BAZELE MĂSURĂTORILOR PRIN UNDE

NOTE DE CURS

E

dr. ing. Erghelegiu Bogdan

1

C U P R I N S

Generalităţi ………………………………………………………. 3

Unda ……………………………………………………………… 3

Lungimea de undă ………………………………………………. 3

Frecvenţa ………………………………………………………… 4

Oscilaţia …………………………………………………….......... 5

Undele electromagnetice ………………………………………. 6

Proprietăţile undelor electromagnetice ……………………….. 7

Lungimea traiectoriei şi distanţa rectilinie …………………….. 12

Problema fundamentală a măsurătorilor prin unde ………….. 15

Noţiuni privind măsurarea electronică a distanţelor …………. 16

Măsurătoarea ……………………………………………………. 16

Metode de măsurare a distanţelor …………………………….. 21

Trilateraţia ………………………………………………………... 21

Parametrii atmosferici care influentează propagarea undelor electromagnetice …………………………………………………

22

Presiunea atmosferică ………………………………………….. 26

Temperatura aerului …………………………………………….. 28

Umiditatea aerului ……………………………………………….. 29

Umiditatea relativă ………………………………………………. 30

Umiditatea absolută …………………………………………….. 30

Umiditatea de saturaţie …………………………………………. 30

Instrumente de măsură pentru presiune, temperatură şi umiditate …………………………………………………………..

31

Instrumente de măsură pentru presiune ……………………… 31

Barometrul cu mercur …………………………………………… 32

Barometrul cu mercur cu rezervor fix …………………………. 33

Alte tipuri de instrumente pentru măsurarea presiunii

……….

34

Manometre cu lichid …………………………………………….. 35

Aparatul cu tub U ………………………………………………... 34

Aparat cu rezervor şi tub vertical ……………………………… 37

Manometru cu rezervor şi tub înclinat ………………………… 38

Manometre cu element elastic(numite şi traductoare elastice) 39

Aparate cu tub elastic …………………………………………... 39

Aparat cu tub Bourdon ………………………………………….. 40

Aparate cu membrană ………………………………………….. 40

Manometru cu membrană ……………………………………… 41

2

Manometru cu capsulă ………………………………………….. 42 Aparate cu burduf ……………………………………………….. 43 Instrumente de măsură pentru temperatură …………………. 44 Termometrul ……………………………………………………... 44 Termometrul meteorologic simplu …………………………….. 44 Termograf ………………………………………………………… 45 Alte tipuri de termometre ………………………………………. 46 Instrumente pentru determinarea umidităţii aerului ………… 47 Psihrometrul Assmann …………………………………………. 48 Clasificarea generală a aparatelor ce utilizează undele în procesul de măsurare al distanţelor …………………………..

51

Instrumente şi dispozitive ce utilizează undele în procesul de măsurare al distanţelor ………………………………………….

55

Distomatul Leica DISTO D2 …………………………………… 57 Distomatul Leica DISTO D8 …………………………………… 66

Distomatul Leica DISTO D5 …………………………………… 67 Alte tipuri de instrumente ce utilizează undele în procesul de măsurare a distanţelor; Stații totale ……………………………

68

Staţii totale seria NTS-960 …………………………………….. 69 Staţiile totale PENTAX R300X ………………………………… 70 Staţii totale Nivo M Series ……………………………………… 71 Gama staţiilor robotice GPT-9000A (R) – TOPCON ………… 72 Staţie robotică GPT-9003M ……………………………………. 72 Sokkia Set 630R ………………………………………………… 73 Staţie totală Leica FlexLine TS 02 …………………………….. 74 Bibliografie ……………………………………………………….. 76

3

Generalităţi

Disciplina măsurătorilor prin unde studiază noţiunile fizico-

tehnice aferente metodelor şi instrumentelor care utilizează undele în

procesul de măsurare al distanţelor.

Unda este fenomenul de propagare a unei oscilaţii într-un

mediu elastic.

După modul de oscilaţie al particulelor mediului faţă de direcţia de

propagare se deosebesc două tipuri de unde:

- Unde transversale; exemple: vibraţia unei bare care a fost

lovită transversal, oscilaţia unei corzi elastice;

- Unde longitudinale; exemple: undele sonore care se propagă

în aer sub forma unor variaţii continui ale presiunii aerului.

Lungimea de undă(l) este cea mai scurtă distanţă ce separă

unda în două puncte identice la un moment dat; este un parametru de

baza al oricărui fenomen ondulatoriu(unda).

l = v / ν = v T

Unde:

λ = lungimea de undă;

v= viteza de propagare a undei în mediul respectiv;

4

ν = frecvenţa undei, inversa perioadei temporale;

T = perioada undei;

În cazul luminii, viteza se notează de obicei cu litera c şi este

299.792.458 m/s în vid şi doar puţin mai mică în aer.

În cazul undelor sonore propagate în aer viteza este de

aproximativ 343 m/s la temperatura de 20°C.

Exemple de lungime de undă:

- în cazul staţiei totale Leica TC(R)305 (IR)= 0,780μm;

- în cazul staţiei totale Leica TC(R)305 (RL-vizibil)= 0,670μm.

În timp ce lungime de undă depinde de mediul de propagare,

frecvenţa undei este constantă, atunci când sursa, receptorul şi

mediul de propagare sunt în repaus relativ.

Frecvenţa(ν) măsoară numărul de câte ori se reproduce

fenomenul de oscilaţie într-o unitate de timp.

[ν]si = 1Hz = 1s-1

O frecvenţă de 1 Hz, corespunde unei perioade de repetare de

o secundă.

De exemplu, dacă un sunet se repetă de 10 ori pe secundă,

înseamna că sunetul respectiv are o frecvenţă de 10 Hz.

De asemenea, daca ştim că un anumit fenomen se repetă la

un interval de timp T, putem calcula frecvenţa lui prin inversie

matematică.

ν = 1 / T

Pentru măsurarea frecvenţei se pot utiliza şi alte unităţi de

măsură cum ar fi: rotaţii pe minut în cazul rotaţiei motoarelor, sau

bătăi pe minut pentru pulsul inimii sau tempoul muzical.

Alte exemple de frecvenţă:

5

Frecvenţa curentului electric alternativ din reţeaua publică în

România este de 50Hz(polaritatea tensiunii trece de la plus la minus

şi invers de 50 de ori);

Frecvenţa curentului alternativ din reţeaua publică în Statele

Unite ale Americii este de 60Hz;

Nota LA, din gama centrală a pianului, este definită ca având o

frecvenţă de 440Hz(Aerul pus în mişcare de această undă sonoră

este de 440 de ori în fiecare secundă);

Urechea omului este sensibilă la sunete cu frecvenţa cuprinsă

între 20Hz şi 20kHz;

Lumina vizibilă este o undă electromagnetică cu frecvenţa

medie de 500THz(500∙1012Hz).

Oscilaţia reprezintă un fenomen în care se transformă energie

dintr-o formă în alta, periodic, aproape periodic sau pseudoperiodic,

reversibil sau în parte reversibil.

Legea de mişcare a unei oscilaţii periodice este:

Y(t) = A sin(ωt+ϕ0)

Unde: y(t) = elongaţia sistemului la momentul t;

A = amplitudinea mişcării(elongaţia maximă = deplasarea

extremă faţă de poziţia de echilibru);

ω = pulsaţia mişcării(frecvenţa unghiulară);

ϕ0 = faza iniţială a mişcării.

Timpul necesar pentru efectuarea unei oscilaţii complete se

numeşte perioada de oscilaţie(T) şi se măsoară în secunde. Mărimea

inversă a perioadei este frecvenţa.

[T]si = 1s

6

Undele electromagnetice sunt fenomene fizice, în general naturale,

care constau dintr-un câmp magnetic şi unul electric în acelaşii spaţiu,

care se generează unul pe altul pe măsură ce se propagă; ele au fost

prezise teoretic de „ecuaţiile lui Maxwell”(fizician

scoţian,n.13.06.1831,Edinburgh-d.05.11.1879,Cambridge), apoi

descoperite experimental de Heinrich Hertz (fizician

german,n.22.02.1857,Hamburgh-d.01.01.1894, Bonn).

Maxwell a descoperit în anul 1865 că lumina este un fenomen

electromagnetic.

Unde: c = viteza luminii în vid (viteza de propagare a undelor

electromagnetice este egală cu viteza luminii);

e0 = permitivitatea electrică;

μ0 = permeabilitatea magnetică a vidului;

Într-un mediu în care avem permitivitatea electrică e, şi μ

permeabilitatea magnetică, viteza de propagare a luminii va fi dată de

relaţia:

=

Unde :

er si μr = sunt valorile relative ale permitivităţii şi permeabilităţii

ştiind că: n = c/ν

Unde :

n = indicele de refracţie

rezultă: n =

7

Această ecuaţie stabileşte legătura dintre constantele optice,

electrice şi magnetice ale substanţei.

Proprietăţile undelor electromagnetice:

- Interferenţa = reprezintă fenomenul de suprapunere a două

sau mai multe unde care se întâlnesc într-un punct din spaţiu;

- reflexie = fenomen de întoarcere a undelor electromagnetice;

- refracţie = fenomenul de schimbare a direcţiei de propagare a

undei la trecerea dintr-un mediu în altul;

- absorbţia = pierderea de energie a unei radiaţii ce strabate un

mediu;

- difracţie = mod de propagare a undelor în spatele unui

obstacol, prin ocolirea marginilor lui şi prin abaterea aparentă

de la traiectoria rectilinie.

8

Undele electromagnetice:

În funcţie de frecvenţa sau lungimea de undă cu care radiaţia

se repetă în timp, respective în spaţiu, undele electromagnetice se

clasifică după cum urmează:

- Radiaţii γ; sub 0,005 Angstrom;

- Radiaţii X (Rontgen); 200 - 0,005 Angstrom;

- Radiaţii UV (Ultraviolete); 0,4 - 0,01 micrometrii;

- Radiaţii din spectrul vizibil; 0,75 - 0,4 micrometrii;

- Radiaţii infraroşiu; 4 - 0,75 micrometrii; Optică generală;

- Microunde;

- Radiaţii radio;

Undele radio - se folosesc la transmiterea semnalelor de

televiziune, comunicaţii prin satelit şi telefonie mobilă.

Microundele - se folosesc atat în comunicaţii cât şi în domeniul

alimentar; se bazează pe absorbţia puternică a radiaţiilor de

această frecvenţă în apă şi materiile vegetale sau animale.

9

Radiaţia infraroşiu - se foloseşte pentru transmiterea de date

fără fir la distanţe mici(telecomenzi) şi este de asemenea

foarte utilă în analizele fizico-chimice prin spectroscopie.

Lumina este cel mai la îndemană exemplu de unde

electromagnetice.

Razele X - sunt folosite în medicină la vizualizarea organelor

interne.

Razele γ - sunt utilizate în fizica nucleară.

De asemenea, trebuie precizat faptul că radiaţia

electromagnetică are o natură duală comportandu-se atât ca o

undă, în anumite procese dar şi ca un flux de particule(fotoni),

în alte procese.

Tehnica măsuratorilor prin unde are la bază fenomenele

electromagnetice din domeniul radio şi domeniul vizibil; radiaţiile

undelor electromagnetice constituie un mijloc excelent pentru

transmiterea informaţiei de măsurare a distanţelor; preciziile care pot

fi obţinute pot fi de domeniul milimetric sau submilimetric şi nu depind

de lungimea măsurată.

Principiul se bazează pe timpul de propagare necesar undei

electromagnetice să parcurgă distanţa între reperele stabilite.

La capetele distanţei de măsurat sunt amplasate doua

unitaţi notate cu G şi respectiv R; unitatea G generează o undă, iar

unitatea R intoarce(reflectă) unda emisă, în punctul de plecare. La

D = v ∙ t

10

sosirea în unitatea emiţătoare G, unda prezintă o întarziere faţă de

momentul emisiei; întarzierea este proporţională cu spaţiul parcurs şi

se măsoară în unitatea G.

Dacă timpul total parcurs, dus-întors între punctele G şi R, este

de 2t, atunci distanţa este data de relaţia :

D = v ∙ t

Unde: D = distanţa între punctele G şi R;

t = timpul de propagare;

v = viteza de propagare a undei electromagnetice în mediul de

propagare considerat omogen; în această ipostaza viteza este

constantă şi poate fi calculată cu relaţia :

v= c / n

Unde: c = 3 ∙ 10-8 m/s şi reprezintă viteza luminii în vid;

n = indicele de refracţie a mediului de propagare.

În cazul în care mediul de propagare nu este unul omogen,

indicele de refracţie a mediului depinde de o serie de

parametrii(presiune, temperatură, umiditate şi lungime de undă), a

căror cunoaştere poate îmbunatăţi precizia măsurătorilor; În acest caz

indicele de refracţie al mediului este o variabilă de genul:

n = n(p, T, e, l)

Unde : p = presiune;

T = temperatură;

e = umiditate;

l = lungime de undă.

11

În cazul în care se utilizează unde de lumină, unitatea R are un

rol pasiv, reflectă unda fără a schimba aspectul acesteia. În cazul în

care se utilizează unde radio, unda suferă anumite transformări

înainte de a fi reflectată.

Modulaţia este un proces prin care se modifică unul sau mai

mulţi parametri a unui semnal purtător, pentru a transmite informaţii.

Există trei semnale ce intră în procesul de modulaţie:

Semnalul modulator = semnalul original ce se doreşte a fi

transmis;

Semnalul purtător = semnal al cărui parametrii vor fi modificaţi

pentru a transmite semnalul modulator;

Semnalul modulat = semnalul ce se transmite care reprezintă

semnalul purtător modificat corespunzător.

Demodulaţia reprezintă procedeul invers modulaţiei, prin care

pornind de la semnalul modulat se reconstruieşte semnalul

modulator.

O undă exprimată printr-o ecuaţie de forma: y=A cos(wt+ϕ),

nu poartă nici un fel de informaţie. Modularea ei poate fi efectuată în

funcţie de tipul mărimii pe care o facem să varieze în timp. Avem în

acest fel trei tipuri de modulaţii:

Modulaţie de amplitudine – când se utilizează undele

luminoase: A = A(t).

Modulaţie de frecvenţă – când se utilizează undele radio :

w = w(t).

Modulaţie de fază: ϕ = ϕ(t).

În cazul aparatelor pentru măsurarea distanţelor geodezice

terestre, timpul de propagare rezultă prin diferenţa de fază dintre

modulaţiile transmise şi cele recepţionate; notând cu t si t0 momentele

12

de timp corespunzatoare emisiei şi recepţiei semnalului, conform

teoriei generale a undelor, fazele celor două oscilaţii la momentele

respective de timp sunt:

0 = 2pfmt0+ϕ0

= 2pfmt+ϕ

Unde : fm = frecvenţa modulatoare a oscilaţiei;

ϕ0 = unghiul de fază a oscilaţiei.

Defazajul total al celor două oscilaţii va fi:

- 0 = 2pfm(t-t0)

Unde:

2pfm = viteza unghiulară;

t-t0 = timpul necesar undelor pentru a parcurge distanţa D.

Deci problema măsurării distanţelor prin unde se reduce la

determinarea numarului întreg n de perioade 2p, respectiv la

problema rezolvării distanţei în procedeu fazic.

Lungimea traiectoriei şi distanţa rectilinie

Traiectoriile undelor sunt curbe oarecare şi nu linii drepte,

datorită atmosferei care acţionează ca un mediu izotrop.

Unda care parcurge o distanţă între două puncte A şi B,

descrie o traiectorie curbă având condiţia t=minim.

Abaterea traiectoriei de la linia dreaptă este conditionată de

curbura stratelor atmosferice care înconjoară Pământul şi de

anomaliile în distribuţia presiunii, temperaturii şi umidităţii aerului în

mediul de propagare. Practic însă, pe distanţe scurte, chiar în medii

13

mai puţin omogene, traiectoria se confundă cu un segment rectiliniu;

în această situaţie distanţa D este dată de relaţia:

D = σ / n = c t/ n

Unde :

σ = c t = lungimea drumului optic;

n = (nA + nB) / 2 = valoarea medie a indicilor de refracţie locali nA şi nB

observaţi la capetele distanţei de măsurat.

Indice de refracţie asumat reprezintă o valoare considerată de

firma constructoare ca fiind reprezentativă pentru refracţia

atmosferică la lungimea de undă purtătoare l0 care caracterizează

aparatele respective.

Cele mai multe aparate moderne destinate măsuratorii de

distanţe sunt calibrate pentru un indice de refracţie asumat.

D0 = c σ / n0 = σ / n0

Relaţia reprezintă distanţa ca raport între lungimea drumului

optic şi indicele de refracţie asumat.

Indicele de refracţie asumat n0 corespunde de regulă unui

anume triplet de valori (P0, t0, e0), fiind caracteristice unor condiţii

atmosferice medii.

Indicele de refracţie asumat depinde şi de lungimea de undă

purtatoare l.

Prin urmare avem relaţia finală:

n0 = n(P0, t0, e0, l0)

În cazul măsurătorilor unde nu se solicită precizie, distanţa D0

afişată de aparat, poate fi folosită ca atare.

14

În cazul în care se urmăresc distanţe de precizie, distanţa

corectă se calculează cu formula :

D = D0 (n0 / n)

Indicele de refracţie este dependent de lungimea de undă a

luminii incidente.

Exemple de indicele de refracţie (n), în funcţie de mediu :

Aer 1,003

Apă 1,33

Alcool etilic 1,36

Sare 1,54

Sulfură de carbon 1,63

Diamant 2,42

Vid 1,000

Indicele de refracţie a microundelor

Formula Essen-Froome, determină indicele de refracţie în

cazul microundelor purtătoare din domeniul centimetric şi milimetric

cuprinse în intervalul 5 - 50 mm.

(nM-1)∙106=(103,49/T)(P-e)+(86,26/T)[1+(5748/T)]∙e

Unde:

P = presiunea atmosferică în mmHg;

e = presiunea vaporilor de apă din atmosferă în mmHg;

T = temperatura absolută a aerului (t = 273,16 + t0C).

Constantele care figurează în formulă sunt determinate în

condiţii de laborator prin procedee şi tehnici special; în ceea ce

priveşte parametrii atmosferici ei sunt determinaţi prin măsurători cu

ajutorul instrumentelor meteorologice potrivite.

Indicele de refracţie a undelor de lumină

15

În cazul undelor de lumină avem relaţia:

(nL-1)∙107=0,35853[A+(3B/l2)+(5C/l)]∙(P/T)-150,2∙10-7(e/T)

Unde:

A, B, C = constante determinate experimental în laborator.

A = 2875,69∙10-7;

B = 16,206∙10-7;

C = 0,139∙10-7

Problema fundamentală a măsurătorilor prin unde

Elementul fundamental care stă la baza măsurătorilor prin

unde este timpul t, necesar semnalului de măsurare să parcurgă

distanţa căutată.

Timpul de propagare se referă la o traiectorie necunoscută.

Viteza reală a semnalului de măsurare în lungul traiectoriei, cât şi

abaterea acestuia da la forma rectilinie sunt condiţionate de câmpul

scalar n = n(xyz) al indicelui de refracţie atmosferică, care la modul

riguros în practică nu se poate cunoaşte. În consecinţă, măsurătorile

prin unde furnizează cu precizie doar lungime drumului optic σ, mai

precis valoarea acestuia, divizată prin indicele de refracţie asumat n0.

În concluzie, determinarea distanţei rectilinii din lungimea

drumului optic, constituie problema fundamentală a măsurătorilor prin

unde.

Pentru rezolvarea problemei se pleaca de la relaţia:

16

C t = σ = ∫ AB n(xyz) ds= min

O atare curbă odată aflată, calculul distanţei între punctele A şi

B nu mai constituie o problemă; dificultatea de ordin practic constă în

construirea funcţiunii n(xyz), pe baza observaţiilor atmosferice

executate în puncte izolate; aceste observaţii se referă de regulă la

valorile locale ale parametrilor presiune, temperatură şi umiditate a

aerului(P, t, e) de care depinde valoarea locală a indicelui de refracţie

atmosferică.

Noţiuni privind măsurarea electronică a distanţelor

Măsuratoarea este determinarea valorii unei mărimi.

Se poate determina direct o mărime fizică atunci cand se

utilizează aparate etalonate pentru măsurarea mărimii fizice

respective.

Dintre mărimile direct măsurabile în mecanică amintim:

lungimea, tipul, masa, forţa, etc.

În timpul măsurării mărimilor fizice, întâlnim trei operaţii

successive:

1) Reglarea;

2) Observaţia;

3) Citirea.

17

Reglarea - etapa în care aparatul necesită o aşezare corectă

astfel încât să se ţina seama de condiţiile în care se efectuează

măsuratoarea:

- poziţionarea corectă constă în reglarea aparatului astfel încat o

direcţie sau un plan al lui să fie orizontal sau vertical;

- condiţiile în care se efectuează măsuratoarea depind de factorii

mediului exterior; determinarea acestora este importantă pentru

eliminarea eventualelor erori ce pot aparea în procesul măsurării.

Observaţia - etapa în care se efectuează observaţiile necesare

determinării valorii unei mărimi.

Citirea - etapa în care se efectuează citirea, în general cu

ajutorul unei scale liniare sau circulare.

Pe baza rezultatelor citirii, se determina în final valoarea

numerică a marimii de măsurat. Valorile numerice obtinute conţin

diverse erori. Dintre tipurile de erori menţionăm:

1) Erori accidentale – erori întamplatoare, care se datorează unor

cauze greu de determinat şi înlaturat;

2) Erori sistematice – erori care apar în aceeaşi direcţie şi au în

fiecare caz o valoare bine determinată, constantă sau variabilă;

dintre cauzele acestor tipuri de erori amintim :

defecte ale aparatelor de măsură;

condiţii de mediu nefavorabile în timpul

efectuării măsurătorii;

particularităţi ale operatorului în timpul

măsurătorii.

3) Erori grosolane – erori care se datorează unor greşeli de

măsurare, în general datorate neatenţiei.

18

În practică, obţinerea valorii reale a unei mărimi fizice este

imposibilă. Valoarea reala poate fi doar aproximată, precizia ei

depinzând de cel puţin trei factori şi anume :

precizia instrumentelor de măsurare;

metoda de măsurare;

îndemânarea operatorului.

Cunoaşterea cauzelor, calcularea erorilor şi înlaturarea

acestora reprezintă una din problemele de bază în efectuarea

măsurătorilor.

Folosindu-se proprietăţile undelor radar precum şi a radiaţiilor

luminoase din domeniul vizibil şi invizibil al spectrului undelor

electromagnetice, au fost create aparate optico-electronice pentru

măsurători de distanţe de mare precizie. Acest lucru a adus o

contribuţie importantă la determinarea cu precizie ridicată a

distanţelor în cazul reţelelor de trilateraţie.

Dintre avantajele determinării distanţelor utilizând aceste tipuri

de aparate menţionăm:

- posibilitatea măsurătorilor pe orice tip de condiţii meteo(în

cazul aparaturii ce utilizează microundele);

- automatizarea culegerii şi prelucrării datelor este mai uşoară;

- reducerea costurilor datorate construcţiilor geodezice necesare

în cazul utilizării aparaturilor clasice;

- rezultatele măsurătorilor de distanţe cu echipamente

electronice sunt mai puţin subiective faţă de cele cu aparatură

clasică(se elimină erorile datorate citirii de către operator a

valorilor unghiulare).

Dintre dezavantajele utilizării aparaturilor de acest gen

menţionăm influenţa parametrilor atmosferici în cazul utilizării undelor

19

de lumină(presiunea, temperatura şi în mod special umiditatea).

Utilizarea acestor aparaturi, implică instrumente anexe pentru

măsurarea acestor parametrii. Aceste instrumente, la rândul lor,

implică existenţa unor laboratoare şi personal specializat.

Aplicaţiile măsurătorilor prin unde sunt nelimitate datorită

preciziei şi razei de acţiune a aparatelor, de la măsurători foarte

precise de distanţe mici până la măsurători de distanţe cosmice cum

ar fi Pământ-Lună sau Pământ-sateliţi. Dintre aceste aplicaţii ale

măsurătorilor prin unde menţionăm:

- localizarea sateliţilor pe orbită;

- cercetări geodezice propriu-zise asupra formei şi dimensiunilor

Pământului;

- studii asupra alunecărilor de teren;

- studii asupra deplasărilor tectonice ale scoarţei terestre;

- crearea de reţele de triangulaţie;

- crearea de reţele de microtriangulaţie de precizie pentru trasări

industriale;

- crearea de reţele necesare la urmărirea construcţiilor;

- prospecţiuni marine.

Rezultatul brut al măsurătorii este supus în general procesului

de corecţie fizică, de temperatură şi presiune atmosferică, elemente

ce influenţează propagarea undelor electromagnetice în aer. Procesul

de corecţie matematică, aplicat automat la staţiile totale asupra

distanţei înclinate corectată fizic se referă la efectul de curbură a

Pământului, refracţia atmosferică şi reducerea la orizont a acesteia.

Într-o staţie totală, distanţa înclinată, căreia i s-a aplicat

corecţia pentru factorii meteorologici Lk, va rezulta după măsurarea

distanţei înclinate brute(necorectate) Lbr sub forma:

20

Lk = (Lbr + Lint + Lpr) ∙ cf

Unde:

Lk = distanţa înclinată;

Lbr = distanţa înclinată brută;

Lint = corecţia internă a dispozitivului electronic de măsurare a

distanţei;

Lpr = constanta adiţională a prismei reflectoare;

Cf = factor de corecţie fizică:

Cf = [1+(n0-n)∙10-6]∙(1+a∙T2∙10-6)

Unde:

n0 = 255 – indicele de refracţie de bază;

n = (79.146∙P)/(272.479+T) – indicele de refracţie curent;

a = 0.001 – coeficientul de corecţie pentru presiunea vaporilor;

T = temperatura curentă in 0C;

P – presiunea atmosferică curentă în hPa(mbar).

Distanţa redusă la planul orizontal Dk, este determinată de relaţia:

Dk = (D1 + D2)∙M

Unde:

D1 = Lk∙sin(V+R) ;

V = unghiul vertical zenital măsurat pe aliniamentul respectiv;

R = 6.5∙10-7∙Lk∙sin(V) – efectul refracţiei atmosferice;

21

D2 = -1.57∙10-8∙h∙ Lk∙sin(V) – efectul curburii Pământului;

h = diferenţa de nivel între capetele distanţei măsurate;

M = coeficientul de scară.

Metode de măsurare a distanţelor

Trilateraţia este metoda geodezică bazată pe măsurarea

laturilor triunghiurilor unei reţele, având ca scop determinarea

coordonatelor punctelor reţelei.

Datorită apariţiei instrumentelor ce utilizează undele în

procesul de măsurare a distanţelor şi tinând cont de faptul că precizia

acestora este foarte bună precum şi faptul că realizarea măsurătorilor

este mult mai uşoară decât cea a măsurătorilor unghiulare, trilateraţia

se poate considera ca una din metodele economice de creare a

reţelelor planimetrice de sprijin.

Execuţia trilateraţiei presupune că toate punctele reţelei să fie

accesibile deoarece la fiecare latură măsurată, la un capăt se

instalează instrumentul şi la celălalt reflectorul.

De asemenea, ţinând cont de faptul că instrumentele moderne

pot determina distanţe mari, de ordinul kilometrilor, rezultă că se

poate lucra în reţele de ordinul III, IV şi V, cu rezultate foarte bune din

punct de vedere al preciziei.

Ca principu de măsurare, în reţelele de triangulaţie se

stationează toate punctele, măsurandu-se distanţele tuturor laturilor

reţelei, cu minim 3 serii complete de observaţii, iar calculele de

compensare utilizează valorile medii. Laturile sunt măsurate în

ambele sensuri, astfel că în reţea există măsurători în surplus ceea ce

permite o compensare riguroasă a reţelei prin diverse metode

consacrate cum ar fi metoda celor mai mici pătrate.

22

Parametrii atmosferici care influenţează propagarea undelor

electromagnetice

Atmosfera, cuvânt de origine greacă(athmos=aer,

spherein=sferă, înveliş), ce reprezintă învelişul gazos al Pământului,

menţinut în jurul acestuia prin forţa gravitaţională a acestuia.

La nivelul mării şi la temperatura de 00C, un litru de aer uscat

cântereşte 1.293gf ; pe măsură ce urcăm, atmosfera se rarefiază şi

de asemenea greutatea unităţii de volum se reduce.

Moleculele aerului sunt supuse la două forţe: gravitaţia şi forţa

centrifugă determinată de rotaţia Pământului; distanţa la care cele

două forţe îşi fac echilibrul, (cca. 2500Km) reprezintă grosimea

maximă posibilă a atmosferei terestre.

Compoziţia gazoasă a atmosferei Pământului s-a schimbat de-

a lungul celor aproximativ 4.5 miliarde de ani de existenţă, trecând

prin mai multe faze intermediare modificându-şi atât compoziţia

chimică cât şi densitatea, grosimea sau transparenţa.

În prezent, atmosfera terestră conţine :

- azot(nitrogen) N2 = 78.2%

- oxigen O2 = 20.5%

- argon Ar = 0.92%

- bioxid de carbon CO2 = 0.03%

- restul de 0.35%, este constituită din alte gaze dintre care

menţionăm:

hydrogen

heliu

xenon

23

cripton

ozon

Procesele de formare a atmosferei sunt legate de compoziţia

sa chimică, care la rândul său a influenţat procesele climatice.

În urmă cu 4.5 miliarde de ani(formarea globului pământesc),

hidrogenul şi heliul erau gazele predominante; datorită densităţii

scăzute a celor două gaze, acestea încep să se disipeze progresiv în

spaţiu, neputând fi atrase de gravitaţia Pământului;

Datorită activităţilor vulcanice şi respectiv procesului de răcire

lentă a Pământului, a luat naştere o atmosferă cu o compoziţie de

circa 80% vapori de apă, circa 10% bioxid de carbon si circa 6%

hidrogen sulfurat. Lipsa precipitaţiilor din acea perioadă se poate

explica prin faptul că deşi erau vapori de apă suprafaţa fierbinte a

Pământului nu permitea condensarea acestora;

Provenienţa apei pe Pământ se datorează scăderii temperaturii

atmosferei sub punctul de fierbere al apei, în acest fel aerul supra-

saturat cu vapori de apă determină condensarea apei sub forma unor

ploi. În această perioadă s-au format mările şi oceanele;

Radiaţia ultravioletă intensă a determinat o descompunere

fotochimica a moleculelor de apă, metan şi amoniac, prin acest

proces acumulându-se bioxid de carbon şi azot. Gazele mai

uşoare(cum ar fi heliul sau hidrogenul), au urcat în straturile

superioare ale atmosferei disipându-se în spaţiul cosmic, iar gazele

mai grele(cum ar fi bioxidul de carbon), s-au dizolvat în mare parte în

apa oceanelor. Azotul, inert din punct de vedere chimic, a rămas

neschimbat în atmosferă fiind componenta de bază a acesteia;

Oxigenul joacă un rol esenţial în existenţa vieţii pe Pământ,

apărând sub forma liberă, gazoasă, acum circa 3.5 miliarde de ani

datorită procesului de fotosinteza a bacteriilor care descompuseseră

produsele ce conţineau grupe cianhidrice; oxigenul astfel format s-a

dizolvat în mare parte în apa oceanelor oxidând metalele feroase. În

24

urmă cu circa 350 milioane de ani, o parte din oxigen a format prin

ionizare în straturile superioare a atmosferei ozonul, ce protejază

Pământul de razele ultraviolet. Se presupune că începand cu acea

perioadă pâna azi, compoziţia aerului atmosferic a rămas relativ

stabilă.

Atmosfera Pământului are o masă de circa 4.9∙1018 kg şi este

constituită din mai multe straturi :

- troposfera: 0km(deasupra munţilor înalţi) sau 7 km(zona

polară)–17km(la tropice)

În troposferă(stratul inferior al atmosferei) au loc fenomenele

meteorologice; este stratul atmosferei cel mai apropiat de

suprafaţa planetei noastre. Temperatura scade odată cu

creşterea în altitudine ajungând până la - 52 grade Celsius.

Aici este concentrată cea mai mare cantitate de aer;

- stratosfera : de la 7-17km până la 50km; aici se află ozonul

resonsabil de filtrarea radiaţiilor ultraviolete ce sunt emise de

Soare. Aceste unde sunt nocive pentru om. Datorită poluării,

ozonul s-a subţiat mult şi prezintă o imensă gaură în zona

continentului Antarctica. Temperatura creşte ajungând la - 3

grade Celsius;

- mesosfera : de la 50km până la 80km;

- termosfera : între 80km şi 550km;

- exosfera : între 550km şi 1000km până la 100000km cu o

trecere la spaţiul interplanetar.

Mesosfera, termosfera şi exosfera alcătuiesc zonele exterioare

ale atmosferei terestre.

25

Atmosfera terestră constituie mediul de propagare a undelor de

orice fel.

După cum se ştie, acest mediu nu este omogen, starea

acestuia este determinată de trei parametrii principali :

- presiune;

- temperatură;

- umiditate;

Aceşti parametrii variază în funcţie de:

- variaţiile periodice ale factorilor cosmici care actionează în

atmosferă;

- fenomenele meteorologice.

26

Presiunea atmosferică(p)

Este efectul greutăţii aerului care apasă pe suprafaţa

Pământului.

Presiunea(p) = forţa pe unitatea de suprafaţă aplicată în

directie perpendiculară pe acea suprafaţă.

Presiunea relativă = diferenţa de presiune faţă de presiunea

atmosferică.

p = F / A

21

2

2

tmll

t

lm

A

Fp

Unde:

F = forţa exercitată prin apăsarea atmosferei pe unitatea de

suprafaţă

A = suprafaţa

[p]SI = 1 Pa = 1 N / m2 = kg / m s2 (adoptată în 1971)

Unitatea de măsură pentru presiune, utilizată înainte de 1971 a

fost N / m2

Alte unităţi de măsură pentru presiune :

bar = 105 Pa

1 at(atmosferă tehnică) = 1 kgf / cm2 = 98166.5 Pa

mm coloană de apă(la temperatura de 200C) = mmH2O

milimetru coloană de mercur(mmHg) = 1 torr = presiunea

capabilă să echilibreze o coloană de mercur cu secţiunea de

27

1 cm2 şi cu înalţimea de 1 mm, la temperatura de 0C şi

acceleraţia gravitaţională g= 9.80665 2sm

1 mmHg = 1.35951 gf/cm2

Presiunea normală = presiunea de o atmosferă fizică:

1 atm(atmosferă fizică) = 101325 Pa = 760mmHg

Atmosfera fizică(folisită în meteorologie) este considerată

presiune normală în definirea multor proprietăţi şi corespunde cu

presiunea atmosferică la nivelul mării.

1 ata(atmosferă absolută) = n atm = (n+1) at

Presiunea statică(pSI) = presiunea interioară a unui fluid,

măsurată cu un aparat care se mişcă cu aceeaşi viteză ca şi fluidul.

Presiunea dinamică(pdin) = presiunea suplimentară a unui fluid

care s-ar lovi de o suprafaţă şi ar fi obligat să-şi consume complet

energia cinetică.

pdin = ρ ∙ (ν2 / 2)

Unde :

ρ = densitatea fluidului in kg/m3

ν = viteza în m/s

Presiunea de stagnare = presiunea pe care ar exercita-o un

fluid în mişcare dacă ar fi forţat să se oprească. Dacă un fluid se

mişcă mai repede, presiunea de stagnare creşte.

Presiunea hidrostatică = este presiunea datorată greutăţii unui

fluid.

p = ρgh

Unde:

28

ρ = densitatea fluidului in kg/m3

g = acceleraţia gravitaţională(9.8066m/s2 la suprafaţa mării)

h = înaltimea coloanei de fluid(în metri)

Presiunea de explozie = presiunea creeată în urma aprinderii

gazelor explozive, a aerosolilor sau a suspensiilor în medii închise

sau deschise şi care se propagă sub forma undei de şoc.

Temperatura aerului(t)

Temperatura este o mărime care variază continuu de la un

punct la altul, astfel încât, în funcţie de locul în care este măsurată,

poate prezenta diferenţe notabile faţă de valorile obţinute în

vecinătate.

Conform Organizaţiei Mondiale de Meteorologie, temperatura

aerului se măsoară în adăposturi meteorologice concepute după

criterii standar; acestea sunt constituite din o incintă închisă, dar

ventilată, situată pe o platformă meteorologică, la 2m faţă de

suprafaţa solului; în acest mod temperatura măsurată în aceste

condiţii nu este influenţată de proximitatea clădirilor, traficul rutier,

vegetaţia abundentă sau alţi factori perturbatori.

Principala sursă de caldură pentru planeta Pământ o constituie

Soarele.

Ajunsă la suprafaţa Pământului energia radiantă solară este

supusă unor importante transformări; o parte din aceasta este

asorbită de catre sol şi transformată în energie calorică, iar o altă

parte este reflectată către atmosferă; în acest mod solul se încalzeşte

şi devine o sursă de energie.

[t]SI = k (k = kelvinul)

29

Temperatura 0 K este numită zero absolut şi este punctul în

care moleculele şi atomii au cea mai mică energie termică. De obicei

se folosesc două scări de temperatură, scara Celsius, cu precădere în

ţările europene şi scara Fahrenheit, în Statele Unite. Acestea se

definesc cu ajutorul scării Kelvin care constituie scara fundamentală a

temperaturilor în ştiinţă şi tehnică.

Un grad Celsius reprezintă a 1/273,16-a parte din intervalul

cuprins între punctul triplu al apei (0,01 °C) şi punctul de zero absolut

(-273,15 °C), la presiune normală.

Raportul de conversie este dat de relaţiile:

T(°C)=T(K) - 273,15

T(°F) = 9/5 T(K) - 459,67

sau :

T0F = (9/5)t0C+32 = (9/5)t0K-459.5

T0C = (9/5)t0F-32 = t0K-273

T0K = t0C+273 = (5/9)t0F+255.22

Umiditatea aerului(e)

Umiditatea aerului este cantitatea de vapori de apă conţinuţi

într-un eşantion de aer.

Există trei moduri de a exprima umiditatea: umiditatea relativă,

umiditatea absolută şi umiditatea de saturaţie.

Umiditatea absolută de saturaţie reprezintă cantitatea maximă

de apă în stare gazoasă pe care o poate conţine un eşantion de aer.

30

Aceasta poate să difere în funcţie de temperaturile la care se află

aerul.

De exemplu:

- la 20ºC aerul dintr-un metru cub poate conţine maxim 17,3

grame de apă;

- la 25ºC aerul dintr-un metru cub poate conţine maxim 23,1

grame de apă;

- la 30ºC aerul dintr-un metru cub poate conţine maxim 30,4

grame de apă.

Umiditatea absolută reală este cantitatea reală de vapori de

apă existentă în aer. Raportul dintre umiditatea absolută reală la un

anumit moment dat şi umiditatea absolută de saturaţie la acea

temperatură se numește umiditate relativă. Altfel spus, starea de

saturaţie este atunci când umiditatea relativă a aerului este de 100%.

Umiditatea relativă(Hrel) - reprezintă raportul dintre umiditatea

absolută şi cea de saturaţie.

Umiditatea absolută( Habs) - reprezintă cantitatea de apă

conţinută într-un volum definit de aer;

Umiditatea de saturaţie(Hsat) - reprezintă cantitatea maximă

de apă ce poate fi conţinută într-un volum definit de aer;

Umiditatea aerului variază în funcţie de anotimp, latitudine

geografică sau diverşi factori locali.

Umiditatea aerului reprezintă parametrul cel mai dificil pentru

tehnica măsurătorilor prin unde, deoarece acest parametru

influenţează cel mai mult viteza de propagare a undelor.

Vaporii de apă pătrund în atmosferă în timpul procesului de

evaporare şi revin în stare lichidă prin procesul de condensare. În

urma procesului de evaporare şi condensare în atmosferă se produce

31

un circuit al apei, în care intră în joc o mare cantitate de apă. Aceste

procese influenţează evoluţia vremii şi totodată şi bilanţul termic al

suprafeţei terestre.

Unitatea de măsură pentru umiditate este molul care se

defineşte cu ajutorul constantei lui Avogadro:

[e]SI =1/u = 6.024∙1026

şi reprezintă inversul unităţii atomice de masă u = 1.6660∙10-27kg

Instrumente de măsură pentru presiune, temperatură şi umiditate

Instrumente de măsură pentru presiune

În măsurătorile prin unde, pentru determinarea presiunii

atmosferice se întrebuinţează mai multe tipuri de instrumente,

cunoscute în general sub numele de barometre. În linii mari acestea

sunt:

1. Barometrul cu mercur, care se bazează pe principiul echilibrării

presiunii atmosferice prin greutatea unei coloane de mercur. Acest

principiu elaborat de Torricellii în anul 1643 este utilizat în construcţia

orcărui barometru cu mercur.

2. Barometrul aneroid, funcţionează pe principul mecanic al

deformaţiilor unei capsule parţial vidate, sub influenţa presiunii

atmosferice.

3. Barometru electric, este în esenţă un barometru aneroid

perfecţionat, ale cărui indicaţii de presiune sunt redate sub formă

numerică de un dispozitiv digital cu citire directă de 0.1 mbar.

4. Altimetrul, este de asemenea un barometru aneroid, care pe

lângă scara presiunilor gradate de regula în mm Hg, posedă şi o

scară suplimentară care indică valoarea altitudinii în metri deasupra

nivelului mării.

32

5. Hipsometrul, cunoscut şi sub numele de termobarometru,

functionează pe principiul fizic al dependenţei temperaturii de fierbere

a apei distilate, de presiunea atmosferică a mediului în care se face

experienţa.

6. Altimetru interferenţial, este în esenţă un barometru aneroid la

care deformaţiile capsulelor Vidi sub influenţa variaţiilor presiunii

atmosferice, se măsoară cu foarte mare precizie utilizând interferenţa

luminii.

Barometrul cu mercur

Acesta poate fi de două tipuri:

1. cu rezervor fix, aşa numitul barometru de tip Füess(fig.2)

2. cu rezervor mobil, cunoscut sub numele de barometru tip

Fortin.

Din punct de vedere al principiului pe care se bazează, ambele

tipuri sunt identice, ele funcţionând pe principiul tubului lui Torricelli.

33

Barometru cu mercur cu rezervor fix.

Este format din următoarele părţi:

T - tubul barometrului de sticlă cu lungimea de circa 85 cm, având

dimensiuni mai mari (7-8 mm) în dreptul scării presiunilor. La partea

inferioară tubul barometric este prevazut cu o îngustare B (o supapă

specială numită Bunten), care împiedică aerul să pătrundă în spaţiul

vidat. La partea inferioara, tubul posedă o garnitură metalică specială

g, prin intermediul căreia tubul barometric de sticlă se racordează la

partea superioară a rezervorului.

R- Rezervorul cu mercur al barometrului, acesta cuprinde trei piese şi

anume:

c - capacul rezervorului prevăzut cu un mic orificiu în care patrunde

un şurub special p, care prin deşurubare permite mercurului din

rezervor să comunice cu atmosfera; Şurubul respectiv poartă

denumirea de şurub de presiune.

34

f - fundul rezervorului, prevazut cu un orificiu central în care pătrunde

şurubul de staţie. Acesta în timpul transportului se înlocuieşte cu un

cu un alt şurub special cu arc şi piston ( şurub de transport), care

acoperă etanş gura barometrului.

m - mijlocul rezervorului, care este un inel metalic, prevazut cu o

diafragmă avand practicată în ea un orificiu central ceva mai mare,

prin care patrunde gura tubului barometric şi altele cinci mai mici.

Sc - scara barometrică, sau scara presiunilor, aflată la partea

superioară a tubului de protecţie P care este înşurubat în capacul

rezervorului. Scara barometrului este divizată din mm în mm. Pentru

aprecierea zecimii de milimetru scara poseda un Vernier V, care se

manevrează dintr-un şurub, cu cremaliera E.

Alte tipuri de instrumente pentru masurarea presiunii:

Alte aparate cu ajutorul cărora se poate măsura presiunea se

numesc manometre. După principiul de funcţionare, acestea se pot

clasifica în două categorii:

- manometre cu lichid(funcţionarea acestora se bazează pe legea de

variaţie a presiunii în lichidele aflate în repaus; se mai numesc si

piezometre);

- manometre cu element elastic(funcţionarea acestora se bazează pe

dependenţa dintre valoarea presiunii şi mărimea deformaţiei

elementului elastic).

Măsurarea presiunii se poate face şi cu aparate ce

functionează pe baza altor principii, precum cele ce utilizează

traductoare electrice sau pneumatice.

Manometre cu lichid

Sunt aparate ce se caracterizează printr-o construcţie simplă şi

o precizie ridicată, fiind utilizate în laboratoare şi industrie ca

instrumente etalon.

Manometrul cu lichid functionează pe baza legii fundamentale

a hidrostaticii: diferenţa de presiune dintre două puncte aflate la

35

adâncimi diferite într-un lichid este egală cu produsul dintre greutatea

specifică a lichidului şi diferenţa de nivel între cele două puncte.

Principiul lor de funcţionare se bazează pe echilibrarea

presiunii de măsurat prin presiunea hidrostatică produsă de o coloană

cu lichid.

Domeniul de măsurare al acestor aparate este cuprins între:

0,1 – 0,15 2mMN . Clasificarea manometrelor cu lichid :

A) După valoarea presiunii măsurate:

- manometre: masoară presiuni mai mari decât

presiunea atmosferică;

- vacuummetre: măsoară presiuni mai mici decât

presiunea atmosferică;

- manovacuummetre: măsoară presiuni atât mai mari

cat şi mai mici decât presiunea atmosferică;

- micromanometre, microvacuummetre,

micromanovacuummetre: măsoară presiuni de valori

mici până la 500 mm OH 2 .

B) Din punct de vedere constructiv sunt aparate cu citire

directă şi pot fi:

- aparate cu tub U;

- aparate cu rezervor şi tub vertical;

- aparate cu rezervor şi tub înclinat.

Aparatul cu tub U

Acest aparat este cel mai simplu aparat cu lichid. El se

compune dintr-un tub de sticlă în forma de U, fixat pe un suport rigid.

Între cele două braţe ale tubului se găseşte o scară gradată, cu

36

reperul „o” la mijloc. Tubul de sticlă este umplut până la jumătatea

scării gradate, adică până la reperul o, cu lichid manometric. Lichidul

manometric poate fi: apă sau mercur.

Cu aceste aparate se pot măsura atât suprapresiuni cât şi

depresiuni.

Presiunea de măsurat ( ap ), „se leagă” la unul din capetele

tubului, celălalt capăt rămânând în legatură cu presiunea atmosferică.

Cea mai mare dintre presiuni împinge lichidul din tub în ramura

cealaltă, iar diferenţa de nivel aparută între cele două ramuri este

direct proporţională cu diferenţa dintre cele două presiuni.

Scara gradată permite citirea directă în unităţi ale presiunii.

Sensibilitatea aparatelor este invers proporţională cu greutatea

specifică a lichidului manometric.

Constructiv, tuburile se realizează până la o inăltime de 2 m,

iar în cazuri speciale, pentru laboratoare se construiesc şi tuburi cu

înăltimea de 3m. Limita inferioară de măsurare pentru acest tip de

aparate este 100 mm OH 2 , deoarece sub această limită cresc erorile

relative de măsurare.

37

Aparat cu rezervor şi tub vertical

Aceste aparate se folosesc în laboratoare, ca manometre sau

vacuummetre etalon de verificare (lichidul utilizat fiind mercurul), sau

se folosesc în industrie, caz în care lichidul manometric este apa.

Scara aparatelor este etalonată în unităţi de presiune,

gradarea făcându-se prin comparare cu un aparat etalon.

Domeniul de măsurare este limitat la valori cuprinse între 0,15-

0,3 2mMN , pentru suprapresiuni şi până la 0,1 2m

MN , pentru

depresiuni.

Erorile de măsurare sunt cuprinse în intervalul 1-3 mm

coloană de lichid.

La acest aparat unul din braţe se înlocuieşte cu un vas de

secţiune mult mai mare (de 400 de ori mai mare) decât celălalt braţ.

Ca lichid manometric se utilizează mercurul.

Deosebirea faţa de aparatul cu tub U este aceea că presiunea

se află făcând o singură citire pentru determinarea diferenţei de nivel.

38

Dacă ba pp , rezervorul se racordează la instalaţia cu

presiunea ap de măsurat, capătul tubului vertical rămânând liber sub

acţiunea presiunii atmosferice bp .

Dacă ba pp , tubul vertical se racordează la instalaţia de

presiune ap de măsurat, iar rezervorul rămâne sub acţiunea presiunii

atmosferice.

Manometru cu rezervor şi tub înclinat

Se utilizează pentru măsurarea micropresiunilor de ordinul

milimetrilor coloana de apă.

Se aseamănă, constructiv cu manometrul cu rezervor şi tub

vertical, deosebirea fiind aceea că tubul este înclinat cu un unghi

faţă de orizontală, cu scopul de a obţine deplasări mari ale lichidului

în tub pentru variaţii mici de presiune.

Se utilizează orice fel de lichid manometric, dar în special,

alcoolul etilic. Din punct de vedere constructiv, unghiul de înclinare

poate fi fix sau variabil, presiunea limită măsurată fiind cu atât mai

mare cu cât unghiul de înclinare este mai mare. Cu toate acestea,

valoarea inferioară limită a unghiului este de 15. Scara aparatului

este gradată în mm coloană de apă. Domeniul de măsurare variază

între 10-200 mm OH 2 (100-200 2mN ), iar erorile de măsurare

variază între 0,5-1,5 % din limita superioară de măsurare.

39

Manometre cu element elastic(numite şi traductoare elastice)

Sunt aparate de măsurare a presiunii care au în componenţa

lor, un element elastic, care afişează direct valoarea măsurată, au

construcţie simplă şi robustă, asigură o precizie ridicată şi se

utilizează simplu. Funcţionarea lor se bazează pe deformarea

traductorului elastic sub acţiunea presiunii, deformaţia elastică fiind

proporţională cu valoarea presiunii de măsurat. Scara gradată a

acestor aparate are diviziuni cu valori ale unitătilor de presiune.

Clasificarea aparatelor cu elemente elastice:

Cu tub elastic:

- cu tub Bourdon;

- cu tub elicoidal;

- cu tub spiral.

Cu membrană:

- cu membrană;

- cu capsulă;

Cu burduf.

Materialele folosite pentru elementele elastice sunt: aliaje Cu –

Be, bronz fosforos; aliaje Cu- Ni şi oteluri inoxidabile aliate cu Ni, Cr,

Ti, Mo.

La aparatele care măsoară presiunea unor lichide agresive,

piesele aparatului, care vin în contact direct cu lichidul trebuie să fie

din materiale inerte din punct de vedere chimic.

Aparatele sunt protejate împotriva prafului, a apei şi a umidităţii.

Aparate cu tub elastic: au elementul elastic sub formă de tub curbat

(Bourdon) sau tub spiralat. Secţiunea tubului este ovală.

40

Aparat cu tub Bourdon

Părţi componente:

1 – element elastic;

1’ – arc tubular de deschidere;

2 – pârghie de legătură;

3 – sector dinţat;

4 – pinion;

5 – ac indicator;

6 – cadran;

7 – cep filetat de legătură;

8 – carcasă;

9 – ramă;

10 – geam de protecţie.

Tubul Bourdon, de formă curbată cu secţiune ovală (1) se

deformează atât în secţiune cât şi în deschidere. Deformaţiile

deschiderii sunt transmise printr-un mecanism cu roţi dinţate la axul

acului indicator, acul indicator transformă mişcarea de rotaţie a axului

în unităţi de presiune.

41

Aparatele cu tub spiral sau cele cu tub elicoidal, permit o

deplasare mai mare a capătului liber, fiind preferate atunci când

măsurarea este însoţită de înregistrare.

Domeniul de măsurare al aparatelor cu tub este:

- la aparatele de tip Bourdon: 1000 2mN - 1000 2m

MN ;

- la aparatele cu tub spiral: 1000 2mN - 25 2m

MN ;

- la aparatele cu tub elicoidal: 10 000 2mN - 60 2m

MN .

Aparate cu membrană: Funcţionează pe baza deformării

elastice a membranelor sub influenţa presiunii. Membranele se pot

folosi singure sau combinate două câte două, formând capsule.

Manometru cu membrană: Elementul elastic la aceste

aparate este o membrană montată într-o cameră de presiune.

Transmiterea presiunii şi transformarea ei în indicaţie pe

cadranul aparatului se face prin acelaşi mecanism multiplicator ca la

manometrele cu tub.

42

Membranele sunt plăci metalice subţiri, cu feţe plane sau

ondulate concentric, confecţionate din aliaje metalice: bronz fosforos,

bronz sau beriliu.

Sub acţiunea presiunii, membrana se deformează, centrul ei se

deplasează şi transmite mişcarea la mecanismul amplificator.

Domeniul de măsurare este cuprins între:

1000 2mN - 4 2m

MN .

Manometru cu capsulă: elementul elastic este o capsulă

formată din două membrane lipite pe contur.

Sub acţiunea presiunii introduse în capsulă, deformaţia care

apare este transmisă prim mecanismul multiplicator la acul indicator.

Domeniul de măsurare este cuprins între:

100 2mN - 60 000 2m

MN .

43

Aparate cu burduf:

Au construcţie asemănătoare cu celelalte manometre, cu

diferenţa că elementul elastic este un tub elastic numit silfon(burduf).

Silfonul (burduful) este un tub cilindric cu pereţi ondulaţi, ale

cărui variaţii de lungime, sub acţiunea presiunii de măsurat, sunt

transformate, printr-un mecanism cinematic, în deplasări circulare ale

acului indicator.

Presiunea de măsurat poate acţiona atât din interior cat şi din

exterior. Deplasarea capătului liber al silfonului este direct

proporţională cu presiunea aplicată şi este transmisă la acul indicator.

Se utilizează, de regulă, cu dispozitive de înregistrare sau în

sisteme de reglare automată.

Domeniul de măsurare este cuprins între: 50 2mN si

0,5 2mMN .

44

Instrumente de măsură pentru temperatură

Termometrul

Instrument utilizat la măsurarea temperaturii. Cel mai utilizat

este cel cu mercur, care este constituit dintr-un capilar de sticlă cu

diametru uniform care este deschis într-un balon umplut cu mercur la

un capăt. Ansamblul este închis pentru a asigura o stare parţială de

vid, în acest fel, dacă temperatura creşte, mercurul se ridică în

capilar. Temperatura poate fi citită pe o scară adiacentă. În prezent,

în domeniul medical, mercurul tinde a fi înlocuit cu diverse alte lichide

mai puţin periculoase în caz de accidente. De asemenea sunt utilizate

şi alte lichide în construcţia termometrelor.

Invenţia termometrului îi este atribuită lui Galileo Galilei deşi

termometrul etanş a fost inventat în anul 1650.

Termometrele moderne cu alcool şi mercur au fost inventate

de fizicianul german Gabriel Daniel Fahrenheit care a propus şi prima

scară numită scara fahrenheit.

Scara centigradă sau Celsius a fost inventată de astronomul

suedez Anders Celsius.

Scara Kelvin a fost inventată de matematicianul şi fizicianul

britanic William Thomson(baron Kelvin).

Termometrul meteorologic simplu

Temperatura aerului în măsurătorile geodezice prin unde se

determină cel mai simplu tot cu un termometru obişnuit, cu condiţia

45

ca domeniul scării acestuia să corespundă domeniului de variaţie a

temperaturii aerului. În acest scop se utilizează cu precadere

termometrul, meteorologic sau psihrometric. Acesta ca orice

termometru, este alcatuit dintr-un rezervor de mercur la care se afla

racordat un tub capilar. Mercurul, frecvent folosit ca substanţă

termometrică sensibilă, se afla atât în rezervor cât şi în prima

porţiune a tubului capilar.

Tubul capilar este aplicat pe o scară termometrică fiind

confecţionată din porţelan alb (opal).

Prinderea tubului de scara termometrică se face cu ajutorul a

două bucăţi de sârmă subţire.

Scara termometrului meteorologic simplu este gradată de la -

350C la +600C, fiecare grad fiind împărţit în cinci părţi.

Măsurarea temperaturii aerului cu termometrul meteorologic

simplu se face numai la umbră, la înalţimea de cel puţin doi metri

deasupra solului, termometrul distanţat la cel puţin 40-50 cm de

operatorul care efectuează lucrările.

În afară de termometrul simplu, de felul celui descris mai sus

în meteorologie se mai folosesc termometre de maximă şi minimă,

termografe de diferite tipuri, termometre cu rezistenţă electrică şi

termistori. Dintre acestea un interes deosebit pentru măsurătorile

geodezice prin unde, îl reprezintă aparatul înregistrator de

temperatură - termograful şi termometrul cu rezistenţă electrică.

Termograful

Este un aparat folosit pentru înregistrarea continuă a

temperaturii aerului atmosferic.

În acest sens termograful este constituit dintr-o piesă

sensibilă la variaţia de temperatură, un sistem de pârghii de

46

transmisie, şi partea înregistratoare formată dintr-o rolă de hârtie

specială antrenată de un mecanism de ceasornic.

Pe rola de hârtie, o peniţă cu cerneală specială desenează în

mod continuu curba variaţiei de temperatură a aerului, care este

apoi interpretată la birou.

Termograful aduce servicii măsurătorilor geodezice prin unde

în studiul variaţiei diurne a indicelui de refracţie atmosferică.

Alte tipuri de termometre

Plecând de la observaţia că, rezistenţa electrică a

conductorilor şi semiconductorilor creşte odată cu creşterea

temperaturii, au fost create termometre utilizând acest principiu de

măsurare al temperaturii, numite şi termometre cu rezistenţă(sau

termometre electrice), unde un voltaj constant sau un potenţial

electric este aplicat unui termistor.

Termometrele electrice sunt caracterizate printr-o mare

sensibilitate şi deci precizie ridicată în măsurători.

Marele avantaj al acestor instrumente constă în faptul că

permite automatizarea, ele putând fi instalate pe sonde

meteorologice pentru măsurarea cu continuitate a temperaturii în

timpul ascensiunii. Asemenea măsurători sunt extrem de utile la

ridicarea profilului termic al atmosferei pe direcţia distanţei de

măsurat, în vederea stabiliri modelului atmosferic care aproximează

câmpul scalar al indicelui de refracţie.

Diferiţi termistori din nichel, mangan sau cobalt sunt folosiţi

pentru temperaturi cuprinse între -460C si +1500C; platina poate fi

folosită pentru temperaturi de până la +9300C.

Măsuri foarte precise de temperatură pot fi făcute cu

termocupluri, unde o diferenţă mică de voltaj apare când două fire de

47

metale diferite sunt unite pentru a forma un cerc şi cele două joncţiuni

au temperaturi diferite. Pentru a mări voltajul, mai multe termocupluri

pot fi conectate în serie pentru a forma un termopil.

Pirometrul optic este folosit pentru a măsura temperatura

obiectelor solide la temperaturi mai mari de 7000C unde majoritatea

celorlalte termometre s-ar topi. Principiul constă în măsurători optice

folosind aşa numitul fenomen ”glow color”. Spectrul culorilor variază

în funcţie de temperatură, de la culoarea roşie ajungând la culoarea

alb la temperaturi de aproximativ 13000C.

Pirometrul conţine un filament asemănător cu cel utilizat la

becul obişnuit, controlat de un reostat care este calibrat în aşa fel

încât culorile în care filamentul străluceşte să corespundă unor

temperaturi specifice.

Alte tipuri de termometre cu scopuri speciale:

Un mod de măsurare al temperaturilor utilajelor sau maşinilor

în timpul funcţionării pot fi estimate cu ajutorul unor straturi de vopsea

specială care işi schimbă culoarea când anumite temperaturi sunt

atinse.

Instrumente pentru determinarea umidităţii aerului

Pentru determinarea umidităţii aerului, în funcţie de scopul

urmărit, se folosesc două categorii de instrumente şi anume.

a - Instrumente pentru măsurarea vaporilor (e)

b - Instrumente pentru măsurarea umidităţii relative (r)

Prima categorie de instrumente poartă denumirea de

psihrometre, iar cea de a doua sunt numite higrometre.

48

Psihrometrul Assmann

Este instrumentul cel mai folosit pentru măsurarea cu precizie

a presiunii vaporilor de apă din atmosferă. Psihrometrul este format

din două termometre identice, unul dintre acestea având rezervorul

infăşurat într-un tifon care se îmbibă cu apă distilată înaintea

începerii măsurătorii (fig. 1). Acesta posedă chiar denumirea de

termometru umed pe când celălalt se numeşte termometru uscat.

Funcţionarea psihrometrului se bazează acum pe următoarele

proprietăţi: cu cât aerul este mai uscat, cu atât procesul evaporării

apei distilate de pe tifonul umezit este mai intens; evaporarea

făcându-se cu absorbţie de căldură. Temperatura indicată de

termometru umed va fi mai joasă faţă de a termometrului uscat, care

este chiar temperatura aerului.

Conform legii lui Dalton, cantitatea Q de căldură absorbită în

timpul evaporării este dată de relaţia:

în care:

49

K - un coeficient ce depinde de viteza curentului de aer din

atmosferă (sau de viteza curentului atmosferic creat pentru

ventilarea rezervoarelor)

l - căldura latentă de evaporare a apei

S - suprafaţa rezervorului umezit al termometrului

E1-tensiunea maximă a vaporilor de apă (saturaţi) la

temperatura suprafeţei umede (t1)

E - tensiunea actuală a vaporilor de apă din mediul atmosferic

înconjurator în momentul determinării

P -presiunea atmosferică.

Deoarece între rezervorul termometrului umed şi aerul

înconjurător se creează o diferenţă de temperatură, conform

principiului lui Newton, spre rezervorul respectiv se dirijază o

cantitate de căldură Q1 dată de relaţia:

Q1 = CS( t - t1 )

în care:

C - coeficientul de proporţionalitate

t - temperatura indicată de termometrul uscat (temperatura

aerului)

t1 - temperatura indicată de termometrul umed

Citirea temperaturilor indicate de cele două termometre se

efectuează în momentul când temperatura termometrului umed a

devenit constantă. În acest moment, rezervorul umed primeşte o

cantitate de căldură egală cu cea consumată pentru evaporare,

adică Q = Q1 şi deci putem scrie:

50

de unde se va scoate valoarea e:

Notând:

(constanta psihrometrică)

avem formula uzuală, numită şi formula Sprung

e = E1-AP( t - t1)

51

Clasificarea generală a aparatelor ce utilizează undele în

procesul de măsurare al distanţelor

O clasificare riguroasă nu este posibilă datorită evoluţiei rapide

a acestora şi tendinţei de automatizare a procesului măsurătorilor.

O clasificare generală poate fi făcută după două criterii

principale şi anume :

A). După spectrul de frecvenţă al semnalului utilizat:

- telemetre electrooptice

- radiotelemetre

B). După modul de determinare a timpului de propagare:

- cu funcţionare în impulsuri

- cu funcţionare pe bază de diferenţă de fază

O clasificare mai detaliată a acestor aparate poate fi efectuată

în funcţie de cinci criterii, după cum urmează:

1) După tipul undei purtătoare:

- radiotelemetre cu rază mare de acţiune(utilizează microunde

radar); se folosesc la determinarea distanţelor la reţelele de

trilateraţie de ordin superior;

Marca Tip aparat Raza de acţiune Eroarea medie

PEM 2 radiotelemetru 0.1 – 70 km 3+3∙10-6∙D

Unde D reprezintă distanţa măsurată.

- telemetre electro-optice sau staţiile totale(utilizează unde de

lumină); se folosesc la determinarea de distanţe pentru reţele

de ordin inferior.

52

Marca Tip aparat Raza de acţiune Eroarea medie

RecElta 13C staţie totală 2 km ±(2mm+2ppm)

Leica TC 605 staţie totală 3.5 km ±(2mm+2ppm)

Geodimeter 640 staţie totală 2.5 km ±(3mm+3ppm)

Unde D reprezintă distanţa măsurată.

2) După metoda de măsurare a distanţelor:

- telemetre cu impulsuri; măsoară distanţa prin măsurarea

directă a timpului de propagare a unui impuls(principiul impuls-

ecou); se utilizează pentru determinarea de distanţe foarte

mari;

- telemetre fazice; determină distanţa prin măsurarea indirectă a

timpului, prin diferenţa de fază dintre modulaţiile transmise şi

cele recepţionate(procedeu fazic).

3) După tipul modulaţiei:

- modulaţie de frecvenţă; utilizată în special la radiotelemetre;

- modulaţie de amplitudine; utilizată la telemetre electro-optice ;

- modulaţie a planului de polarizare; utilizate la aparatele electro-

optice cu precizie submilimetrică a distanţei.

4) După distanţele măsurate:

- distanţe mici; sunt utilizate în scopuri topografice sau

inginereşti speciale;

- distanţe geodezice terestre;

53

- distanţe cosmice; echipamente complexe de tip radar cu

microunde sau laser, utilizând procedeul impuls-ecou.

5) După puterea de rezoluţie a distanţelor:

- aparate cu rezoluţie centimetrică ; majoritatea aparatelor cu

microunde sau unde de lumină;

- aparate cu rezoluţie milimetrică; majoritatea aparatelor cu

microunde sau unde de lumină;

- aparate cu rezoluţie submilimetrică; se întâlneşte la puţine

aparate cu unde de lumină, concepute pentru măsurători

speciale.

În general, dispozitivele electronice pentru măsurarea

distanţelor din staţiile totale, utilizează ca undă purtătoare lumina

infraroşie, cu o frecvenţă de circa 1012 până la 1014Hz(lungimi de

undă de circa 0.76-10μm) şi ca undă modulatoare o undă radio de tip

metric, cu frecvenţa de circa 6-30∙109Hz(lungimea de undă de circa

10-50m). Tinând cont de aceste elemente, numărul de perioade

întregi contorizat de dispozitiv, poate varia între zero şi câteva sute,

pentru distanţe măsurate între 0.5m şi 10000m.

Rezultatul brut al măsurătorii este supus în general procesului

de corecţie fizică, de temperatură şi presiune atmosferică, elemente

ce influenţează propagarea undelor electromagnetice în aer. Procesul

de corecţie matematică, aplicat automat la staţiile totale asupra

distanţei înclinate corectată fizic se referă la efectul de curbură a

Pamântului, refracţia atmosferică şi reducrea la orizont a acesteia.

Într-o staţie totală, distanţa înclinată, căreia i s-a aplicat

corecţia pentru factorii meteorologici Lk, va rezulta după măsurarea

distanţei înclinate brute(necorectate) Lbr sub forma:

Lk = (Lbr + Lint + Lpr) ∙ cf

Unde:

54

Lbr = distanţa înclinată brută

Lint = corecţia internă a dispozitivului electronic de măsurare a

distanţei

Lpr = constanta adiţională a prismei reflectoare

Cf = factor de corecţie fizică:

Cf = [1+(n0-n)∙10-6]∙(1+a∙T2∙10-6)

Unde:

n0 = 255 – indicele de refracţie de bază

n = (79.146∙P)/(272.479+T) – indicele de refracţie curent

a = 0.001 – coeficientul de corecţie pentru presiunea vaporilor

T = temperatura curenta in 0C

P – presiunea atmosferică curentă în hPa(mbar)

Distanţa redusă la planul orizontal Dk, este determinată de relaţia:

Dk = (D1 + D2)∙M

Unde:

D1 = Lk∙sin(V+R)

V = unghiul vertical zenital măsurat pe aliniamentul respectiv

R = 6.5∙10-7∙Lk∙sin(V) – efectul refracţiei atmosferice

55

D2 = -1.57∙10-8∙h∙ Lk∙sin(V) – efectul curburii Pamântului

h = diferenţa de nivel între capetele distanţei măsurate

M = coeficientul de scară

Instrumente şi dispozitive ce utilizează undele în procesul de

măsurare al distanţelor

Distomatele(cunoscute şi ca telemetre), sunt cele mai

cunoscute instrumente ce utilizează undele în procesul de măsurare

al distanţelor.

Firmele producătoare de aparatură de specialitate au creat

diverse tipuri de distomate în funcţie de tipul de undă sau destinaţie.

Putem clasifica aceste instrumente în funcţie de tipul de undă

utilizat:

- ultrasunete

- unde laser

Dintre cele două tipuri de distomate, cele care utilizează

undele laser în procesul de măsurare al distanţelor este superior la

capitolul caracteristici tehnice cu privire la precizia şi mărimea

distanţelor măsurate. Spre exemplu, dacă distomatele cu ultrasunete

au un spectru de măsurare în medie de aproximativ 10-20 m şi o

precizie ce depăşeşte +/-1cm, distomatele cu laser au o precizie de+/-

1mm la o distanţă măsurată de aproximativ 200m .

În continuare voi prezenta câteva dintre cele mai cunoscute şi

utilizate distomate cu laser:

Firma LEICA: clasa D: DISTO D2, DISTO D3, DISTO D5;

clasa A: DISTO A3, DISTO A5, DISTO A6;

DISTO A8;

56

Firma BOSCH: DLE 70, DLE 150, DLE 30;

Firma SKIL: clasa Xact;

Firma STABILA: clasa LE: LE 20, LE 40, LE 50, LE 200;

clasa LD: LD 300, LD 500;

Firma HILTI: clasa PD: PD 4, PD 40, PD 42;

Ca principiu de funcţionare distomatele utilizează o undă

laser(Light Amplification by Simulated Emission of Radiation –

amplificarea luminii prin emisie stimulată a radiaţiei); prin apăsarea

unui buton, această undă este emisă de catre dioda existent în

construcţia distomatului, proiectând un fascicul laser care la

intersecţia cu suprafaţa compactă a ţintei este vizibil sub forma unui

punct de culoare roşie. Măsurarea distanţei se bazează pe emisia şi

recepţia undelor, mai precis pe determinarea timpului de propagare a

undei în lungul distanţei măsurate. Valoarea distanţei rezultă indirect,

ca un produs între timpul de propagare şi viteza de deplasare a undei,

calcule efectuate cu rapiditate datorită programului încorporat în

unitatea de memorie a distomatului.

Pentru a evita producerea de accidente, datorită faptului că

dispozitivul utilizează undele în procesul de măsurare, se recomandă

ca produsul să fie utilizat respectându-se specificaţiile producătorului

precum şi normele de protecţia muncii. Dintre condiţiile de funcţionare

optimă a aparatului menţionăm:

- efectuarea periodică a măsuratorilor de verificare şi etalonare

a instrumentului;

- verificarea părţilor optice a aparatului la începerea

măsurătorilor, pentru păstrarea curată a acestora;

- verificarea instrumentului înaintea măsurătorilor importante

sau în situaţia în care el a fost utilizat în condiţii anormale sau

dificile.

De asemenea trebuie să se ţină seama de utilizările interzise:

57

utilizarea produsului fără instrucţiuni;

utilizarea în afara limitelor indicate;

dezactivarea sistemelor de siguranţă şi îndepartarea

etichetelor explicative şi a celor cu indicaţii privind pericolele;

deschiderea echipamentelor prin folosirea diverselor scule

necorespunzătoare;

modificarea şi conversia produsului;

îndreptarea intenţionată către ochii altor persoane;

este strict interzisă utilizarea produsului în medii explozive sau

agresive.

Distomatul Leica DISTO D2

Caracteristici şi specificaţii tehnice:

domeniu de măsurare a distanţelor: de la 0.05m pâna la 60m

precizia de măsurare(2σ): tipic ±1.5mm

cea mai mică unitate afişată: 1mm

58

tipul de undă utilizat: laser(635nm, <1mW)

clasa laser: 2

protecţia împotriva stropirii şi a prafului: IP54, protejat împotriva

stropirii şi a prafului

oprire automată a laserului: dupa 90s

oprire automată a instrumentului: dupa 180s

luminare ecran

piesa finală pliabilă

durata de viaţă a bateriilor, tip 2xAAA: pana la 5000 de

masuratori

dimensiuni: 111x43x23mm

greutate: 100g

limite temperaturi depozitare: de la -250C la +700C

limite temperaturi funcţionare: de la -00C la +400C

putere radiantă maximă: <1mW

lungimea de undă emisă: 620-690nm

divergenţa fascicolului 0.16x0.6mrad

durata impulsului 1x10-9 s

Principiu de măsurare:

Se apasă tasta ON pentru pornirea dispozitivului;

Se poziţionează instrumentul pe direcţia ce urmează a fi măsurată,

cu partea posterioară(reglaj de referinţă implicit) poziţionată la un

capăt al distanţei de măsurat;

Se poziţionează spotul laser pe celălalt capăt al distanţei de

măsurat;

Se apasă tasta DIST care declanşează măsuratoarea de distanţă.

59

Acest tip de distomat are domeniul de măsurare a distanţelor

limitat la 60 m fără a utiliza un mediu de reflexie.

Pe timp de noapte sau pe înserat, sau dacă ţinta se afla într-o zonă

umbrită, domeniul de măsurare fară placă-ţintă creşte. Pentru a

creşte domeniul de măsurare pe timp de zi, sau în situaţia în care

ţinta are proprietăţi reflectante slabe, se poate utiliza o placă-ţintă.

Atunci când se măsoară spre lichide incolore sau sticlă curată,

spuma din polistiren extrudat sau suprafeţe semipermeabile similare,

pot apărea erori de măsurare. Suprafeţele înalt reflectante pot devia

fascicolul laser, ceea ce duce la erori de măsurare.

Reglajul de referinţă implicit (fig. B) = distanţa se măsoară de

la partea posterioară a instrumentului.

Reglajul de referinţă mai poate fi:

(fig. A) de la partea frontală

(fig. C) de la partea posterioară cu bracheta desfăcută

60

Fig. A Fig. B Fig. C

Dacă se apasă scurt o singură dată tasta 4 = urmatoarea

măsuratoare se va face având ca referinţă muchia frontală;

Dacă se apasă scurt de doua ori tasta 4 = măsurătoarea se face

având ca referinţă piesa terminală(bracheta) desfacută;

După o măsurătoare, referinţa revine automat la reglajul implicit.

Dacă se apasă lung o singură dată tasta 4 = măsurătorile sunt

efectuate cu referinţa frontală, până la stabilirea unei noi referinţe de

măsurare;

Dacă se apasă lung de două ori tasta 4 = măsurătorile sunt

efectuate de la piesa frontală(bracheta) desfăcută, până la stabilirea

unei noi referinţe de măsurare;

Pentru a se măsura o distanţă obişnuită, nu se desface bracheta

de reglaj(fig. D)

Pentru a se măsura de la o muchie(fig. E), se desface bracheta

de oprire la prima blocare.

Pentru a se măsura de la colţ(fig. F), se desface bracheta de

oprire complet.

61

Fig. D Fig. E Fig. F

DESCRIEREA TASTELOR:

1 – Tasta ON/DIST, este tasta cu ajutorul căreia se porneşte

dispozitivul/declanşează măsurătoarea de distanţă;

2 – Tasta +, este tasta cu care se adună distanţa ce urmează a fi

măsurată la distanţa măsurată anterior;

62

3 – Tasta FUNC, este tasta cu ajutorul căreia se accesează

funcţiile;

4 – Tasta RERERINŢA, este tasta cu care se efectuează reglajul

de referinţă;

5 – Tasta CLEAR/OFF, este tasta cu ajutorul căreia se şterge

informaţia/opreşte dispozitivul;

6 – Tasta TIMER, este tasta cu ajutorul căreia se efectuează

comenzile de memorare istoric/temporizator

7 – Tasta UNITS, este tasta cu ajutorul căreia se luminează

ecranul/se modifică unităţile de măsură

8 – Tasta -, este tasta cu care se scade distanţa ce urmează a fi

măsurată din distanţa măsurată anterior.

DESCRIEREA AFIŞAJULUI:

1 – Laser PORNIT

63

2 – Referinţă(piesa frontală/posterioară/terminală)

3 – Pitagora

4 – Temporizator(declanşare automată)

5 – Memorie istoric

6 – Suprafaţă/volum

7 – Starea bateriei

8 – Unitaţi cu exponent(2/3)

9 – Linie intermediară 2

10 – Linie intermediară 1

11 – Ţinte principale

12 – Afişaj min/max

13 – Simbol info

TASTE ŞI COMENZI:

ON/DIST – o apăsare scurtă = instrumentul şi laserul sunt

puse în funcţiune; până la apăsarea următoarei taste, pe afişaj

apare simbolul bateriei;

CLEAR/OFF – o apăsare lungă = opreşte instrumentul;

instrumentul se opreşte automat după trei minute de inactivitate;

CLEAR/OFF – o apăsare scurtă = ultima acţiune este anulată;

şterge ultima valoare a fişată;

UNITS – o apăsare scurtă = se lumineaza afişajul; o nouă

apăsare scurtă opreşte luminarea afişajului;

64

UNITS – o apăsare lungă = schimbă afişarea unităţii de

măsură dorită, situată în partea dreaptă jos a displayului; unităţi

posibile(de expl: m sau ft)

Urmatoarele comenzi efectuate succesiv, au următorul efect:

ON/DIST – o apăsare scurtă = laserul este activat;

ON/DIST – o apăsare scurtă = se efectuează o măsurătoare

de distanţă;

Urmatoarele comenzi efectuate succesiv, au urmatorul efect:

ON/DIST – o apăsare lungă(se aude un “bip”) = este pornită

măsurarea continuă;

ON/DIST – o apăsare scurtă = măsurarea continuă este oprită;

Pe ultimul rând se afişează ultima valoare măsurată.

Măsurătoarea de minim/maxim, permite determinarea distanţei

minime sau maxime de la un anumit punct de măsurare, de

exemplu determinarea diagonalei unei camere(valoarea maximă)

sau a distanţei pe orizontală până la un perete(valoarea minimă).

Pentru măsuratoare de minim/maxim se utilizează “tasta de

măsurare continuă”, în urma căreia sunt afişate valorile minime şi

maxime corespunzătoare.

Utilizarea tastei 3(comenzile vor fi efectuate în următoarea

succesiune):

FUNC – o apăsare scurtă = se va afişa simbolul arie;

ON/DIST – o apăsare scurtă = efectuează prima măsuratoare

de distanţă(lungimea);

ON/DIST – o apăsare scurtă = efectuează a doua măsuratoare

de distanţă(lăţimea);

65

Rezultatul măsuratorii ariei este afişat pe ultimul rând, iar

valorile intermediare(lungimea şi lăţimea) vor fi afişate pe liniile

intermediare;

66

Alte tipuri de distomate ce se evidenţiază prin caracteristici

tehnice deosebite:

Leica Disto D8

Caracteristici şi specificaţii tehnice:

Distanţa de lucru: 0,05m-200m

Precizie +/-1mm

Interfaţă Bluetooth

Programe incluse: Leica Disto Transfer, modul adiţional pentru

AutoCAD

Senzor de pantă 360 grade

67

Cameră video cu zoom 4X şi display color

Funcţii indirecte de măsură cu ajutorul senzorului de pantă.

- Senzor de pantă 360° - combinând măsuratorile de pantă şi

distanţă, poţi să determini distanţe acolo unde alte metode nu

funcţionează. Distanţa orizontală, de exemplu, poate fi determinată

rapid şi eficient

- Camera video pentru vizualizare punct – graţie camerei video

cu zoom 4X şi a afişajului cu diagonală de 2,4" se poate măsura pe

distanţe mari rapid şi uşor, deoarece vezi punctul unde vrei să măsori

- BLUETOOTH® - cu ajutorul interfeţei Bluetooth, măsuratorile

pot fi transferate la PDA sau PC. Datele pot fi procesate în Excel,

Word, AutoCAD, etc..

Leica Disto D5

Caracteristici şi specificaţii tehnice:

- Locator punct digital - cel mai nou laser-metru de la Leica care

oferă vizualizarea digitală a punctului integrat având un ZOOM de 4X

şi un display color de 2,4", ceea ce oferă o vizualizare facilă a

punctului ce se doreşte a fi măsurat ;

- Senzor de pantă – mulţumită senzorului integrat, se pot

măsura pante până la +/-45 de grade rapid şi eficient. De asemenea

68

cu ajutorul senzorului de pantă, laser-metrul calculează distanţa

orizontală;

- Tehnologie Power Range - tehnologia înglobată în laser-metru

permite măsurarea de distanţe pâna la 100 metri fără placă

reflectorizantă şi până la 200m cu placă reflectorizantă ;

- Măsurători cu laser vizibil - disto D5 utilizează un laser vizibil

pentru măsurători, pentru a putea vizualiza punctul în care măsori,

chiar la distanţe mari ;

- Afişarea rezultatelor – informaţii adiţionale despre măsurătorile

efectuate sunt disponibile la o apăsare de buton.

Alte tipuri de instrumente ce utilizează undele în procesul de

măsurare a distanţelor

Staţii totale

Instrumente electrooptice, ce utilizează undele din spectrul

infraroşiu sau spectrul vizibil, în procesul de măsurare a distanţelor.

Dintre principalele avantaje ale staţiilor totale menţionăm

determinarea de distanţe mari cu precizie ridicată precum şi

posibilitatea înregistrării măsurătorilor efectuate, ceea ce implică

includerea într-un flux automat de prelucrarea a datelor obţinute din

măsurători.

Utilizând unde din spectrul infraroşu se pot măsura distanţe

mult mai mari decât cele care folosesc undele din spectrul vizibil.

O altă caracteristică importantă se referă la valoare a mică a

lungimii de undă, respectiv 0,4 până la 1,3μm.

Principiul de funcţionare a unei staţii totale se bazează pe

timpul de propagare necesar undei să parcurgă distanţa între

punctele stabilite.

La capetele distanţei de măsurat sunt amplasate două unitaţi

notate cu G(staţia totală) şi respectiv R(reflectorul); unitatea G

generează o undă, iar unitatea R întoarce unda emisă, în punctul de

plecare. La sosirea în unitatea emiţătoare G, unda prezintă o

69

întarziere faţă de momentul emisiei; întarzierea este proporţională cu

spaţiul parcurs şi se măsoară în unitatea G. Cunoscând viteza de

deplasare a undei şi timpul necesar acesteia să parcurgă spaţiul

dintre cele două unităţi, se poate determina distanţa între staţia totală

şi reflector.

Dintre nenumăratele tipuri de staţii totale existente în prezent,

menţionăm:

Staţiile totale seria NTS-960

Dintre caracteristicile de bază menţionăm:

Măsurători fără prismă: până la 300m

Măsurători cu prismă: 5km

Sistem de operare: Widows CENet

Ecran color sensibil la atingere: uşor de folosit, operat prin

atingere directă sau folosind tastatura

Comunicaţii: memoria extinsă SD este sigură şi flexibilă iar

interfaţa USB permite comunicarea între staţia totală şi

calculator

Compensare pe două axe: compensarea şi eliminarea

automată a erorilor

Afişaj: ecran grafic pe ambele părţi

Precizie pentru unghiuri: 2'' sau 5''

70

Precizie distanţe: 5+3ppm

Staţiile totale PENTAX R300X

Dintre caracteristicile de bază menţionăm:

Patru clase de acurateţe unghiulara: 2” (0.6mgon); 3” (1mgon),

5” (1.5mgon) si 6” (1.9mgon)

Auto Focus EDM fără prismă (suprafeţele reflectorizante pot fi

utilizate ca ţinte) -Seria R300X de staţii totale include primul

sistem dual de măsurare fără prismă EDM (90/270 m)

Telescop cu putere de mărire de 30x

Punct laser vizibil

Corecţie atmosferică realizată automat

Indicator LED pentru raza laser

Baterii Ni-MH, cu acumulatorul standard al staţiei se poate

măsura întreaga zi (6÷12 ore) fără a depinde de o sursă de

curent

Ecran grafic mare cu display 20 caractere x 8 linii

Nivelă electronică uşor de utilizat

71

Ora şi data incluse pentru o mai mare uşurinţă în administrarea

fişierelor

Staţii totale compacte şi uşoare (5.5÷5.7Kg inclusiv baterie)

Staţii totale rezistente la apă

Compensator cu dublu ax

Capacitate memorie 20000 puncte

Acurateţe EDM ± (2+2ppm) pentru toate modelele

Afişare data şi ora pentru toate modelele fără prismă

Realizarea de măsurători fără prismă până la 270m

Măsurători cu o prismă până la 4500 m cu o acurateţe de ±

(2+2ppm).

Staţii totale Nivo M Series

Nivo M Series este disponibilă în modele de 2 ", 3" si 5 ".

Dintre caracteristicile de bază menţionăm:

Memorie 10.000 puncte

Distanţa măsurată fără prismă : 300 m cu acurateţe

3mm+2ppm

72

Distanţa măsurată cu o prismă : 3000 m cu acurateţe

2mm+2ppm (Nivo 2.M - 2”)

Distanţa măsurată cu o prismă :5000 m cu acurateţe

3mm+2ppm (Nivo 3.M- 3”şi Nivo 5.M- 5”)

Display grafic LCD (128x64pixeli) - pe o singură faţă

Compensator dublu-ax

Putere de mărire de 30X

Baterie cu timp de operare: pentru măsurători continue

aproximativ 19 ore pentru modelul de 2” şi aproximativ 10 ore

modelele 3” si 5”

Gama staţiilor robotice GPT-9000A (R) - TOPCON

Aceste staţii totale beneficiază de tehnologie superioară de

urmărire, iar modemul radio intern de 2.4 GHz face posibilă

comunicarea cu unitatea de control până la 1000m.

GPT- 9003M, staţie totală cu sistem motorizat de mare precizie.

Dintre caracteristicile de bază menţionăm:

73

trei clase de precizie 1", 3", 5" pentru GPT-9000A şi 3" pentru

GPT-9003M

măsurare cu o prismă 3.000m

tehnologie laser "distanţe mari" avansată, măsurare fără

reflector până la 2000m

tehnologie revoluţionară servo-regulator "Jog-Shuttle"

compensator biaxial

sistem de operare Microsoft Windows® CE.NET 4.2

software TopSURV, uşor de utilizat, ce permite vizualizarea

CAD a măsurătorilor pe afişajul LCD de format mare al

carnetului de teren FC-200 cu modul radio RS-1

flexibilitate mare în stocarea şi gestionarea datelor: CF card,

USB şi conectare rapidă mini USB

productivitate sporită în timpul lucrărilor de trasare

Sokkia Set 630R

Dintre caracteristicile de bază menţionăm:

Precizia: 6"

74

Putere de mărire de 26 X

Distanţa măsurată fără prismă: între 0,3 şi 100 m

Distanţa măsurată cu o miniprismă : de la 1,3m la 500m

Distanţa măsurată cu o prismă standard: de la 1,3m şi 3000m

Distanţa măsurată cu 3 prisme standard: între 1,3m şi 4000m

Distanţa măsurată cu ţinte reflectorizante: de la 1,3m la 500m

Memorie internă: 10000 puncte

Staţie totală Leica FlexLine TS 02

Dintre caracteristicile de bază menţionăm:

Precizia: 5”

Putere de mărire de 30 X

Distanţa minimă de măsurare: 1,7 m

Afişaj 160*280 pixeli

Rezoluţie display: 1” / 0.1 mgon / 0.01 mil

Distanţa maximă de măsurare cu prismă rotundă GPH1: 3500

m

Distanţa maximă cu folie reflectorizantă (60mm * 60 mm): 250

m

Măsurare cu laser fără prismă distanţa maximă: 400 m

75

Capacitate memorie internă 24.000 puncte fixe, 13.500

măsurători

Format standard de descărcare a datelor în calculator: DXF,

GSI, LandXML

Programe încorporate: drumuire cu radiate, retrointersecţie,

trasare, transferul înalţimii, construcţie, calcul suprafaţă/volum,

diferenţă de înălţime, măsurare distanţă, punct ascuns,

paralelă, linie de referinţă

Sistem de operare Windows CE 5.0 Core

76

Bibliografie

Atudorei Mircea, Măsurători geodezice prin unde

Bernhardsen, T. (1992) - Geographic Information System

Boș Nicolae(1993), Topografie

Ghițău D.(1972), Geodezie

Heipke, C. (1995) - State-of-the-Art of Digital Photogrammetric

Workstations for Topographic Application, Photogrammetric

Engineering & Remote Sensing

Ibanescu L., Tipiscanu C., Niculita O.- GIS Inteligenta Artificiala

Lodwick, G.D., Feuchtwanger, M. – Land-Related Information

Systems

Leu Ion Nelu(2002), Topografie și cadastru

Manea Raluca(2007), Topografie

Paul A. Longley, Michael F. Goodchild, David J. Maguire, David

Rhind – Geographic Information System and Science, second

edition

Popia A., Popia R., Calculul și compensarea rețelelor de trilaterație,

note de curs

Rus T - Geodezie cu Sateliţi, note de curs, Universitatea Tehnică de

Construcţii Bucureşti

Sisteme Informatice de Evidenţă Cadastrală, note de curs si aplicatii

Tămâioagă Gheorghe, Tămâioagă Daniela – Automatizarea

Lucrărilor de Cadastru