг 0,094 мм або приблизно 0,1 мм. Для визначення частини поділки, меншої за 0,lg, потрібне інше рішення. Поки що використовують аналогову (безперервну) систему, яка в першому наближенні відповідає способу відлічування секунд у класичних теодолітах, тобто частини, менші від одного інтервалу, оцінюються окремо.

Перейдемо до принципової суті кодової системи відліку. Над диском (див. рис. IV 1.23) розташоване джерело світла. Промені світла проходять щілинну заслінку і перетворюються на “площину світла”, спрямовану паралельно до осі обертання теодоліта. Далі вони попадають на фотодетектор FD. Промінь, пройшовши через прозоре поле кодового диска, збуджує у діодах фотодетектора сигнал, що відповідає двійковій цифрі 0, а відсутність такого сигналу дає цифру 1. Отже, відповідно до рис. IV 1.21 (три доріжки), фотодетектор дає відлік 101. Потім відліки надходять на мікропроцесор для подальшого оброблення.

Розглянемо імпульсний принцип автоматизації відліку. Принцип зчи­тування відліку за допомогою імпульсних систем оснований на тому, що деякий постійний кут повороту алідади прирівнюють до одного імпульсу. Це означає, що будь-яку зміну в положенні алідади можна прирівнювати до певної кількості імпульсів. Якщо N - кількість імпульсів, що подаються при одному повному повороті круга, розділеному на 400g, то одному імпульсу відповідатиме кут, який називається квантом і визначається за формулою

a = (IV. 1.86)

N '

Прозорий і сусідній непрозорий штрих диска утворюють один квант кута. Доріжку прозорих та непрозорих штрихів називають растром. Ціна елемента квантування С для N = 4000 буде 0,lg (0,1 града), тобто С= 0,lg.

Лічильник рахує кількість імпульсів L, які виникли під час обертання круга від одного напрямку до другого. Тоді величина кута буде

a = CL. (IV. 1.87)

Визначимо необхідну кількість імпульсів, якщо точність відлічування Ісс (одна градова секунда). Розв’язуючи (IV. 1.87) відносно N за точності відліку С = Ісс, знайдемо

_iV_400g-100-100__{/| 1Q6} Ісс

Таку кількість імпульсів отримати на крузі радіусом 60 мм або більшому неможливо. Кількість імпульсів можна зменшити за допомогою певних конструктивних рішень.

349

Отже, кількісне значення кута можна знайти, якщо знайти кількість поданих імпульсів, що відповідає зміні положення алідади під час візування на напрямки, що утворюють цей кут. Частота імпульсів буде змінною величиною, залежною від того, як швидко обертає алідаду виконавець.

Використовують також світлові імпульси, які перетворюються на елект­ричні або на імпульси, викликані електричною індукцією.

Тому розглянемо фотоелектричні та електроіндуктивні (індуктивні) ім­пульсні методи.

В імпульсному методі ядром приладу також є скляний круг (лімб), що має одну доріжку рисок (рис. IV 1.24). Ширина рисок така сама, як і ширина проміжків між ними. Цей круг називають вимірювальним, або вимірювальною сіткою. Напроти цієї сітки, на найменшій віддалі від неї розташована відлікова сітка М, яку називають маскою. Риски та проміжки цієї сітки-маски такі самі, як і у вимірювальної сітки. Риски та проміжки створюють ряд прозорих та непрозорих полів.

Рис. IV. 1.24. Принципова схема імпульсної системи автоматизації відліків

Світло від джерела S (люмінесцентного діода) конденсатор перетворює на паралельний пучок, який проходить вимірювальну, а потім відлікову сітку. Скерований об’єктивом О, він потрапляє на фотодіод FD. Якщо відлікова сітка під час вимірювань рухається відносно вимірювальної, тоді світловий потік, який потрапляє на фотодіод, коливатиметься між певними максимальною та мінімальною величинами. Найбільший потік світла потрапляє на фотодіод тоді, коли риски обох сіток перекриваються, а найменший (теоретично - нульовий) - коли проміжки вимірювальної сітки закриті рисками відлікової сітки. Під час повороту візирної осі (алідади) із напрямку К на напрямок Р певна кількість

350

імпульсів світла потрапляє на фотодіод. Електричний струм, збуджений імпульсами світла у фотодіоді, матиме майже синусний хід.

Синусоїдальний струм за допомогою тригерного та диференціювального електричних ланцюгів (на рис. IV. 1.24 не показані) перетворюється спочатку на прямокутні сигнали, а потім на імпульсні, які лічильник підраховує, а мікропроцесор перетворює на цифрові відліки. Така принципова схема імпульсної системи відлічування.

На жаль, така проста система не дає змоги розрізняти напрямки руху алідади. Тому цю систему ускладнюють, використовуючи дві маски та два діоди. Однак це не змінює суті методу.

Тепер розглянемо динамічні системи автоматизації відліку. Мірою кутів може бути час t, якщо сконструювати пристрій, який рівномірно оберта­тиметься і його частота або період обертання Т будуть відомі з високою точністю. Тоді можна знайти значення кута, визначивши відрізок часу t, за який деяка точка або риска на крузі проходить дуги між відповідними напрямками, що утворюють цей кут а, на підставі формули

a = (0t, (IV. 1.88)

де Ой - кутова швидкість обертання.

Оскільки кутова швидкість о дорівнює

С0 = ~^, (IV. 1.89)

тоді

a^~-t. (IV. 1.90)

Нехай відома кількість обертів п круга за хвилину. Тоді період обертання

Т в секундах або частоту знайдемо за формулою = —. Звідси

^Поб Кб

Т = - = -;. (TV. 1.91)

» /

Підставивши значення (IV. 1.91) у рівняння (IV. 1.90), отримаємо

a = 2-n—t. (IV. 1.92)

60 '

Але 2-к—~const = С. Тоді 60

a = Ct. (IV. 1.93)

Оскільки мірою кута може бути час, тому динамічний метод ще назвають часовим.

351

Розглянутий вище імпульсний метод також є динамічним, але в імпульс­ному методі обертання круга не обов’язково повинні бути рівномірними. Динамічний метод вимагає рівномірних обертань круга з постійною частотою. Такий метод оснований на застосуванні імпульсного диска (лімба) та чотирьох відлікових фотоелектричних пристроїв, які під час вимірювання розміщують у площинах Р¹Р та К^ХК (на рис. IV. 1.25 показано два з них - Р та К), які ут­ворюють цей кут. Перед вимірюваннями круг (горизонтальний та вертикальний) приводять в обертовий рух навколо своєї осі зі сталою частотою f яку контролює мікропроцесор. Доріжка диска Р, пересуваючись під щілинами М_Р і М_к систем відлічування Р і К (рис. IV. 1.25), виконує функції модулятора світла і створює дві смужки світлових сигналів в інтервалах, що відповідають положенню цих систем над доріжкою диска.

Світлові сигнали над напрямками Р і К та збуджені ними електричні імпульси приходять у мікропроцесор неодночасно. Ця неодночасність транс­формується лічильниками та мікропроцесором у часову міру кута t та числове значення кута а. Тоді за даними зчитувачів Р та К отримують приблизне значення кута. Потім, використовуючи дані всіх чотирьох систем відлічування Р, К, F, К, одержують точне значення кута а. Весь процес автоматизований.

Рис. IV. 1.25. Принципова схема динамічної системи автоматизації' відліків

Під час вимірювання кутів нульовий діаметр лімба, над яким розташована одна пара фотодіодів, встановлюють за одним із напрямків кута, а трубу спрямовують за другим напрямком кута. З цим напрямком збігається поло­

352