Ugrás a tartalomhoz

Geodézia 14., Mérőállomások

Tarsoly Péter (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

14.2 Elektronikus körleolvasás, elektronikus dőlésérzékelők

14.2 Elektronikus körleolvasás, elektronikus dőlésérzékelők

Az elektronikus teodolitok igen bonyolult, szabatos, optikai, finom-mechanikai és elektronikai műszerek, amelyek mikroprocesszorokkal vezérelt folyamat végrehajtásra, mérés automatizálásra képesek. Az elektronikus teodolitoknál a leolvasás elektronikus úton történik, és ezt a digitális leolvasást a műszer kijelzi.

Az első digitális teodolitokat a hatvanas évek elején a Breithaupt cég készítette Németországban. Magyarországon a Magyar Optikai Művekben (MOM) Ko-B1 néven készült néhány példány a hatvanas évek végén, de nem került sorozatgyártásra (Csepregi, 2005).

Az automatikus leolvasás legegyszerűbb megoldását a kódkörök segítségével valósítják meg. Két alapvető módszere alakult ki: a kódkiolvasás és a számlálásos (inkrementális) módszer.

14-1. ábra Vonalkódos osztású kör

A kódkiolvasás módszerénél az 14-1. ábrának megfelelően egymás mellett koncentrikusan kódköröket hoznak létre, melyek a kettes számrendszerben adják meg a főleolvasás értékét. A beosztásvonásokat a szélső, legnagyobb sugarú kör hordozza, a további, fokozatosan csökkenő sugarú sávok, a beosztásvonások mellé rendelt számokat hordozzák. Általában 10 kódsáv használatos, és a kört 1024 részre osztják. A kettes számrendszerben a leolvasás értékek egy-egy számértékét a beljebb lévő kódgyűrűkről olvassák le, amelyet aztán átalakítanak a 360-as fokrendszerbe. A gyakorlatilag elérhető leolvasást a vonalak sűrűsége határozza meg.

A kódkörök letapogatását általában optikai rendszerrel végzik a világos és sötét mezők megkülönböztetésével.(14-2. ábra) Ekkor a kódköröket üveglemezen hozzák létre. Más esetben a kódköröket mágneses formában valósítják meg; a leolvasást ekkor a mágneses és mágnesezetlen részek megkülönböztetésével oldják meg.

14-2. ábra A kódkör letapogatása (Csepregi, 2005)

A kódleolvasás hátránya, hogy az osztásszéleknek szabatosan egy sugáron kell lenni. Ha valamelyik kódkörön egy elolvasási hiba, érzékelési hiba történik, akkor a durva hibát okoz. Ezért alakultak ki más kódolási módszerek és végül ezért alakult ki olyan módszer, mely csak a legkisebb osztásokat tartalmazza limbuszkörön és ezeket valamilyen módszerrel, megszámolják. A kódkiolvasás módszerét abszolút módszernek nevezik, mert a kezdővonás kódolt zérus számmal van megjelölve, és a leolvasáskor az index és a kör egymáshoz képest mozdulatlan.

Az osztásvonások megszámlálásának módszerét nevezik számlálásos módszernek. (14-3. ábra) Ennél csak egyetlen körön hoznak létre egyetlen osztást. A tengely körüli forgatáskor az érzékelő számolja az előtte elhaladó osztások számát, és a zérusvonás csak a műszer kikapcsolásáig jelölődik meg. A számláláshoz biztosítani kell, hogy a forgatás irányát is meg tudjuk különböztetni, ezt leggyakrabban két érzékelővel oldják meg, amelyek a két lehetséges mozgásirányban különböző jeleket állítanak elő. Az osztott kör egyenlő szélességű átlátszó és nem átlátszó mezőkből áll. Az index szerepét egy fotoelektromos érzékelő (dióda) képviseli. Erre a mozgás közben váltakozó ismétlődő fénymennyiség esik. Így az érzékelő által létrehozott jel is periódikusan változik. Egy periódus egy osztás egységnyi elfordulásának hatására jön létre, az átlátszó vagy átlátszatlan jelölés szélességének megfelelően. Az ehhez tartozó középponti szög a körleolvasás élességének felel meg. Ezzel az eljárással egy 40 mm sugarú körön 50 000 osztást tudunk létrehozni. Ez megfelel közelítően 8 mgon vagy 3,2" (szögmásodperc) szögértékének.

14-3. ábra Az osztásvonások megszámlálásának módszere

A számlálásos módszer esetén a kezdőosztás értékét valamilyen módon meg kell határozni. A 0 osztást a műszerek inicializálásával adjuk meg. Ez azt jelenti, hogy a műszert bekapcsolás után körbe kell forgatni addig, míg fel nem veszi a 0 értéket. A korábbi műszerek esetében ezt csak a magassági körök esetén kellett elvégezni, a mai mérőállomások esetén ezt már a vízszintes körök esetén is meg kell tenni. Magassági értelemben a műszer távcsövét a vízszintes irányon kellett átvezetni és a távcső vízszintes helyzetében felvette a 0 értéket.

A főleolvasás után szükséges azok továbbosztásával a finom leolvasás meghatározása is, erre többféle lehetőség van. A kódkiolvasás mellett általában a fotoelektromos interpolációt alkalmazzák, a számlálásos módszer mellett pedig a Moire-sávrendszert. A fotoelektromos interpoláció lényege, hogy egy plánparalel üveglemez szögelfordulását mérik a kiinduló helyzettől az osztások koincidencia helyzetéig; a meghatározott szögelfordulás arányos lesz a csonkaleolvasás értékével.

A számlálásos módszernél az ún. Moire-vonalak alapján határozzák meg a csonkaleolvasás értékét (14-4. ábra). Ez alapján az eredeti osztásra rávisznek vagy rávetítenek egy attól kismértékben eltérő osztást. Kialakul egy eredő osztás, amely hol sűrűbb, hol vékonyabb, mint az eredeti osztás volt. Az eredő osztásban periódikus változások figyelhetőek meg, és ahol egy felnagyított osztásrész keletkezik, oda helyezik el a csonkaleolvasás meghatározásához a diódákat.

14-4. ábra A Moire-hatás

Az elektronikus teodolitokba általában beépítenek egy elektronikus libellát (14-5. ábra), ami a hagyományos csöves libellát pótolja. A libella kijelzését vagy számszerű formában vagy egy libellakép grafikus rajzával oldják meg. A libella mint kompenzátor működik, tehát folyamatosan érzékeli az állótengely dőlését. Ezzel alkalmas arra is, hogy az állótengely ferdeségéből származó hibát számítással figyelembe vegye és a megjavított körleolvasást jelezze ki. A dőlésérzékelők lehetnek egytengelyűek vagy kéttengelyűek, attól függően, hogy egy irányban vagy két irányban végzik el a dőlés meghatározását. Egyirányú dőlésérzékelők esetében mindig a műszer fekvőtengelyének irányában határozzák meg a dőlést.

14-5. ábra Elektronikus dőlésérzékelő