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Heft 11

München, Januar 1984

Wissenschaftlicher Studiengang Vermessungswesen

Hochschule der Bundeswehr München

SCHRIFTENREIHE

Elektrooptische

23. September 1983

Herausgegeben von W. Caspary und H. Heister

Heft 11

München, Januar 1984

Wissenschaftlicher Studiengang Vermessungswesen

Hochschule der Bundeswehr München

SCHRIFTENREIHE

Elektrooptische

23. September 1983

Herausgegeben von W. Caspary und H. Heister

Der Druck dieses Heftes wurde aus Haushaltsmitteln der Hochschule der Verantwortlich für die Herausgabe der Schriftenreihe: Der Prodekan des Wissenschaftlichen Studiengangs Vermessungswesen

Bezugsnachweis:

Studiengang Vermessungswesen

im Fachbereich Bauingenieur- und Vermessungswesen

Hochschule der Bundeswehr München

Werner-Heisenberg-Weg 39

8014 Neubiberg

ISSN 0173-1009

1 VORWORT

Die instrumentelle Weiterentwicklung der elektrooptischen Entfernungsmess er hat in den letzten Jahren zu einer großen Typenvielfalt geführt.

Wenn man

jedoch Streckenmessungen im Genauigkeitsbereich von unter einem Millimet er durchführen will, so kommt dafür zur Zeit wohl nur ein Instrument in Frage,

Um mit diesem In

strument optimale Ergebnisse zu erzielen, sind verschiedene Meß - und Kali- brier verfahren und insbesondere Zusatzeinrichtungen zur Frequenzkontrolle entwickelt worden. hen 1982 eine Prüfstrecke für elektrooptische Entfernungsmesser einrichtete , ent stand der

Wunsch, die

Kalibrierung von EDM

in da So entschlossen sich die Veranstalter, sieben Institute - einschließlich der Herstellerfirma zu einzuladen, Messungen auf der Prüfstrecke durchzuführen.

Die gemeinsame

Auswertung der Messungen sowie der Vergleich der Ergebnis se sollten zu den angestrebten Soll welche Streckenmeßgenauigkeit reichbar ist. te (MA 100, Hp -Totalstation, Autoranger) einbezogen, deren Genauigkeit bei chsten kommt ein Seminar veranst altet, in dem die Meß - und Analyseergebnisse vorgelegt wurden. Die , die in diesem Heft abgedruckt sind, behandeln das Thema der elek

Ausgehend vom

Funktionsprinzip des Mekometers über spezielle Frequenzmeßverfahre n und praktische Erfahrungen werden die Ergebnisse auf der Prü fstrecke kritisch nauigkeitssteigerung angesprochen, sei es durch Kalibrierung, spezi elle tive Erfassung der Meteorologie. Die Veranstalter freuen sich sehr, Ihnen schon nach so kurzer Zeit mit d em vorliegenden Heft die überaus vielseitigen und interessanten Arbeiten zu

Allen Autoren und Vortragenden sei

an dieser Stelle nochmals für ihren Beitrag sowohl zum Erscheinen die ses Heftes als auch zum Zustandekommen des Seminars gedankt.

Neubiberg, im

Januar 1984

W. Caspary H. Heister

3 INHALTSVERZEICHNIS

Seite SCHNÄDELBACH, K.; Das Mekometer ME 3000 - Wirkungsweise und Probleme 5

MAURER, W.,

Zum Frequenzverhalten des Mekometers ME 3000 19

HIRSCH, O., NGUYEN, T.,

Ein objektiviertes Meßverfahren

mit dem Kern -Mekometer 41

LOSER, R.,

Zum Problem der Bestimmung der Additions-

konstante 49

KUNTZ, E., MEIER

-HIRMER, B., SECKEL, H., Praktische Erfah- rungen mit dem Mekometer ME 3000 57

RITTER, B.,

Erfahrungen mit dem Mekometer ME 3000 bei Deformationsmessungen in Island 69

FRÖHLICH, H.,

WUNDERLICH, Th.,

nauigkeit 91

EGREDER, K.,

Bestimmung dreidimensionaler Koordinaten

durch Streckenmessung 101

CASPARY, W.,

Die Genauigkeit der Mekometermessungen auf der Prüfstrecke Neubiberg 115

KÖNGETER, W., RUOPP, M., Gen

auigkeitssteigerung b ei Na hbe reichsentfernungsmessern 131

HEISTER, H.,

WITTE, B., SCHWARZ, W., Erreichbare Genauigkeit mit speziell - gezeigt am

Beispiel des Autoranger

-A 161

GRUBER, C., WITTI, L., OFZ 1

Kontrolle der Modulationsfrequenzen elek

trooptischer Entfern ungsmesser 173

BRUCKMÜLLER, R.,

Automatische meteorologische Datenerfassung in der bodennahen Luftschicht 181

ZETSCHE, H.,

Vom Mekometer zum Geomensor 187

4 Seite

HÜBNER, W., Streckenmessung mit dem Mekometer ME 3000 nach dem Zweifarbenprinzi p 197

GERVAISE, J.,

First results of the geodetic measurements

carried out with the Terrameter, two -wave- length electronic distance measurement instrument 213

SCHERER, M.,

messers Polarodist 231

DALLMANN, K.

- Vorstellung und Verglei

INVAR, DISTOMETER und MPL 60

243

Programm

259

Teilnehmerliste

261

5 DAS MEKOMETER ME 3000 - WIRKUNGSWEISE UND PROBLEME

von

Klaus SCHNÄDELBACH

Arcisstr. 21

8000 München 2

Bundesrepublik Deutschland

ZUSAMMENFASSUNG

Darauf aufbauend werden die notwendigen meteorologischen Reduktionen be- schrieben, die Frage der Kalibrierung der Meßfrequenz eingehend diskutiert und über neuere Untersuchungen zur Bestimmung der Additionskonstanten, des berichtet.

ABSTRACT

First, the basic principle of the Mekometer ME 3000 is described. There- with, the necessary meteorological reductions are explained and the question of calibrating the measuri ng frequency thoroughly discussed. Finally, results of investigations are reported about the determination of additive constants, periodical errors and measurements with the Mekometer, using the two -colour-method. 6 1.

VORBEMERKUNG

Der folgende Bericht

ME 3000 und die daraus entstehenden Probleme ist als Einführung in di e The er aktu elle Messungen mit und an diesem Instrument berichte t wird. Er wird sich nken. Der Leser sei wegen Einzelheiten auf die reichhaltige Literatur - auch über An- wendungen und Kalibrierungsmessungen - verwiesen, z. B. BRADSELL (1971),

FROOME

(1971), KERNER (1970), MEIER - HIRMER (1975). Das Mekometer wurde Anfang der sechziger Jahre von Froome und Bradsell a m National Physical Laboratory in Teddington entwickelt und seit 1973 von der Firma Kern in Serie gebaut und vertrieben. Nach den Intention en der Erfin der sollte ein Instrument entstehen, mit dem Distanzen bis etwa 3 km auf chnungen tzliche meteorologische Beobachtungen zur Be stimmung des Refraktionsindex. Dieser Einfluß sollte weitgehend kompe nsiert werden. eckenge nauigkeit < 10 -5 . Daraus wurde dann bald eine A

Streckengenauigkeit von

10 -6 . Bei dem in der elektronischen Entfernungsmes ine kometer ca.

2. MESSPRINZIP DES MEKOMETERS

der elek tronischen Entfernungsmessung nach dem Phasenmeßverfahren s = 1 2 M

(a + a) . (1)

ngen M über eine Sequenz dekadisch abgestimmter Meßfrequenzen und das letztlich verbleibende Reststück a über das eigentliche Phasenmeßverfahren bestimmt.

Im EDM

M,0 für ɉ M benutzt und mit ihm die Ent- fernung s A = 1

2 ɉ

M,0

(a + a) (2)

M M,0 = const. (3)

Für ɉ

M gilt mit der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum c o , dem Brech ungsindex n L M der Modu- lationswelle M = c 0 n L f M

, (4)

so daß aus (1) s = 1 2 c 0 n L f M

(a + a) (5)

folgt.

Damit ist ɉ

M M und dem

Brechungsindex n

L M indirekt über n L und f M bestimmen. Um dies zu erleichtern, wird in vielen M weitgehend konstant gehalten (etwa durch Thermostaten), so daß dann gelegentliche Überprüfungen genü gen. M = n L f M = const. (6) nsio ne

Für

einen Resonator zur Erzeugung der Meßfrequenz f M gilt dann 8 f M = c 0 n M F(l)

, (7)

mit n M als Brechungsindex für die erzeugte Welle mit der Frequenz f M , bezo gen auf das Medium im Resonator, und F(l) als linearer Funktion der Re sona tordimensionen. Einsetzen in (5) bringt s = 1 2

F(l) n

M n L

(a + a) . (8)

Für ein "einfachstes" Meßprinzip müßte nun F(l) und der Qu otient n M n L konstant bleib M

über F(l) und die

Brechungsindizes n

M und n L definiert. Analog dem Vorgang bei Gleichung (2) werden nun als Ausgangswerte eingeführt: F o , n M,0 (für Normalbedingungen:

Lufttemperatur T

0 = 20°C, Luftdruck p 0 = 760 Torr, Dampfdruck der Luft e 0 = 0 Torr) und n L,0 (für Normalbedingungen: T 0 = 20°C, p 0 = 760 Torr, e 0 = 10 Torr). Die (2) entsprechende Gleichung lautet dann s A = 1 2 F 0 n M,0 n L,0

(a + a) . (9)

Dieses Meßprinzip wird im Mekometer ME 3000 realisiert. Sein Hohlraum reso nator - die Standard-Cavity - besteht aus einem geschmolzenen Glasrohr, das umi nium uenz von ca. 4,4 GHz entsteht. Im Inne ren sollen die meteorologischen Bedingungen am

Instrument herrschen

൫T 1 ,p 1 ൯, lediglich die Luftfeuchtigkeit wird durch ein Gel ferngehalten. Damit entspricht n M dem Brechungsindex für Mikrowel- len in trockener Luft.

Nachdem die Konstanz der Cavi

ty, d. h. die Konstanz von F(l), gegenüber ibt nen Ausdeh nungskoeffizienten von Quarz ( 4 10 -7 ) wird durch eine entgegen wirkende Ausdehnung der Abdeckplatte des Resonators weitgehend kompensiert. Die A us rden.

9 Anhand der Prinzipskizze (Abb. 1) sollen noch einige Eigenheiten des M

eß- prinzips angesproche -Gas- lampe (1), die 100 Lichtblitze/s von jeweils 1,5 s Dauer erzeugt.

Abb. 1 Prinzipskizze des Mekometers ME 3000

iert.

Durch einen

KDP -Kristall (4) wird die Polarisationsrichtung gedreht, da dieser Kristall seine Polarisationsrichtung unter der Einwirkung eines . 500 MHZ) nach einigen Umformungen auf die Frequenz der

Standard

-Cavity (9) ab- gestimmt, der Prozeß des "Tunings" am Bedienungsknopf (10). So ents teht ein verdrilltes, zugleich noch amplitudenmoduliertes Lichtband von ca. 450 m KDP -Kri- stall (5 ), der synchron zum ersten geschaltet ist. Je nach Phasenunter rkt oder erzeugt schließlich in einem Photomultip lier (8) einen Photostrom. Dieser

Strom ist ein Minimum, wenn

s = a ɉ 2

4 (10)

gilt, wobei a wie oben eine ganze Zahl ist. Um (10) zu erfüllen, kann der

Lichtweg optisch durc

erzielt, wenn die Modulationsfrequenz gegenüber f M alternierend variiert, so daß nunmehr zwei Frequenz en f 1 = f M + f, f 2 = f M - f (11) vorliegen. Dabei ist f f IIquotesdbs_dbs26.pdfusesText_32

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