文档介绍：第四章精密距离测量
§1 长度基准和因瓦基线尺
§2 电磁波测距的基本原理和方法
§3 相位式测距仪
§4 电磁波测距误差及仪器的检验
§5 仪器的简单操作与成果整理
§1 长度基准和因瓦基线尺
一、长度基准
所有长度,都必须用一种统一的、固定的长度单位来表示。这种统一的、固定的长度单位就是长度基准。
①米的最初定义
具有国际统一性的长度单位是1800年着手准备的。1875年国际米制公约建立,规定:“通过巴黎的地球子午线的四千万分之一的长度为一米”(米的最初定义)。并用白金制成标尺,称一米“白金原器”。1886年复制了三十一支铂铱合金杆尺,称“法尺”(参见武测、同济合编《控制测量学》 P172图4-1)。
②米定义的第一次变更——实物基准
法尺中,第六号法尺长度恰好与白金原器长度相同。1889年米制公约国际计量大会上通过决定,以第六号法尺两条刻线间的距离作为一米的定义值(米定义的第一次变更)。×10-7。这根法尺定为“国际法尺”,又称“国际米原器”,安放在巴黎国际计量局的地下室内。各国分得的三十根法尺依国际法尺来检定,这样全世界的长度都统一起来了。这一长度基准称“实物基准”。
实物基准有许多缺点:
1)精度不适应现代科技发展的要求;
2)若意外损毁,难于复制;
3)由于物质内部结构随时间变化引起两条刻线间距离变化,从而无法保证国际米原器所规定的精度。
③米定义的第二次变更——自然基准
为了把最高长度基准长期保存下来,1907年国际计量大会决议,暂定镉红谱线在15℃,。这是第一代的“自然基准”。也称“光原尺”。
1960 年国际计量大会正式决定废除以实物基准来定义“米”的规定,而采用性能更为优越的氪86的橙黄谱线,将米定义为:“米的长度等于氪86(Kr86)原子在2P10到5D5能级间跃迁,”(米定义的第二次变更)。其精度为1×10-8,经过改进可达4×10-9。
④米定义的第三次变更
随着科学的进步,1967年秒的定义由地球自转一周所用时间的1/86400改为“秒是铯133原子基态的两个超精密能级间跃迁辐射的9192631770个周期的持续时间”。实现这个定义的装置为原子钟,其精度为百万亿分之一,即五百万年不差一秒。
同时,激光诞生。通过特殊方法对激光输出频率进行稳频,使其稳定性和复现性优于百亿分之一,,得到真空光速值为299792458m/s。
又经过10年的研究与验证,终于在1983年10月20 日法国巴黎举行的第17届国际计量大会上,再次通过了米的新定义:“米是光在真空中,在1/299792458秒的时间间隔内所经过的距离”(米定义的第三次变更)。
米的新定义的特点:把真空中光速作为一个固定不变的基本物理常数,长度可以通过时间或频率测量间接导出,从而使长度单位和时间单位结合了起来。
总的说,国际米原器,氪86谱线波长,根据稳频激光器建立的新长度,都是最高长度基准。凡是按它们复制,逐级传递得到的长度,都属于国际长度统一系统。
参见武测、同济合编《控制测量学》P173倒数第四段~P174第一段。
1960年和1961年,我国曾分别用中、苏检定的基线尺,对西安600m长度的标准基线进行了测量和计算,结果是:
使用前苏联检尺测量——
使用中国检尺测量——
600m基线上的差值20μm,反推两国3M工作基准尺的差异为20μm /200= 。相当于1/30000000。
可见中国与前苏联的长度基准一致。从1953年起, 由这些基准传递到我国24m基线尺的长度和我国大地网中的起始边长,也都属于统一的国际长度基准系统。
二、因瓦基线尺及其量距与计算
(阅读)
练****及作业: 1. 阅读武测、同济合编《控制测量学》§4-1 、§4-2
§2 电磁波测距的基本原理和方法
一、电磁波测距的基本原理
发射波
反射波
A
B
D
电磁波测距,是通过测定电磁波在所测距离上往返传播时间t2D,按下式计算待测距离的
式中 c——光在空气中的传播速度
二、测距的基本方法
电磁波测距仪,按测定电磁波往返时间t2D的方式不同,分为脉冲式和相位式两种。
主波
回波
时钟振荡器电子门
发射系统
接收系统
合作目标
运算
原理如图:
优点:可发出高功率光脉冲(一般采用固体激光器)。可不用反光镜,作业效率高,测程远。
缺点:受脉冲宽度及电子时钟分辨率影响,精度不高(±1~5