Исследование характера отражений сферической световозвращающей марки

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРА ОТРАЖЕНИЙ СФЕРИЧЕСКОЙ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩЕЙ МАРКИ

И.И. Ранов, А.В. Коргин, Д.А. Поляков, М.А. Коргина

При измерениях пространственных составляющих перемещений элементов строительных конструкций в условиях городской застройки наиболее часто используется координатный метод, позволяющий при каждом измерении фиксировать все три координаты положения световозвращающих марок, установленных в узловых точках конструкций. Для измерений чаще всего используют электронные тахеометры, позволяющие одновременно измерить плановое и высотное положение световозвращающих деформационных марок в виде плоских самоклеющихся пленок, на внешнюю поверхность которых нанесен катафот-ный слой в виде микропризм и стеклянных шариков диаметром от 0,05 до 0,3 мм, обеспечивающих обратное возвращение светового потока лазерного дальномера тахеометра, при критических углах падения луча до 30°-35° к плоскости катафотного слоя марки.

При измерениях координат в стесненных условиях московской городской застройки не представляется возможным обеспечить нужные углы падения излучения дальномера на деформационные марки, вследствие чего теряется возможность проведения точных дальномерных измерений (рис.1).

Рис. 1. Характер отражения плоской катафотной марки: 1 - объектив лазерного дальномера; 2 - плоская катафотная пленка; 3 - лазерное излучение дальномера; 4 - возвращенное излучение дальномера; 5 - отраженное излучение дальномера

Рис. 2. Кривая распределения освещенности в пятне рассеивания: 1 - кривая распределения освещенности в пятне рассеивания; 2 - нормальный экран; 3 - косой экран; 4,5 - ближняя и дальняя зона срабатывания фотоприемника; 6 - объектив светодальномера

Поскольку фотоприемник све-тодальномера срабатывает на определенном минимуме интенсивности светового излучения, а освещенность внутри пятна сфокусированного электромагнитного потока убывает от центра к краям, при отражении от плоской поверхности на ней возникают две зоны (ближняя и дальняя), имеющие минимальный порог интенсивности, удаление этих зон от светодально-мера зависит от размера луча, размера световозвращающей марки и угла падения луча (рис.2).

При этом возникает неопределенность точки срабатывания фотоприемника, что снижает точность измерений.

Для устранения этих дефектов были использованы специально разработанные сферические световозвращающие деформационные марки.

При наведении на такие марки автоматически обеспечивается нормальное падение луча к сферической поверхности в точке наведения и прохождение его продолжения через центр сферы с любой точки стояния тахеометра, что исключает эффект косого визирования и позволяет наблюдать расположенные на фасаде здания марки с любого направления без снижения точности наведения.

Сферическая световозвращающая марка (рис. 3) представляет собой сферу радиусом 20мм, обклеенную 12-ю пен-тагональными и 20-ю гексагональными поверхностями, изготовленными из световозвращающей катафотной ткани.

При проведении дальномерных измерений характер све-товозвращения показан на рис. 4.

Как следует из рис. 3, точки необходимого минимума све-товозвращения находится на одинаковом расстоянии от свето-дальномера, что исключает неоднозначность измерений расстояний, однако их расположение, теоретически, может меняться в зависимости от характера распределения интенсивности излучения в конкретном светодальномере. Возникающая при этом константа должна быть определена экспериментально для каждого типа светодальномера, данного радиуса сферы и учтена при определении расстояния до центра сферы, также как это делается при использовании фирменных призменных отражателей светодальномеров и тахеометров.

Рис. 3. Сферические световозвращающие марки

Рис. 4. Характер отражения сферической световозвращающей марки: 1 - точка наведения; 2,3 - точка минимума световозвращения катафотной сферической

поверхности; 4 - константа световозвращающей сферической марки; 5 - объектив светодальномера; 6 - сфера со световозвращяющим катафотным покрытием; 7 - точка критического угла падения для катафотной сферической поверхности

Константы сферических марок определялись экспериментально с использованием тахеометра с видимым излучением ТптЫсЗбОЗЯ и тахеометра с инфракрасным излучением 8ок1аа411ОЯ. Точность наиболее тахеометров характеризуется средней квадратиче-ской погрешностью измерения расстояний СКПд = ± (2мм+ 20x10-6), где Б - измеряемое расстояние.

Определение констант сферических марок выполнялось в закрытом помещении на дистанциях от 6 до 87 метров. Величины констант вычислялись как разности расстояний измеренных на призму и сферу.

Результаты измерений сведены в таблице 1 и построены на графиках (рис. 5), из которых видно, что для тахеометров с инфракрасным излучением значение константы сдвинуто на величину А=+2мм, а для тахеометров с видимым лазерным излучением на величину А=-1мм от величины радиуса сферы, т.е. К=Я+А, где Я - радиус сферы.

Таблица 1.

Экспериментальные результаты определения констант сферических марок

Наименование электронного тахеометра № марки Расстояние ^ м

6 22 36 45 55 87

Константа К, мм

8оШа4110Я 1 18 22 21 22 22 19

2 20 22 22 23 21 21

ТпшЫе3605Я 1 21 19 18 16 20 19

2 20 19 19 17 20 21

Рис. 5. Графическое представление экспериментальных результатов определения констант

сферических марок

При использовании сферических марок следует определять значения констант (К) каждой сферической марки, для работы с данным типом светодальномера.

Описанные сферические марки позволяют проводить устойчивые измерения координат при любых углах визирования с заданной точностью в большом диапазоне расстояний. Технология их использования для координатной съемки положения объектов в условиях стесненного доступа успешно применяется при мониторинге пространственных деформаций здания, располагающего в центральном районе г. Москвы с характерной высокой плотностью застройки, по адресу улица Арбат дом 1.