Analiza wybranych niepewności i błędów pomiarowych ..., Schematy z Inżynieria

Pobierz Analiza wybranych niepewności i błędów pomiarowych ... i więcej Schematy w PDF z Inżynieria tylko na Docsity! INŻYNIERIAMORSKAIGEOTECHNIKA,nr2/2013102 Na przełomie XX i XXI wieku pojawiły się na polskim rynku najnowocześniejsze geodezyjne instrumenty pomiaro- we, m.in. ze źródłem światła laserowego, stosowane w różnych branżach budownictwa i przemysłu. Postęp techniczny spowo- dował, że geodezyjne instrumenty pomiarowe są coraz dokład- niejsze, prostsze w obsłudze i coraz tańsze. Dostępność do no- woczesnych instrumentów i prostota ich obsługi spowodowała znaczne skrócenie czasu prac geodezyjnych wykonywanych na budowach oraz zwiększyła efektywność pracy inżynierów geo- dezji i budownictwa (rys. 1). Duża efektywność pracy z geodezyjnymi instrumentami pomiarowymi jest spowodowana zwiększonym stopniem auto- matyzacji procesu pomiaru, archiwizacji danych oraz ich póź- niejszej obróbki. Jednocześnie automatyzacja wielu procesów oraz zmniejszenie stopnia trudności obsługi instrumentów po- miarowych powoduje to, że obserwator – operator instrumentu pomiarowego – często „bezkrytycznie ufa” wynikom uzyska- nym dzięki stosowaniu nowoczesnego instrumentu pomiarowe- go. Dodatkowo, obserwator może utracić, w pewnym stopniu, kontrolę nad wykonywanymi pomiarami i wynikami pomiaru. Ponadto, światło laserowe o coraz większej mocy stosowane w instrumentach geodezyjnych stwarza ryzyko nieumyślnego uszkodzenia oczu osoby postronnej przebywającej na budowie w obszarze wiązki światła laserowego. W artykule opisano niektóre zjawiska występujące podczas wykonywania pomiarów instrumentami geodezyjnymi, szcze- gólnie z zastosowaniem emisji i rejestracji światła z zakresu wi- dzialnego lub podczerwieni. Artykuł jest kontynuacją tematyki poruszanej m.in. w pu- blikacjach [12, 17] poświęconych technikom pomiarowym i in- strumentom geodezyjnym stosowanym w budownictwie. WYBRANE NOWOCZESNE INSTRUMENTY GEO- DEZYJNE ZE ŹRÓDŁEM ŚWIATŁA LASEROWEGO STOSOWANE W BUDOWNICTWIE W budownictwie są stosowane różne rodzaje nowoczesnych urządzeń i przyrządów pomiarowych. Można do nich również zaliczyć wszelkie geodezyjne instrumenty pomiarowe. Są one używane w trakcie realizacji obiektów budowlanych, ich inwen- taryzacji oraz do szczegółowej analizy „zachowania się” kon- strukcji podczas eksploatacji. W trakcie budowy i eksploatacji budowla inżynierska oraz jej elementy ulegają przemieszcze- niom i odkształceniom, których wartości nie mogą przekraczać wartości dopuszczalnych, zapewniających bezpieczną eksplo- atację. Pomiary przemieszczeń lub deformacji budowli mogą być mierzone w sposób względny lub bezwzględny. Do pomiarów względnych są stosowane czujniki lub przyrządy bezpośred- nio montowane do konstrukcji (np. tensometry, akcelerometry, przyrządy śledzące pozorny ruch plamki światła laserowego). Pomiary bezwzględne charakteryzuje odniesienie wyników po- miarów do bazy znajdującej się poza mierzonym obiektem. Do tych pomiarów zalicza się pomiary wykonywane np. niwela- torami, teodolitami, tachimetrami, skanerami laserowymi oraz pomiary satelitarne [11, 12]. Dzięki miniaturyzacji i znacznemu obniżeniu kosztów pro- dukcji podzespołów elektronicznych oraz elektrooptycznych ta- chimetry mają wbudowane dalmierze elektrooptyczne z półprze- wodnikowym źródłem światła, elektroniczne systemy odczytu odległości oraz kierunków (do obliczania kątów pionowych i poziomych). Mają również system archiwizacji i transferu danych oraz podstawowe funkcje obróbki danych. Przykładem Mgr inż. Karol Daliga Politechnika Gdańska, Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Analiza wybranych niepewności i błędów pomiarowych występujących podczas pomiarów tachimetrami elektrooptycznymi stosowanymi w budownictwie Rys. 1. Zastosowanie zestawu GPS i tachimetru na budowie (a) [7] oraz w budownictwie drogowym (b) [10] a) b) INŻYNIERIAMORSKAIGEOTECHNIKA,nr2/2013 103 tachimetru tego typu, stosowanego do pomiarów na budowie, jest tachimetr firmy Topcon GTS-102N przedstawiony na rys. 2. Jego dokładność pomiaru odległości do pryzmatu wynosi (2mm+2mm/km), a pomiaru kierunków 2”[9]. Do pomiarów o większej dokładności kątowej niż 2” stosuje się tachimetry zmotoryzowane (rys. 3). Dzięki zastosowaniu sil- ników (serwomotorów) i odpowiedniemu oprogramowaniu ta- chimetry zmotoryzowane potrafią samodzielnie ustawić oś celo- wą na zadany kierunek. Jeżeli mają dodatkowo opcję śledzenia reflektora (pryzmatu), mogą samodzielnie, dokładnie ustawić oś celową na reflektor w punkcie pomiarowym. Tachimetry zmo- toryzowane można również zaprogramować tak, aby w sposób automatyczny śledziły kolejno położenie wielu pryzmatów. Przykładami tachimetrów (przemysłowych) z takimi funkcjami jest tachimetr Leica TS30 (rys. 3a) [6] oraz tachimetry SOKKIA serii NET (rys. 3b) [8]. Tachimetr Leica TS30 wykonuje pomiar odległości z dokładnością do (0,6 mm + 1 mm/km) – pomiar do pryzmatu lub z dokładnością do (2 mm + 2 mm/km) – dla pomiaru bezreflektorowego. Dokładność pomiaru kierunku wy- nosi 0,5” [6]. Tachimetr SOKKIA NET05AX wykonuje pomiar odległości z dokładnością do (0,8 mm + 1 mm/km) – pomiar do pryzmatu lub z dokładnością do (1 mm + 1 mm/km) – dla pomiaru bezreflektorowego. Dokładność pomiaru kierunku wy- nosi 0,5” [8]. ZAGROŻENIA PODCZAS POMIARÓW GEODEZYJ- NYCH WYKONYWANYCH INSTRUMENTAMI Z LASEROWYM ŹRÓDŁEM ŚWIATŁA Potrzeba wykonywania geodezyjnych pomiarów w bu- downictwie w różnych warunkach atmosferycznych (wilgot- ności, temperatury), przy różnym oświetleniu i zapyleniu oraz na różnych powierzchniach markujących „punkty pomiarowe” spowodowała konieczność zwiększenia mocy źródeł światła la- serowego stosowanego w tachimetrach (w zakresie od poniżej 1 mW do ponad 5 mW). Do pomiarów, w których znacznikiem punktu pomiarowego jest reflektor (lustro, pryzmat, folia odblaskowa) lub pomiar jest prowadzony na małych odległościach (do około 30 m), wystar- czy zastosowanie źródła światła laserowego klasy pierwszej. Lasery tej klasy są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy, tzn. gdy są stosowane zgodnie z ich przeznaczeniem, są bez- pieczne dla oka [15]. W przypadku, gdy pomiar położenia punktu ma być wyko- nany z dużej odległości z zastosowaniem reflektora (powyżej 100 m) lub punkt pomiarowy nie jest oznaczony „reflektorem” (tzw. pomiar bezlustrowy) wymaga się zastosowania lasera większej mocy, np. powyżej 1 mW. W tachimetrach umożliwia- jących pomiar „bezreflektorowy” są stosowane lasery klasy 3R. Lasery tej klasy to lasery, dla których bezpośrednie patrzenie w wiązkę, zarówno w wiązkę wychodzącą, jak i w wiązkę odbitą (bezpośrednio i przez przyrządy optyczne) jest potencjalnie nie- bezpieczne [15]. Stosowane w tachimetrach półprzewodnikowe źródła światła laserowego emitują światło, zależnie od modelu tachimetru, z zakresu 650 ÷ 800 nm. Promieniowanie z tego za- kresu może powodować fotochemiczne i termiczne uszkodzenie siatkówki oka, dlatego też przed rozpoczęciem pomiarów należy sprawdzić, jakiej klasy laser jest zainstalowany w tachimetrze. Informacja o klasie lasera musi znajdować się w instrukcji ob- sługi instrumentu. Na obudowie instrumentu również powinna znajdować się żółto-czarna naklejka informująca o klasie lasera stosowanego w instrumencie. ANALIZA WPŁYWU ZMIANY WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA NA POMIAR ODLEGŁOŚCI METODĄ IMPULSOWĄ I FAZOWĄ Dalmierze elektrooptyczne zainstalowane w tachimetrze dokonują pomiaru odległości metodą impulsowa lub fazową. Metoda impulsowa polega na wysyłaniu z dalmierza impulsów Rys. 2. Tachimetr firmy Topcon GTS-102N [9] Rys. 3. Przykłady przemysłowych tachimetrów zmotoryzowanych: a) Leica TS30, b) SOKKIA serii NET [6, 8] a) b)