第6章 精密距离测量.ppt

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1、 第六章第六章 精密距离测量精密距离测量 6-1 概述 6-2 精密距离测量的等级与精度评定 6-3 精密距离测量仪器及方法 6-4 精密光电测距方法 6-5 实例介绍 n精密距离测量应用广泛精密距离测量应用广泛。例如，。例如，l为了保证高能粒子在接近光速的飞行中与导流为了保证高能粒子在接近光速的飞行中与导流束管壁不发生碰撞，要求两相邻电磁铁的径向束管壁不发生碰撞，要求两相邻电磁铁的径向相对误差相对误差不超过不超过(0.10.2)毫米毫米；l在直线加速器中，漂移管的横向距离精度要求在直线加速器中，漂移管的横向距离精度要求达到达到(0.50.3)毫米毫米；l大型射电天文望远镜的安装、人造卫星和导

2、弹大型射电天文望远镜的安装、人造卫星和导弹的发射轨道、高速磁浮铁路建设、大型建筑物的发射轨道、高速磁浮铁路建设、大型建筑物和设备的形变监测、地壳运动和地震的监测等和设备的形变监测、地壳运动和地震的监测等等，都要求测距精度达到等，都要求测距精度达到毫米或亚毫米级毫米或亚毫米级。6-1 概述 n精密测距的新仪器和新方法不断涌现。精密测距的新仪器和新方法不断涌现。例如：例如：l用专制的用专制的因瓦杆尺因瓦杆尺、线尺线尺进行测距和位移测量进行测距和位移测量，精度可达，精度可达0.02毫米；毫米；l高精度的电磁波测距仪高精度的电磁波测距仪，特别是双色激光测距，特别是双色激光测距仪，仪，1公里的测距精度可

3、达公里的测距精度可达0.2毫米；毫米；l全球定位系统的空间测量技术，测量地面上相全球定位系统的空间测量技术，测量地面上相互不通视的两点距离的相对精度为互不通视的两点距离的相对精度为百万分之百万分之0.5，即测量相距，即测量相距10公里的任意两点之间的距离精公里的任意两点之间的距离精度为度为5毫米毫米；l多普勒频移效应多普勒频移效应测定位移的双频激光干涉仪的测定位移的双频激光干涉仪的精度可高达精度可高达0.5微米米微米米，成为最精密的长度，成为最精密的长度测量仪和精密测距中最重要的长度基准。测量仪和精密测距中最重要的长度基准。6-1 概述 6-1 概述l1973年瑞士年瑞士Kern公司公司 ME

4、3000测距仪测距仪:20m3km：0.2+1ppml1986年瑞士年瑞士Kern公司公司 ME5000测距仪测距仪:20m8km：0.2+0.2ppml芬兰：维塞拉光干涉比长仪：芬兰：维塞拉光干涉比长仪：6m400m 采用光干涉法进行精密长度测量采用光干涉法进行精密长度测量 精度达到：精度达到：0.030.05mml美国美国HP公司激光干涉仪公司激光干涉仪 60m以内精度达到：以内精度达到：0.01mm n高精度的精密高精度的精密距离测量距离测量和和距离变化距离变化的测定，的测定，主要有以下几种方法：主要有以下几种方法：机械的测距方法（线尺和标尺）机械的测距方法（线尺和标尺）利用调制光的光电

5、测距技术利用调制光的光电测距技术 电子机械测量方法。其中包括伸长计、电子机械测量方法。其中包括伸长计、应变计等应变计等 干涉测量法干涉测量法 6-1 概述 精密距离测量的等级与精度的具体确定，应根据精密距离测量的等级与精度的具体确定，应根据精密工程项目的特点、精度指标、水平控制网的用精密工程项目的特点、精度指标、水平控制网的用途、目的等因素，综合分析，对照上表的规定选取。途、目的等因素，综合分析，对照上表的规定选取。6-2 精密距离测量的等级与精度评定 1 1）单向观测距离的精度评定）单向观测距离的精度评定 根据测距根据测距误差源误差源的大小估算测距精度。测距中误差的大小估算测距精度。测距中误

6、差经验公式经验公式:边长测距中误差的计算方法:式中:A -固定误差,mm;B -比 例 误 差系数，mm/km;m1 -加常数测定误差，由检定证书中给出;m2-相位均匀性误差，由检定证书中给出;m3-周期误差测定中误差，由检定部门给出;m4-对中误差；m5-每一距离观测结果的算术平均值的中误差：m6-乘常数测定中误差，由检定部门给出；m7-折射率计算公式误差，一般取值为0.210-6；m8-精测频率的漂移和测定相对中误差;m9-气象代表性误差，与大气状况和测线通过的地形、地表覆盖物有关 2 2）对向观测距离的精度评定）对向观测距离的精度评定 一次测量的中误差（利用测回间的差，dF为测回平均值的

7、差）对向观测的平均值中误差：相对中误差:边长测距中误差的计算方法:以上式中:dF-化算到同一高程面的每对水平距离之差.mm;n -对向观测差值的个数，n4;D1-水平距离的平均值 6-3 精密距离测量仪器及方法 1）嵌合尺测距 功能：功能：嵌合尺主要用于工艺设嵌合尺主要用于工艺设备安装的精密定位。备安装的精密定位。精度精度:可达可达0.03 0.03 0.05mm0.05mm。l嵌合尺双丝的宽度为嵌合尺双丝的宽度为0.2mm0.2mm，刻，刻线误差不大于线误差不大于0.002mm0.002mm，配用的，配用的钢丝直径为钢丝直径为0.2mm0.2mm。l测量时，由读数显微镜读取偏测量时，由读数显

8、微镜读取偏差值，偏差值小于差值，偏差值小于0.05mm0.05mm时取时取中数调整中数调整。测量长度测量长度 2）杆尺测距功能：功能：杆尺杆尺主要用于精密丈量短小距离。可丈量工程设备上的主要用于精密丈量短小距离。可丈量工程设备上的 基准点到控制点之间的线段以及控制网中的短小距离。基准点到控制点之间的线段以及控制网中的短小距离。精度精度:0.01mm0.01mm 杆尺杆尺有以下两种类型：有以下两种类型：(1)(1)两端点设有分划尺；两端点设有分划尺；(2)(2)一端点设有分划尺一端点设有分划尺 (1)(1)两端点设有分划尺；两端点设有分划尺；2 2读数显微镜读数显微镜；3 3杆尺；杆尺；4 4保

9、护筒；保护筒；5 5杆尺的分划尺杆尺的分划尺 (2)(2)一端点设有分划尺一端点设有分划尺:杆尺制作：杆尺制作：l杆尺由膨胀系数极小的因瓦合金或石英玻璃材料杆尺由膨胀系数极小的因瓦合金或石英玻璃材料，精确加工制成具有，精确加工制成具有一端点分划尺一端点分划尺或或两端点分划两端点分划尺尺的杆尺。的杆尺。l分划尺的分划值为分划尺的分划值为1mm1mm，刻线粗度为，刻线粗度为0.0150.015 0.020 0.020 mmmm，任何一根刻划线相对于零分划线的位置误差，任何一根刻划线相对于零分划线的位置误差不得超过不得超过0.005mm0.005mm；l端点分划尺的另一端要配强制对中轴柱，中间应端点

10、分划尺的另一端要配强制对中轴柱，中间应有置平用的水准器。有置平用的水准器。测量要求：测量要求：l根据待测的长度，设计制成相应长度的杆尺使待测长度为杆根据待测的长度，设计制成相应长度的杆尺使待测长度为杆尺的整倍数，对于精密距离测量一级精度要求，用尺的整倍数，对于精密距离测量一级精度要求，用2m2m以内的以内的杆尺丈量时，不超过三个尺段，用杆尺丈量时，不超过三个尺段，用2 24m4m的杆尺丈量时，不超的杆尺丈量时，不超过二个尺段。过二个尺段。l利用杆尺丈量时，待测边长应设在同一高程面上。边长应往利用杆尺丈量时，待测边长应设在同一高程面上。边长应往返丈量。返丈量。l利用杆尺丈量直伸三角形的高时，要配

11、置专用的引张设备，利用杆尺丈量直伸三角形的高时，要配置专用的引张设备，用用0.2mm0.2mm直径的钢丝，标定三角形长边的方向。观测边长在直径的钢丝，标定三角形长边的方向。观测边长在303050m50m内时，气流对钢丝的侧面速度不应超过内时，气流对钢丝的侧面速度不应超过0.1m/s0.1m/s，边长，边长在在30m30m内不超过内不超过0.2m/s0.2m/s。l杆尺在丈量前、后必须进行尺长检定，尺长检定中误差不得杆尺在丈量前、后必须进行尺长检定，尺长检定中误差不得超过超过0.010mm0.010mm，测前、测后标定值之差不应超过，测前、测后标定值之差不应超过0.020mm0.020mm。丈量

12、距离的计算公式丈量距离的计算公式 一端点设有分划尺的杆尺：一端点设有分划尺的杆尺：式中：S(h)-每尺段距离；a1、b1-前标志上显微镜分别在标志十字丝交点上和在分划尺上的 相应读数；a2、b2-后标志上读数显微镜分别在标志十字丝交点上和在分划尺 上相应读数；sk-杆尺分划间的检定长度；t-杆尺温度改正数。两端点设有分划尺的杆尺：两端点设有分划尺的杆尺：杆尺量距的技术要求：杆尺量距的技术要求：一测回读数间互差超限时，重测二次读数，舍去最大和最小一测回读数间互差超限时，重测二次读数，舍去最大和最小值后，若仍超限，应重新观测该测回。测回间互差超限时，重新值后，若仍超限，应重新观测该测回。测回间互差

13、超限时，重新观测二测回。往返测边长互差超限，应分析原因后重新观测。观测二测回。往返测边长互差超限，应分析原因后重新观测。精度评定：精度评定：利用测回间的差按下式计算测距中误差：利用测回间的差按下式计算测距中误差：式中：d测回平均值的差，mm；nd的个数。3）自动测距仪（distinvar）测距功能：功能：自动测距仪自动测距仪可用来精密丈量可用来精密丈量0.40.450m50m的边长距离。的边长距离。精度：精度：读数内符合精度读数内符合精度0.01mm,0.01mm,测量中误差测量中误差0.05mm0.05mm 自动测距仪结构组成 和测距原理 自动测距仪由三部分组成：带有插入式配件的自动测距仪由

14、三部分组成：带有插入式配件的1.65mm1.65mm因瓦线尺、固定的基准点和测量仪器因瓦线尺、固定的基准点和测量仪器 。因瓦线尺 式中：式中：x仪器探头读数值；仪器探头读数值；Lo因瓦线尺的检定长度；因瓦线尺的检定长度；t作业时温度；作业时温度；to检定时温度。检定时温度。自动测距仪观测长度的计算公式：自动测距仪观测长度的计算公式：自动测距仪精密丈量的作业要求：自动测距仪精密丈量的作业要求：自动测距仪精密丈量，观测四测回，往返各二测回，返自动测距仪精密丈量，观测四测回，往返各二测回，返测时仪器设备互换位置，一测回读数四次；测时仪器设备互换位置，一测回读数四次；作业时温度要求在以作业时温度要求在

15、以t t0 05 50 0C C内（内（t t0 0为检定时温度）。为检定时温度）。作业前、后对所用的因瓦线尺应作长度检定，检定误差作业前、后对所用的因瓦线尺应作长度检定，检定误差不应超过不应超过0.5S0.5S（mm）。（）。（S S为因瓦线尺的长度，以为因瓦线尺的长度，以m m为为单位）。前后两次检定之差不应超过单位）。前后两次检定之差不应超过1S1S（mm）。）。自动测距仪精密丈量的技术规定自动测距仪精密丈量的技术规定 4）distometer测距仪功能：功能：机械式测距仪，机械式测距仪，可用来精密丈量可用来精密丈量50m50m以内的边长距离。以内的边长距离。精度：精度：小于小于20m2

16、0m测距时测距时,精度精度0.02mm,0.02mm,大于大于20m20m测距时测距时,精度精度1010-6-6 5）24m因瓦线尺测距 n因瓦线尺为一等基线尺，标准长度因瓦线尺为一等基线尺，标准长度24m,24m,刻划线粗为刻划线粗为15152020（mm），长距离可由多根组合量具。要求任何一），长距离可由多根组合量具。要求任何一根刻划线相对于零分划线的位置误差不得超过根刻划线相对于零分划线的位置误差不得超过5m5m，温度变化温度变化11时，线尺每时，线尺每1m1m的伸缩不超过的伸缩不超过0.5m0.5m。n距离丈量时，由不同温度系数的二条一等基线尺，分距离丈量时，由不同温度系数的二条一等基线尺，分别往返丈量。别往返丈量。n轴杆架轴杆架之间高差用之间高差用DS1DS1型水准仪的及有正副尺的型水准仪的及有正副尺的1m1m轻便轻便水准尺进行往返测定。水准尺进行往返测定。n端点之间的距离最好为端点之间的距离最好为24m的倍数，的倍数，不得已才使用补不得已才使用补尺，尺，。24m因瓦线尺丈量距离的计算公式：丈量距离的计算公式：24m24m因瓦线尺精密丈量的技术规定因瓦线尺精密丈量的技术规定: