автореферат диссертации по инженерной геометрии и компьютерной графике, 05.01.01, диссертация на тему:Разработка и исследование геометрических моделей нивелирования для ослабления влияния на него магнитных полей

На правах рукописи

РГо ОД

1 з т да

КОЧЕТОВА ЭЛЕОНОРА ФЕДОРОВНА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ НИВЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ ОСЛАБЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ НА НЕГО МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 05.01.01 - Прикладная геометрия и инженерная графика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2000

Работа выполнена в Нижегородском государственном архитектурно - строительном университете

Научный руководитель -доктор технических наук, профессор Шеховцов Г. А.

Официальные оппоненты -доктор технических наук, профессор Седов М.С. кандидат технических наук, доцент Гусев Ю.С.

Ведущая организация - Верхневолжскос аэрогеодезическос предприятие (ВВАГП), г. Нижний Новгород.

Защита состоится 27 июня 2000 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 064.09.03 при Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете по адресу: 603600, Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, ауд. 5-202

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского государственного архитектурно - строительного университета

Автореферат разослан 24 мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

В.И. Дергунов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Современные требования к точности геометрического нивелирования очень высоки и характеризуются величинами 0,01 - 0,02 мм. Такая точность необходима при развитии Государственной нивелирной сети России I класса, при изучении движений земной коры на геодинамических полигонах, при монтаже различных уникальных объектов (линейные и кольцевые ускорители заряженных частиц, турбогенераторы ТЭЦ и АЭС, радиотелескопы, направляющие пути большой протяженности для испытания образцов ракетно-космической техники и т.п.).

Для достижения указанной точности и одновременной частичной автоматизации работ разработано и используется на практике большое количество нивелиров с компенсаторами. Однако влияние окружающей среды зачастую резко снижает точность этих приборов. Среди прочих факторов одним из важных являются магнитные поля (МП), воздействующие на подвешенный чувствительный элемент (ЧЭ) нивелира, на инварную полосу рейки и на воздушную среду, в которой проходит визирный луч.

Рассматривая визирный луч лишь с геометрической точки зрения (не касаясь его волновой природы), как прямую линию, можно выделить три геометрические модели его, формируемые под действием МП:

1. При воздействии МП на компенсатор нивелира геометрическая форма визирного луча не изменяется. Он остается прямолинейным, но на выходе из зрительной трубы отклоняется в вертикальной плоскости (от горизонтального положения), вызывая ошибки в отсчетах по рейке и нарушая принцип геометрического нивелирования.

2. Изменение структуры воздушной среды под действием МП (ориента-ционная поляризация молекул - диполей) нарушает геометрию визирного луча, преобразуя прямую линию в некоторую сложную кривую.

3. При воздействии МП только на рейку, визирный луч остается прямолинейным и горизонтальным, а прямолинейная инварная полоса рейки из-за притяжения к полюсам, принимает форму дуги некоторого радиуса, что нарушает номинальную цену деления рейки и вызывает дополнительные ошибки в результатах измерений.

В любом случае процесс геометрического нивелирования можно интерпретировать как процесс проецирования центра (точки) перекрестия сетки нитей с помощью проецирующей прямой (горизонтального луча) на шкапу, в качестве которой служит вертикально установленная рейка с 5-мм делениями. Под влиянием ЭМП вместо истинной проекции точки получают ошибочное ее положение. Изменение вектора ЭМП обуславливает возникновение множества проекций точки перекрестия сетки нитей. Это множество будет распределяться вокруг истинной окружности и с положительной, и с отрицательной степенью точек. Причем появление множества проекций точки объясняется изменением положения проецирующей линии по отношению к рейке (отклонение визирного луча от горизонтального положения), изменением формы проецирующей линии (искривление визирного луча) и искривлением инварной полосы рейки.

В настоящее время свыше 80 % выпускаемых компенсаторных нивелиров снабжены оптико-механическими компенсаторами с подвеской ЧЭ на тонких металлических нитях (или ленточках), на плоской эластичной пружине, шарикоподшипниках и др.

В зависимости от сочетания проводящих и не проводящих электрический ток элементов компенсатора различной будет чувствительность компенсатора и нивелира в целом к влиянию МП. Различной она будет и по характеру, и по величине к постоянным и переменным МП. Теоретическое обоснование влияния магнетизма на точность геометрического нивелирования практически отсутствует (имеется только одна публикация, да и то применительно лишь к конкретному нивелиру № 002). Экспериментальные исследования проводились в основном за рубежом. В Российской Федерации известны только единичные случаи таких исследований (Пандул И.С., Лесных Н.В., Мистерик Я. и др.).

Отсутствие теоретических основ механизма влияния МП на точность геометрического нивелирования, малочисленность исследований влияния магнетизма в условиях Российской Федерации, недостаточная эффективность существующих методов и средств ослабления влияния МП, недостаточно широкое использование методов геометрического и математического моделирования, как инструмента исследования влияния МП на точность геометрического нивелирования свидетельствуют об актуальности темы диссертации.

Основные цели исследований следующие:

1. Изучить и теоретически обосновать механизм влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования.

2. Выявить источники и характер ошибок за магнетизм при измерении превышений.

3. Разработать новые методы и средства лабораторных и полевых исследований нивелиров с компенсаторами на чувствительность к магнетизму.

4. Усовершенствовать методы геометрического и математического моделирования применительно к исследованиям влияния МП на точность геометрического нивелирования.

5. Создать новые геометрические схемы амагнитных компенсаторов.

6. Разработать новые средства и методы ослабления влияния магнетизма на точность геометрического нивелирования.

Для достижения поставленных целей использованы следующие методы:

1. Критический анализ результатов исследований по данной проблеме, полученных отечественными и зарубежными учеными.

2. Изучение физической сущности взаимодействия электромагнитных полей с компенсаторными нивелирами, используй основные положения физики и аппарат математических формул.1

3. Привлечение теоретических основ нивелиров с компенсаторами.

4. Патентный поиск, анализ публикаций на предмет ослабления влияния магнетизма.

5. Использование методов синтетической и начертательной, вычислительной и дифференциальной геометрии для изучения влияния МП на геометрическое нивелирование.

6. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов исследований.

Научная новизна результатов исследований состоит в некоторых новых теоретических положениях по проблеме влияния магнетизма на точность геометрического нивелирования и авторских технических разработках, выполненных на уровне изобретений.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

1. Согласованностью теоретических выводов и практических результатов.

2. Выполнением технических решений на уровне изобретений.

3. Апробацией основных результатов исследований на научно-технических семинарах и конференциях.

Практическая ценность работы. Предлагается методика расчета величины поправок, параметров магнитных экранов для нивелиров с компенсаторами. Разработаны и испытаны на практике новые методы и установки для полевых и лабораторных исследований влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования. Предложены новые технические решения для ослабления влияния магнетизма на нивелиры с компенсаторами.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на Научно-технических конференциях (г. Н. Новгород - 1995 - 1999 гг., г. Владимир - 1997 г.). В рамках договора о научно-техническом сотрудничестве при выполнении темы "Разработка установки и методики для исследования влияния

МП на геодезические приборы с компенсаторами» в лаборатории приборостроения ЦНИИГАиК оборудована магнитная установка. Три установки изготовлены и используются в ННГАСУ и метрологической лаборатории ВАГП.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 184 страницы, в том числе 30 таблиц и 53 рисунка. Список литературы включает 59 наименований, из них 28 - на иностранных языках.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Теоретическое обоснование механизма влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования.

2. Методика расчета характерных ошибок за магнетизм.

3. Новые методы и средства исследований нивелиров с компенсаторами на чувствительность к магнитным полям.

4. Новые методы и средства ослабления влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования.

5. Результаты экспериментальных исследований влияния МП на точность геометрического нивелирования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы. Сформулированы основные задачи и положения, выносимые на защиту. Приведены основные данные, характеризующие диссертацию.

Первая глава «Анализ существующих средств, методов и результатов исследований влияния электромагнитных полей на точность геометрического нивелирования» является обзорной и содержит систематизированные материалы по опубликованным результатам полевых и лабораторных исследований отечественных и зарубежных авторов.

Полевые исследования проводились с целью выявления систематических ошибок геометрического нивелирования от воздействия магнитного поля Земли (МПЗ) и искусственных магнитных полей (ИМП). При изучении ошибок от МПЗ применяется метод проложения параллельных ходов нивелирования большой протяженности (до 1000 км) с помощью уровенных и компенсаторных нивелиров. При этом чем больше длина хода, тем точнее определяется ошибка.

Почти все авторы отмечают азимутальную зависимость ошибки: в направлении Север-Юг она достигает ± 2 мм/км, в направлении Восток-Запад практически отсутствует.

Исследование влияния ИМП от промышленных объектов осуществлялось на специальных геополигонах, закладываемых в районе источника МП. Часть геополигонов позволила выявить ошибку из-за влияния МП на визирный луч, что убедило исследователей в существовании электромагнитной рефракции (ЭМР). Максимальная ошибка для нивелира НА-1 (без компенсатора) составила 4,9 мм.

Однако в производственных условиях требуется еще до выхода в поле иметь качественные характеристики предназначенных для работы приборов. С этой целью проводят лабораторные исследования приборов на предмет их чувствительности к МП с помощью специальных установок. На практике используют различные установки, но все они содержат для создания МП катушки Гельмгольца. Из всего многообразия электромагнитных установок только одна (ФРГ) является мобильной и допускает измерения как в лабораторных, так и в полевых условиях, не требуя наличия электрической энергии.

Анализ научно-технической и патентной литературы позволяет сделать следующие выводы: 1) отсутствует надежное теоретическое обоснование механизма влияния МП на точность геометрического нивелирования;

2) отсутствует методика расчета магнитных экранов для нивелиров с компенсаторами; 3) имеются многочисленные полевые исследования влияния магнетизма на точность нивелирования, однако методы таких исследований далеко не совершенны и трудоемки; 4) среди множества лабораторнь х установок

только одна является мобильной, допускающей ее использование как в лабораторных, так и в полевых условиях и одна установка для исследования ЭМР; 5) исчерпаны не все возможности ослабления влияния МП на точность геометрического нивелирования и конкретно на нивелиры с компенсаторами.

Автором выделено пять путей ослабления влияния 1) выбор условий и методики измерений; 2) введение поправок в результаты измерений; 3) изготовление компенсаторов нивелиров из немагнитных материалов; 4) установка антимагнитных экранов и размагничивание деталей компенсатора; 5) разработка компенсаторов, в принципе не подверженных влиянию МП (амагнитные компенсаторы).

Диссертация посвящена решению выше перечисленных и других задач.

Вторая глава «Теоретические исследования влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования» содержит теоретический анализ факторов, влияющих на точность работы компенсатора нивелира. Доказано, что основным источником систематических ошибок является притяжение ЧЭ к полюсам МПЗ. Возникающие ошибки в положении визирного луча можно рассчитать по формулам, полученным автором:

для нивелиров с компенсаторами перед объективом

Депр = SKpcosAMcos-y (I)

2ЦотВ

для нивелиров с компенсатором внутри трубы:

А " R-SKpW .

ДЕП]. = -cosAMcos у (2)

2ц„тё

где В - индукция МПЗ в районе нивелирования, S - площадь притягиваемой поверхности ЧЭ, К - общий коэффициент компенсации, W - угловое увеличение зрительной трубы нивелира, Ам - магнитный азимут направления визирования или секции нивелирного хода, у - магнитное наклонение, Цо - магнитная постоянная, m - масса ЧЭ, g - ускорение свободного падения, р - радиан (единица плоского угла). Исключить или ослабить эти ошибки можно только введением поправок в результаты измерений или установкой антимагнитных

экранов.

Ошибки от разворота и намагничивания ЧЭ на порядок меньше, идентичны углу 1 и могут быть исключены из результатов измерений нивелированием из середины.

Возникающие в ЧЭ токи Фуко и индукционные практически не влияют на точность работы компенсатора и, кроме того, улучшают качество демпфирования ЧЭ.

Эффект притяжения ферромагнитных тел к полюсам действует на инвар-ную полоску рейки, вызывая ее прогиб и ошибки в делениях шкалы.

Расчет по полученной формуле показывает, что для МПЗ эта ошибка составляет 0,09 мм для 3-метровой рейки. Для искусственных МП, во много раз превосходящих МПЗ, величина ошибки увеличивается.

Под действием МП изменяются упругие свойства механических подвесок ЧЭ, вызывая изменение коэффициента механической компенсации Км на АКМ и ошибку в положении визирного луча, равную:

д8к,ЖмдКм

где е - остаточный угол наклона визирной оси после приведения ее к горизонту по круглому уровню, (К)'км - первая производная общего коэффициента компенсации К по Км.

В диссертации: формулы ДКм для подвесок на тонких металлических нитях, на эластичной пружине и на упругой закрученной нити или ленточке (торсионная подвеска). Для уменьшения влияния или полного исключения ошибки автор рекомендует либо ограничивать пределы работы компенсатора, либо оптимизировать его параметры (уменьшение коэффициента компенсации, массы ЧЭ и др.), так как методикой измерений эта ошибка не исключается.

На точность геометрического нивелирования влияет магнитострикция. Причем влияние это двоякое: расширение металлических частей подвески ЧЭ и инварной полосы рейки.

Удлинение металлических нитей, ленточек,, ьегстгЕчкых пружин под дей-

ствием МП вызывает изменение коэффициента механической компенсации на ДКМ, для которого в диссертации получены три формулы. Из-за сложности формул они здесь не приводятся. Однако вычислив по ним ДКм, можно рассчитать ошибку в положении визирного луча, воспользовавшись формулой (3). Конкретные расчеты автора показали, что для подвесок на тонких металлических нитях эта ошибка ничтожно мала (0,00009-0,00034" в зависимости от схемы подвески) и учитывать ее нет необходимости; для подвесок на эластичной пружине она значительна (0,01" - нагружен нижний конец; 0,06" - нагружен верхний конец) и ее следует учитывать при расчетах компенсаторов.

Мерой магнитострикционного эффекта является линейная магнитострик-ция А1ис /г /1, где Л1\:с - удлинение образца; / - его первоначальная длина. Максимальное значение линейной магнитострикции составляет 10"5. При удлинении инварной полосы в результате этого эффекта в измеренном превышении Ь возникает ошибка:

АИ^ДисИ/; (4)

Для превышения 2500 мм она равна 0,025 мм. Поэтому в нивелирных ходах с большой разностью отметок начальной и конечной точек эту ошибку рекомендуется учитывать, заменив в формуле (4) превышение Ь суммой превышений.

Один из разделов главы II посвящен методике расчета электромагнитных экранов для нивелиров с компенсаторами. На основе анализа научно-технической литературы для целей защиты компенсаторов нивелиров от воздействия МП наиболее оптимальными автором выбраны замкнутые экраны с однородными стенками, выполненные в форме цилиндров или сферы, внутри которых располагается компенсатор. В качестве коэффициента экранирования Б принято отношение максимального отклонения <ртах визирной линии от горизонта, .вызванного влиянием МП, к допустимому отклонению Фдоп\> зазисящему от класса нивелирования. Поскольку высота цилиндра для экрана, его диаметр или диаметр шара определяются размерами компенсатора, то

основной задачей автора было получение формул для расчета толщины стенок экранов. Такие формулы получены и имеют вид: ё = 2(1-Б) ЦБ для цилиндра, (5) с1 = 3(1-8) |Л,Д/ 2цБ для сферы, (6)

где Я - радиус цилиндра или сферы, ц - магнитная проницаемость материала экрана, цо - магнитная постоянная.

В работе приведен пример расчета цилиндрического экрана из пермаллоя для ослабления влияния МПЗ на компенсатор, обеспечивающий точность стабилизации визирного луча 0,01".

Третья глава «Разработка новых методов и средств экспериментального изучения и ослабления влияния МП на точность геометрического нивелирования» полностью посвящена методическим и конструкторским разработкам автора по указанной проблеме. Все разработки разделены на две группы: используемые в лабораторных и полевых условиях.

Для лабораторных исследований предложены четыре установки, из которых три являются мобильными, т.е. позволяющйми использовать их также в полевых условиях. Отличительной особенностью мобильных установок является использование в них постоянных магнитов для создания МП. На рис.1 и 2 показано конструктивное исполнение трех типов таких установок. Общими элементами в них являются: консоли 1 и 2, основание 3, нивелир 4, стойка 5, стекловолоконный жгут 6, осветительное устройство 7 (фонарь, лазер и др.), втулки 8 и 9, столик 10, лимб 11, закрепительный винт 12, отсчетный индекс 13, пластмассовое кольцо 14, устройство индикации визирного луча 18 (автоколлиматор, диффузор, шкала и т.д.). В первом варианте постоянные магниты 15 крепятся в металлических шинах 16. Изменение индукции МП между шинами достигается изменением количества шунтов 17. Во втором варианте (рис. 2,а) индукция МП изменяется путем перемещения кареток 16 с магнитами по направляющим 15. Третий вариант установки (рис. 2, 6) предусматривает крепление на кольце 14 магнитов 17 различной силы. Изменение направления магккт-ной индугцйи во всех трех установках достигается поворотом кольца 14 зскруг

горизонтальной оси и всей конструкции вокруг вертикальной оси. В процессе исследований нивелира 4 изменяют индукцию МП по модулю и по направлению, а в устройстве индикации 18 фиксируют смещение визирного луча. В диссертации описана методика и приведены формулы для расчета силы постоянных магнитов, их размеров и расстояний между ними. Четвертый вид установки использует для создания МП катушки Гельмгольца и отличается от уже известных лишь конструктивно.

В работе описаны установки для исследования влияния МП отдельно на нивелир, визирный луч и рейку с инварной полосой.

Методика полевых исследований предусматривает два варианта: по полной и по сокращенной программе. Оба варианта предусматривают закладку специальных геополигонов в области источника ЭМП и в отличие от существующих методов полевых исследований позволяют исследовать:

1) влияние ЭМП только на нивелир; 2) фронтальное и диагональное влияние ЭМП на нивелир, визирный луч и рейку; 3) боковое влияние ЭМП на нивелир, визирный луч и рейку.

С геометрической точки зрения эти случаи можно интерпретировать следующим образом (рис. 3):

1. При воздействии МП на компенсатор нивелира геометрическая форма визирного луча не изменяется. Он остается прямолинейным, но под действием МП отклоняется как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях, вызывая ошибки в отсчетах по рейке и нарушая принцип геометрического нивелирования. Перекрестье К сетки нитей нивелира 1 проецируется визирным лучом на плоскость рейки 2 не в точку К', а в какую-то другую, находящуюся в области круга рассеяния 3 (рис. 3, а). Диаметр круга зависит от величины индукции МП, положение точки К' в пределах круга - от направления вектора напряженности МП. При этом с уменьшением расстояний от нивелира до рейки диаметры кругов рассеяния 4 уменьшаются.

2. Изменение структуры воздушной среды под действием МП (ориента-ционная поляризация молекул-диполей) нарушает геометрию визирного луча,

преобразуя прямую линию в некоторую сложную кривую (рис. 3 ,б). В плоскости рейки 2 проекция К' будет варьировать в зависимости от силы и направления вектора МП в пределах областей, ограниченных не кругами, а сложными замкнутыми линиями 5, по форме приближающимися к окружностям.

3. При воздействии МП только на инварную полосу рейки последняя из-за притяжения к полюсам принимает форму дуги некоторого радиуса, что нарушает номинальную цену деления рейки и вызывает дополнительные ошибки в результатах измерений (рис 3, в). При этом совместное влияние всех трех факторов вызывает смещение проекции К' либо в области эллипса 7, либо в области приближающейся к нему замкнутой кривой 8.

Для исключения или ослабления влияния ЭМП на нивелир предложено 7 типов компенсаторов, в принципе не подверженных влиянию ЭМП, т.е. амаг-нитных. Кроме нечувствительности к ЭМП, компенсаторы обладают большим диапазоном компенсации (до ±2°). Это качество достигается за счет двухступенчатое™ конструкции, что соответствует качественно новому этапу в развитии нивелиров с компенсаторами. Двухступенчатость предполагает наличие в конструкции двух звеньев: низкоточное звено (механическая подвеска), работающее в большом диапазоне (2-3°), но отличающееся невысокой точностью (несколько угловых секунд), и высокоточное звено (ампула с жидкостью), работающее в небольшом диапазоне, но обеспечивающее высокую точность стабилизации (до 0,1") и нечувствительность к ЭМП. Предложенные компенсаторы разделены на две группы: с полным внутренним отражением от поверхности жидкости и с преломлением визирного луча жидкостным клином.

Различные схемы компенсаторов позволяют получить коэффициенты компенсации от 1 до 8, что способствует широкому варьированию при конструировании новых приборов.

Четвертая глава «Экспериментальные исследования влияния МП на точность геометрического нивелирования» содержит результаты экспериментальных исследований нивелиров с компенсаторами различных марок в лабораторных и полевых условиях. Кроме того, исследовано влияние МП на рей-

ку с иварной полосой и на визирный луч. При исследованиях использованы установки и методы, разработанные автором и описанные в главе III.

Эксперименты показали практически ничтожное влияние МП на точность отсчитывания по рейке с инварной полосой. При изменении индукции МП от О до 0.3x10"2Т разности в отсчетах составляют 0,05-0,1 мм. Так как индукция МПЗ составляет (0,42-ь0,7)'10"4Т, то ошибки в отсчетах по рейке в полевых условиях из-за земного магнетизма отсутствуют. Это подтверждают теоретические расчеты и выводы, сделанные в главе II. ,

В лабораторных условиях подтверждено наличие электромагнитной рефракции (ЭМР), т.е. искривление визирного луча под действием ЭМП. По результатам экспериментов на специально разработанной магнитной установке, располагаемой на расстояниях 5, 10, 20, 30 м от нивелира, сделаны следующие выводы и рекомендации: 1) сильные искусственные МП (ИМП) стимулируют появление ЭМР, воздействующей на визирный луч нивелира и вызывающей ошибки в отсчетах до 0,5 мм (10 делений барабанчика микрометра) и более (рис .4); 2) независимо от места расположения источника МП относительно визирного луча и ориентирования магнитных полюсов отклонение луча происходит вверх от горизонтального положения (это объясняется тем, что ориентация молекул-диполей под действием МП в любом случае образует одинаковую по структуре воздушную среду); 3) МПЗ не может вызывать сколько-нибудь значимую ЭМР и ошибку в результатах геометрического нивелирования, так как, во-первых, индукция МПЗ в 41 раз меньше, чем в использованной магнитной установке, во-вторых, оно действует на всем протяжении визирного луча и относительно постоянно во времени и в пространстве; 4) ошибка в отсчетах по рейке из-за ЭМР тем меньше, чем меньше расстояние между возбудителями МП и рейкой. Поэтому рекомендуется выполнять геометрическое нивелирование при наличии ИМП, устанавливая рейку как можно ближе к источнику МП; 5) при пересечении нивелирного хода с протяженным источником МП (ЛЭП, электрифицированные железные дороги и др.) визирный луч нивелира рекомендуется располагать по возможности под углом 90°, чтобы воздействию МП

подвергался меньший отрезок луча визирования; 6) при нивелировании вдоль протяженного источника МП, когда визирный луч параллелен объекту, влияние ЭМР минимально, так как измерения производятся практически в однородной по структуре воздушной среде и при постоянном по модулю и вектору МП.

, На разработанных автором магнитных установках и по авторской методике исследованы компенсаторные нивелиры, различные по принципу действия и по точности. Часть полученных результатов представлена в табл.1 и на рис 5, 6,7. Их анализ показывает следующее:

1. Все без исключения нивелиры с компенсаторами подвержены влиянию постоянных МП, хотя и в различной степени. При этом явно прослеживается азимутальная зависимость положения визирного луча в функции косинуса, что вполне соответствует положениям главы I, табл. 2 и § II. 1.2 главы II (табл. 1 и рис.5, 6. 7).

2. Длина нитей и эластичной пружины подвески ЧЭ компенсатора и величина коэффициента механической компенсации сильно влияют на чувствительность нивелиров к МП (ср.нивелиры Н-ЗК и Jffe 050 на рис.4: соответственно длины нитей 26 и 10 мм, коэффициенты механической компенсации - 3 и 0).

3. Высокоточные нивелиры менее чувствительны к МП, чем технические (ср.нивелиры № 007 и № 050 на рис.6). При этом угол наклона магнитных силовых линий (±30°) по отношению к горизонтальному лучу визирования вызывает различные ошибки.

4. Так как индукция МП лабораторной установки в 27,5 раз превышала индукцию МПЗ, то результаты лабораторных исследований были редуцированы на МПЗ и дали ошибки на 1 км нивелирного хода для выше указанных нивелиров соответственно 4,0; 1,0; 0,2 и 1,4 мм.

5. Особое внимание при лабораторных исследованиях уделено цифровому кодовому нивелиру с компенсатором NA 2000 швейцарской фирмы «Лейка». Исследования проводились в двух режимах: оптические измерения (электронный блок выключен - рис.7,а) и электронные измерения (автоматическое отсчитывание по кодовой рейке - рис 7,6). Сравнение, результатов показывает,

что, во-первых, приближенно сохраняется азимутальная зависимость ошибок от МП в функции косинуса. Во-вторых, бесспорно то, что при электронных измерениях влияние МП проявляется сильнее (рис 7,а и 7,6), вызывая ошибки в положении луча от -10,86" для азимута 0° до -32,13" для азимута 310° (табл.1). Редуцирование этих величин на МПЗ дает ошибки в положении визирного луча соответственно -0,4" и -1,2", а в расчете на 1 км нивелирного хода 1,9 мм и 5,5 мм. Без сомнения, ошибки обусловлены влиянием МП не только на ЧЭ компенсатора, но и на электронный блок, причем в большей степени. Это обстоятельство необходимо учитывать при планировании и проведении нивелирных работ, особенно вблизи сильных источников МП (ЛЭП, электрифицированные железные дороги и др.)

6. Сравнительный анализ результатов экспериментов автора с результатами других авторов доказывает эффективность установок автора, пригодных для использования как в лабораторных, так и в полевых условиях, т.е. являющихся мобильными.

Для представления эффекта влияния МП на нивелиры с компенсаторами в геометрическом виде на основе данных таблицы 1 построены круговые диаграммы ошибок в положении визирного луча (рис. 8 - 13). За линию относимо-сти принята окружность произвольного радиуса, за исходное направление -вертикальный диаметр окружности, совпадающий с направлением магнитного меридиана. От северного направления меридиана по часовой стрелке отложены азимуты направлений магнитных силовых линий, при которых проводились исследования (0° , 30° ...130° ,180° ...). Вдоль радиусов отложены величины отклонения визирного луча: внутрь окружности (к центру) - отрицательные значения, за окружность (от центра) - положительные значения..

Анализируя рисунки 8-13 можно заметить следующее. Если точки диаграмм для каждого цикла соединить плавными кривыми, то многоугольники преобразуются в замкнутые кривые, приближающиеся по форме к эллипсу. При этом центр эллипса не совпадает с центром окружности. Кроме того, направление эксцентриситета приближается к направлению визирного луча, совпадаю-

щего с направлением магнитного меридиана. Это можно объяснить тем, что колебания ЧЭ компенсатора происходят в основном в плоскости визирного луча.Заметим также , что ориентация осей эллипса (либо малой, либо большой) тяготеет к направлению визирного луча. Принцип действия и конструкция компенсатора определяют, какая из осей эллипса ошибок от воздействия МП близка к направлению визирования. Этот фактор необходимо учитывать как при разработке новых приборов, так и при их эксплуатации с целью повышения точности измерений.

Заключение.

Основные результаты исследований следующие:

1.Выполнен геометро-графический анализ влияния МП на геометрическое нивелирование показано, что снижение точности измерений происходит из-за воздействия МП на подвешенный ЧЭ нивелира, на инварную полосу рейки и на воздушную среду, в которой проходит визирный луч.

2.Анализ элементов земного магнетизма и их воздействия на нивелиры с компенсаторами позволил получить аппарат формул для расчета ошибок от притяжения ЧЭ компенсатора к полюсам, его разворота, намагничивания частей ЧЭ. Теоретически доказано, что доминирующей является ошибка от притяжения ЧЭ к полюсам.

3.Изменение упругих свойств механических подвесок ЧЭ в МП и появление магнитострикционного эффекта могут вызывать при определенных условиях реальные ошибки. Ослаблять эти ошибки рекомендуется путем введения поправок, рассчитываемых по порученным автором формулам на основе геометрического моделирования. Магнитострикция влияет также на рейку с инварной полосой .

4.Установка электромагнитных эфанов вокруг компенсаторов нивелиров - реальный и эффективный путь ослабления влияния МП на точность геометрического нивелирования. Расчеты параметров экранов рекомендуется вести по формулам автора.

5.Разработано 5 мобильных установок и методы лабораторных и полевых исследований влияния МП отдельно на нивелир, визирный луч , рейку и в их совокупности. Предложен аппарат формул и методика расчета постоянных магнитов для установок.

6.Предложено 7 геометрических схем амагнитных компенсаторов с большим диапазоном компенсации (±2°).

7.Теоретические исследования подтверждены обширным экспериментальным материалом.

8.Все пункты запланированной программы теоретических и экспериментальных исследований по диссертации выполнены . Результаты исследований представляются к защите.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Установка для исследования влияния постоянных магнитных полей на нивелиры. - Горький, 1984. - 4 с. - (Горьк.ЦНТИ, № 357 - 84) (в соавторстве).

2. Нивелир. Авт.св. № 1101675, БИ№25, 1984 (в соавторстве).

3. Компенсатор. Авт.св.№ 1267155, БИ№40,1986 ( в соавторстве).

4. Методы исследования влияния магнитных полей на нивелиры // Геод. и фотограмм, в горном деле. - Свердловск, 1987. - С.35-41 ( в соавторстве).

5. Методы исследования влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования // Отчетная научно-техн. конф. по итогам реализ. ЦКП «Строит.компл.» - Горький, 1987. - С. 157 - 159 (в соавторстве).

6. Лабораторные исследования влияния постоянных магнитных полей на нивелиры с компенсаторами II Научно-техн. конф. проф.-преп.сост., аспир. и студ. 4.2. - Н.Новгород, 1995 - С.71.

7. Элементы теории влияния МПЗ на компенсаторные нивелиры // Научно-техн. конф. «Строит, комплекс - 96» - Н.Новгород, 1996. - С.92.

8. Амагнитные жидкостные компенсаторы. - Н.Новгород, 1997. - 4 с.-(Нижегор.ЦНТИ, № 21-97).

9. Исследование влияния МП на визирный луч нивелира и рейку с инварной полосой // Научно-техн. конф. «Строит, комплекс - 97». - Н.Новгород, 1997. С.106-106.

10. Двухступенчатые амагнитные компенсаторы для геодезических приборов // Известия вузов. Строительство и архитектура. - Новосибирск, 1997.

- №8, с. 136-139 (в соавторстве).

11. Установка для исследования влияния МП на инварную полосу рейки.

- Н.Новгород, 1998. - 4 с. - (Нижегор. ЦНТИ, № 74-98).

12. Мобильная установка для исследования МП на визирный луч геодезических приборов. - Н.Новгород, 1998. - 4 с. - (Нижегор. ЦНТИ, № 75-98) (в соавторстве).

Таблица 1

Отклонение визирного луча

под действием МП (угловые секунды)

Угол наклона Азимуты, градус

0 30 60 90 130 180 210 240 270 310

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

н-зк

-30° +22,5 +8,6 -0,6 -6,2 -6,9 -5,6 -5,7 -3,5 +6,1 +17,5

0° -4,8 -4,9 -0,3 +2,4 +3,8 +3,4 +1,9 -0,1 -2,1 -2,9

+30° -10,1 -4,3 +2,4 +5,2 +6,8 +7,7 +6,7 +3,3 -5,0 -14,0

№-ВЗ

-30° +3,2 +2,1 +0,7 -1,4 -4,1 -3,1 -2,7 +1,1 +2,4 +3,4

0° +3,1 +2,3 +0,9 -0,2 -1,4 -3,4 -3,0 -1,0 +1,6 +2,6

+30° +2,8 +2,9 +1,7 -0,6 -1,7 -1,9 -1,2 -0,2 +3,0 +3,4

N1007

-30° +0,1 +0,2 +0,2 0,0 +0,2 0,0 -о,з 0,0 +0,1 +0,2

0° +0,8 +0,7 +0,8 +0,8 +0,8 +0,8 +0,8 +0,9 +1,0 +1,0

+30° +0,5 +0,4 +0,4 +0,3 +0,4 +0,7 +0,6 +0,7 +0,8 +0,8

№ 050

-30° -2,7 -2,2 -2,2 -1,7 -2,4 -0,7 -0,7 -1,0 -1,0 -1,6

0° +4,2 +0,6 -0,5 -0,8 -0,7 -0,4 -0,1 0,0 +1,0 +5,6

+30° +7,1 +2,8 +0,7 0,0 -1,0 -2,3 -1,9 -2,0 -1,4 +0,7

^2000

-30° -1.7 +2,6 -1.1 +2,6 -0.8 +0,9 -0.2 +0,4 +0.5 +3,0 +0.9 +0,4 +0,7 +0,4 +0,2 +0,4 -0.9 +0,4 -1.0 -6,1 '

0° -2.2 -6,5 -2.3 +2.2 -0.3 +2,2 +0.6 +2,2 +0.2 +1,7 +0.8 +2,2 +0,1 +2,2 -0.3 +2,2 -0.4 +1,7 -2.6 -32,1

+30° -2.7 -10,9 -2.2 -0,4 -0.3 +2,2 _0_ +2,2 +1,3 +2,2 +1.3 +2,2 +1,2 +2,2 +0,2 +2,2 -0.9 +1,3

г15 16

////////////////у

Рнс.й-. Магнитные установки со шпцатщимнсн каре псами (¡0 и гп сменными магнитами (6>.

1\4

Рис.. 3 . Источники ошибок в результатах геометрического нивелирования из-за влияния МП

о

2%5ХМГ\3

О-.

- _ _

-о------ - -ОТ

<Х

-И,

а

••-о

-О- -

-а-

•5" I-

Рис. 6 . Влияние МП не нивелиры (4Í007 (в) и Nf 050 (б).

Рис. 8 . Влкяине МП на мивелнр Н-ЗК.

M 1см T

о"

Рис.9 . Влияние МП на нивелир N--B3.

M 1смЧ"

0°

Рис. Ю. Влияние МП на нивелир N¡ 007.

Рис.//. Влияние МП на нивелир N; 050.

M i CM - \"

0°

Рис.12. Влияние МП па нивелир NA 2000 ( «сие измерения ).

М1 см-5"

РисЛЗ. Влияние МП на нивелир NA 2000 (электронные измерения ).

ЛР№ 020823 от 21.09.98

Подписано в печать 18.05.2000 г. Формат 60x90 1/16 Печать офсетная. Объем 2 печ.л. Тираж 120 экз. Заказ № /¿6

Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 603600, Н.Новгород, Ильинская.65

Отпечатано в полиграфическом центре Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета, 603600, Н.Новгород, Ильинская,65

Введение 2

ГЛАВА I. Анализ существующих средств, методов и результатов исследования влияния электромагнитных полей на точность геометрического нивелирования 9

1.1. Полевые методы исследований влияния МП на точность нивелирования 10

1.2. Средства и методы лабораторных исследований чувствительности нивелиров с компенсаторами к ЭМП 13

1.3. Пути ослабления влияния ЭМП на точность геометрического нивелирования 18

1.4. Механизм влияния МП на нивелиры с компенсаторами Выводы по главе I 27

Глава II. Теоретические исследования влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования 28

II. 1. Взаимодействие МП с конструктивными элементами нивелиров с компенсаторами 29

II. 1.1. Элементы земного магнетизма 29

II. 1.2. Анализ работы нивелиров с компенсаторами в магнитном поле Земли 33

II.2. Влияние МП на упругие свойства подвески ЧЭ компенсатора и положение визирного луча 46

И.З. Магнитострикционный эффект и точность геометрического нивелирования 51

И.З. 1. Влияние магнитострикции на точность работы компенсатора И.З.2. Влияние магнитострикции на рейку с инварной полосой 54

II.4. Методика расчёта электромагнитных экранов для нивелиров с компенсаторами Выводы по главе II 62

ГЛАВА III. Разработка новых методов и средств экспериментального изучения и ослабления влияния МП на точность геометрического нивелирования 63

III. 1. Методы и устройства для лабораторных исследований 64

111.2. Методика расчета постоянных магнитов для лабораторных установок 75

111.3. Методы исследования влияния МП на точность геометрического нивелирования в полевых условиях 82

111.4. Средства ослабления влияния МП на точность геометрического нивелирования Выводы по главе III 101

1 вч

ГЛАВА IV. Экспериментальные исследования влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования 102

IV. 1. Исследования влияния МП на рейку с инварной полосой 103

IV.2. Исследование влияния МП на визирный луч нивелира ГУ.З. Исследование чувствительности нивелиров с компенсаторами к МП IV.4. Натурные исследования электромагнитных полей, влияющих на точность геометрического нивелирования 162

Выводы по главе IV 173

Актуальность темы

Современные требования к точности геометрического нивелирования очень высоки и характеризуются величинами 0,01 - 0,02 мм. Такая точность необходима при развитии Государственной нивелирной сети России I класса, при изучении движений земной коры на геодинамических полигонах, при монтаже различных уникальных объектах (линейные и кольцевые ускорители заряженных частиц, турбогенераторы ТЭЦ и АЭС, радиотелескопы, направляющие пути большой протяженности для испытания образцов ракетно-космической техники и т.п.).

Для достижения указанной точности и одновременной частичной автоматизации работ разработано и используется на практике большое количество нивелиров с компенсаторами. Однако влияние окружающей среды зачастую резко снижает точность этих приборов. Среди прочих факторов одним из важных являются магнитные поля (МП), воздействующие на подвешенный чувствительный элемент (ЧЭ) нивелира, на инварную полосу рейки и на воздушную среду, в которой проходит визирный луч.

Рассматривая визирный луч лишь с геометрической точки зрения (не касаясь его волновой природы) как прямую линию, можно выделить три геометрические модели его, формируемые под действием МП:

1. При воздействии МП на компенсатор нивелира геометрическая форма визирного луча не изменяется. Он остаётся прямолинейным, но на выходе из зрительной трубы отклоняется в вертикальной плоскости (от горизонтального положения), вызывая ошибки в отсчётах по рейке и нарушая принцип геометрического нивелирования.

2. Изменение структуры воздушной среды под действием МП (ориентаци-онная поляризация молекул - диполей) нарушает геометрию визирного луча, преобразуя прямую линию в некоторую сложную кривую.

3. При воздействии МП только на рейку визирный луч остаётся прямолинейным и горизонтальным, а прямолинейная инварная полоса рейки из-за притяжения к полосам принимает форму дуги некоторого радиуса, что нарушает номинальную цену деления рейки и вызывает дополнительные ошибки в результатах измерений.

В любом случае процесс геометрического нивелирования можно интерпретировать как процесс проецирования центра (точки) перекрестия сетки нитей с помощью проецирующей линии (горизонтального луча визирования) на шкалу, в качестве которой служит вертикально установленная рейка с 5-мм делениями. Под влиянием ЭМП вместо истинной проекции точки получают ошибочное её положение. Изменение вектора ЭМП обусловливает возникновение множества проекций точки перекрестия сетки нитей. Это множество будет распределяться вокруг истинной окружности и с положительной, и с отрицательной степенью точек. Причём появление множества проекций точки, объясняется изменением положения проецирующей линии по отношению к рейке ( отклонение визирного луча от горизонтального положения), изменением формы проецирующей линии (искривление визирного луча) и искривлением инварной полосы рейки.

В настоящее время свыше 80% выпускаемых компенсаторных нивелиров снабжены оптико-механическими компенсаторами с подвеской на тонких металлических нитях (или ленточках), на плоской эластичной пружине, шарикоподшипниках и др. [16]. На рис. 1 показаны схемы подвесок ЧЭ на тонких металлических нитях: А, В и С, Б - точки крепления нитей соответственно к корпусу компенсатора и к ЧЭ; а и Ь - расстояние между точками подвески; 1 - длина нитей. Вариант со скрещивающимися нитями показан штрихами на рис.1, а. Подвески на эластичной пружине и шарикоподшипниках можно продемонстрировать левым столбцом схем для Км = 1, если представить, что колебания ЧЭ происходят в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа. На рис. 1 утолщенными чёрными линиями показаны элементы компенсатора, изготовленные из ферромагнитных материалов. 6 Ь о. Ж

РисЛ. Возможные схемы расположения токопрово-дящих элементов в подвесках комненсагороз.

Взаимное расположение этих элементов может образовывать замкнутый то-копроводящий контур (рис. 1, а), разомкнутый токонепроводящий контур (рис. 1,6, в) и системы вообще не образующие контура (рис. 1,г-ж). Схемы на рис. 1, д, е, ж, когда нити изготавливаются из неметаллических материалов, хотя и редки, но возможны (например, японский нивелир, Nikon N в котором ЧЭ подвешен на нитях из синтетической резины). В зависимости от проводящих и не проводящих электрический ток элементов различной будет чувствительность компенсатора и нивелира в целом к влиянию МП. Различной она будет и по характеру, и по величине к постоянным и переменным МП.

Исследования по указанной проблеме проводились как зарубежными, так и отечественными учёными. Причём влиянию магнетизма на точность геометрического нивелирования в условиях Российской Федерации посвящены лишь единичные публикации [8, 9,18,21]. Кроме того, почти все работы посвящены исследованиям конкретных нивелиров в лабораториях и полевых условиях. Попытка теоретического обоснования явления сделана только в одной работе [48], да и то применительно лишь к нивелиру Ni 002.

Малочисленность исследований влияния магнетизма в условиях Российской Федерации, отсутствие теоретических основ механизма влияния электромагнитных полей на точность геометрического нивелирования, недостаточная эффективность методов и средств ослабления влияния магнетизма, недостаточно широкое использование методов геометрического и математического моделирования как инструмента исследования влияния МП на точность геометрического нивелирования свидетельствуют об актуальности темы диссертации.

Основные цели исследований следующие:

1. Изучить и теоретически обосновать механизм влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования.

2. Выявить источники и характер ошибок за магнетизм при измерении превышений.

3. Разработать новые методы и средства лабораторных и полевых исследований нивелиров с компенсаторами на чувствительность к магнетизму.

4. Усовершенствовать методы геометрического и математического моделирования применительно к исследованиям влияния МП на точность геометрического нивелирования.

5. Создать новые геометрические схемы амагнитных компенсаторов.

6. Разработать новые средства и методы ослабления влияния магнетизма на точность геометрического нивелирования.

Для достижения поставленных целей использованы следующие методы:

1. Критический анализ результатов исследований по данной проблеме, полученных отечественными и зарубежными учёными.

2. Изучение физической сущности взаимодействия электромагнитных полей с компенсаторными нивелирами, используя основные положения физики и аппарат математических формул.

3. Привлечение теоретических основ нивелиров с компенсаторами.

4. Патентный поиск, анализ публикаций на предмет ослабления влияния магнетизма.

5. Использование методов синтетической и начертательной, вычислительной и дифференциальной геометрии для изучения влияния МП на геометрическое нивелирование.

6. Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных результатов исследований.

Научная новизна результатов исследований состоит в некоторых новых теоретических положениях по проблеме влияния магнетизма на точность геометрического нивелирования и авторских технических разработках, выполненных на уровне изобретений.

Достоверность полученных результатов подтверждается:

1 .Согласованностью теоретических выводов и практических результатов.

2.Выполнением технических решений на уровне изобретений.

3. Апробацией основных результатов исследований на научнотехнических семинарах и конференциях.

Практическая ценность работы.

Предлагается доведённая до практического использования методика расчёта величины поправок за магнетизм и параметров магнитных экранов для нивелиров с компенсаторами. Разработаны и испытаны на практике новые методы и установки для полевых и лабораторных исследований влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования. Предложены новые технические решения для ослабления влияния магнетизма на нивелиры с компенсаторами.

Апробация работы.

Основные результаты исследований докладывались на научно-технических конференциях ( г. Н.Новгород - 1995 - 1998 г.г.; г. Владимир - 1997 г.).

В рамках договора о научно-техническом сотрудничестве при выполнении темы «Разработка установки и методики для исследования влияния МП на геодезические приборы с компенсаторами» в лаборатории приборостроения ЦНИИГАиК оборудована магнитная установка. Три установки изготовлены и используются в ННГАСУ и метрологической лаборатории ВАГП.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 15Чстраниць1в том числе 30 таблиц и 53 рисунка . Список литературы включает 59 наименований, из них 28 - на иностранных языках.

Выводы по главе IV

Обобщая результаты выше приведенных исследований 5-и нивелиров можно сделать следующие выводы :

1. Разработанные автором самостоятельно и в соавторстве установки , описанные в § III. 1, позволяют получить надежные данные о чувствительности нивелиров различных конструкций и точности к МП.

2. Искусственные (промышленные) МП могут вызвать значительные ошибки в положении визирного луча.

3. Величина ошибки от МП зависит от типа подвески (маятника), т.е. от длины нитей или эластичной плоской пружины.

4. От величины коэффициента компенсации : чем он больше, тем больше ошибка.

5. Ошибки от влияния МПЗ на приборы целесообразно учитывать только при точном и высокоточном нивелировании (I и II классы), получив поправки после лабораторных исследований и учтя азимут общего направления нивелирного хода и определив наклонения в районе работ (см. глава I табл.2).

6. На нивелиры с электронными блоками считывания и обработки информации действие МП проявляется значительно сильнее.

Заключение

По результатам проведенных и изложенных выше исследований можно сделать следующие выводы:

1. В настоящее время нет достаточно надежного теоретического обоснования механизма влияния МП на точность геометрического нивелирования. Существующие средства и методы лабораторных и полевых исследований влияния МП нуждаются в совершенствовании, так как они сложны в реализации и не дают полной картины этого явления. Кроме того, не в достаточной мере использованы возможности эффективного ослабления влияния магнетизма.

2. Анализ элементов земного магнетизма и их воздействия на нивелиры с компенсаторами позволил получить аппарат формул для расчета ошибок от притяжения ЧЭ компенсатора к полюсам, его разворота, намагничивания частей ЧЭ. Теоретически доказано, что доминирующей является ошибка от притяжения ЧЭ к полюсам.

3. Изменение упругих свойств механических подвесок ЧЭ в МП и появление магнитострикционного эффекта могут вызывать при определенных условиях реальные ошибки. Ослаблять эти ошибки рекомендуется путем введения поправок, рассчитываемых по полученным автором формулам. Магнитострикция влияет также на рейку с инварной полосой.

4. Установка электромагнитных экранов вокруг компенсаторов нивелиров- реальный и эффективный путь ослабления влияния МП на точность геометрического нивелирования. Расчеты параметров экранов рекомендуется вести по формулам автора.

5. Разработаны 5 мобильных установок и методы лабораторных и полевых исследований влияния МП отдельно на нивелир, визирный луч, рейку и в их совокупности. Предложен аппарат формул и методика расчета постоянных магнитов для установок.

6. Предложено 7 типов амагнитных компенсаторов с большим диапазоном компенсации (±2).

7. Теоретические исследования подтверждены обширным экспериментальным материалом. В частности: а) Практически доказано, что разработанные автором мобильные магнитные установки, описанные в § III. 1 и позволяющие использовать их как в лабораторных ,так и в полевых условиях, действительно легко реализуемы, просты в работе и позволяют получить надёжные характеристики чувствительности нивелиров различных конструкций и точности к МП. б) Экспериментально подтверждены теоретические выводы автора (разделы II. 1.2 и~Н.3.2.) о ничтожном влиянии даже сильных МП на рейку с инварной полосой. в) В лабораторных условиях с помощью специальной установки доказано, что сильные МП нарушают структуру воздушной среды, ориентируя молекулы-диполи, и стимулируют появления электромагнитной рефракции и, как результат отклонение визирного луча, приводящее к ошибкам в расчетах по рейке до 0,5 мм. Пересчет этих ошибок на величину напряженности МПЗ свидетельствует о том, что ЭМР от МПЗ не может вызывать сколько-нибудь значимые ошибки в результатах нивелирования. Для ослабления влияния ЭМР рекомендуется прокладывать нивелирные ходы параллельно источникам МП (ЛЭП и др.), а при пересечении нивелирного хода с протяжённым источником МП визирный луч нивелира направлять по возможности под 90е к последнему. г) Исследование четырёх нивелиров отличающихся по точности и принципу действия компенсаторов (Ni 050, Н-ЗК, Ni-3B, Ni 007), показало, что все они чувствительны к влиянию МП большой напряжённости. Отклонения визирных лучей азимутально зависимы и подчиняются закону функции косинуса, что подтверждает теоретические расчеты и выводы, приведённые в главах I и II. Трансформирование полученных ошибок к МПЗ, напряжённость которого в десятки раз меньше напряжённости МП, соз

176 данного постоянными магнитами в лабораторных условиях, доказало, что влияние МПЗ на компенсаторные нивелиры целесообразно учитывать только при нивелировании I и II классов точности. Доказано, что ошибки, обусловленные влиянием МП, зависят от типа подвески ЧЭ компенсатора, её длины и от величины коэффициента компенсации. д) Исследования нивелира ИА 2000 показали, что на нивелиры с электронными блоками считывания и обработки информации действия МП проявляется значительно сильнее.

В заключение отметим, что все пункты запланированной программы теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации полностью выполнены. Результаты исследований представляются к защите.

1. Арнольд P.P. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами,- М. : Энергия, 1969 184 с.

2. Беспалов Ю.И. Жидкостные компенсаторы. Теория и практика применения в маркшейдерско-геодезических лазерных приборах.- Владивосток: Изд-во Дальневост. Ун-та, 1989 148 с.

3. Буравихин В.А. и др. Практикум по магнетизму,- М.: Высшая школа, 1979- 198 с.

4. Инструкция по нивелированию I, II, III и IV классов М.: Недра, 1974-160с.

5. Колесник А.Н., Бондарь A.JI. Об учете температурного изменения длин инварных реек при высокоточном нивелировании // Геод. и карт.-1976, №7, с.31-33.

6. Каден Г. Электромагнитные экраны в высокочастотной технике электросвязи.-М.-Л.: Госэнергоиздат, 1957.-327с.

7. Кантер A.C. Постоянные магниты.-М.-Л.: ОНТИ,НКТП,1938 -106с.

8. Кметко И.Н., Пандул И.С., Литинский В.О. Влияние электромагнитного поля ЛЭП на результаты геометрического нивелирования // Геодезия и картография. -1983.-№ 1 .-с.27-29.

9. Кметко И.Н., Пандул И.С., Литинский В.О. Влияние электромагнитного поля ЛЭП на результаты измерения зенитных расстояний // Геодезия, картогр. и аэросъёмка-Львов, 1984.-№40.-с.42-45.

10. Кочетов Ф.Г. Автоматизированные системы для геодезических измерений. -М.: Недра, 1991.-207с.

11. Кочетова Э.Ф. Лабораторные исследования влияния постоянных магнитных полей на нивелиры с компенсаторами // НТК проф.-преп. состава, аспир. и студ. HACA. Тез. докл.-Н.Новгород: HACA, 1995,ч.2-с.71.

12. Кочетова Э.Ф. Некоторые вопросы влияния МПЗ на компенсаторные нивелиры //НТК проф.-преп. состава, аспир. и студ. HACA. Тез. докл.-Н.Новгород: HACA, 1995, ч.2 с. 105.

13. Кочетова Э.Ф. Амагнитные жидкостные компенсаторы //Инф. листок №2197, Нижегор. межотр. ЦНТИ. Н.Новгород, 1997, 4 с.

14. Кочетова Э.Ф. Двухступенчатые амагнитные компенсаторы для геодезических приборов //Изв. вузов. Строительство и архитектура. Новосибирск 1997. -№4.-с.95-101.

15. Кочетов Ф.Г., Бухтояров В.А.Ю, Самсонов O.K. Нивелир. A.c. СССР № 1101675, «Бюлл. изобрет.» № 25, 1984.

16. Кочетов Ф.Г., Кочетова Э.Ф. Установка для исследования влияния постоянных магнитных полей на нивелиры //Инф. листок № 357-84 Горьк. межотр. ЦНТИ. Горький, 1984, 4 с.

17. Кочетов Ф.Г. Нивелиры с компенсаторами. М.: Недра, 1985. - 150 с.

18. Кочетов Ф.Г. Электромагнитная установка для испытания геодезических приборов // Инф. листок № 515-86. Горьк. межотрасл. ЦНТИ. Горький, 1986, 4 с.

19. Кочетов Ф.Г., Кочетова Э.Ф. Методы исследования влияния магнитных полей на нивелиры // Геодезия и фотограмметрия в горном деле. -Свердловск, 1987. Вып. 14, с.35-41.

20. Кочетов Ф.Г., Кочетова Э.Ф. Методы исследования влияния магнитных полей на точность геометрического нивелирования // Отчет, научно-техн. конф. по итогам реализ. ЦКП «Строит, комплекс». Горький, 1987.- с. 157159.

21. Краатц У., Лесных И.В., Мистерик Я. Исследование влияния ЭМП при геометрическом и тригонометрическом нивелировании НИИГАиК,

22. Новосибирск, 1992, 9с, Деп. в ОНИПР ЦНИИГАиК.31.03.92,№512-гд92. Рус.

23. Литинский В.О., Кметко И.Н., Кравцов Н.И. Исследование влияния электромагнитного поля ЛЭП на радиодальномерные измерения // Геодезия и картография.- 1990.№9.-с26-27.

24. Найшулер Г.М. Методика расчета коэффициентов экранирования маркшейдерского гирокомпаса Тр.Всесоюзн.научно-иссл.ин-та горной геомех. и маркшейдер. дела.-1969.-Сб.72.-с.534-545.

25. Найшулер Г.М. Магнитные ошибки экранированного маркшейдерского гирокомпаса Тр.Всесоюзн.научно-иссл.ин-та. горной геомех. и маркшейдер, дела.-1973 .-Сб.90.-с. 164-171.

26. Найшулер Г.М. Магнитные ошибки гирокомпаса и их классификация Тр.Всесоюзн.научно-иссл.ин-та. горной геомех. и маркшейдер, дела.

27. Инж.Геодезия, ч. 1.-1975.-с. 101.я

28. Патент ГДР 239661. МЗтниковое устройство. Заявл. 26.07.85, опубл. 01.10.86.

29. Раик М.В. Некоторые вопросы конструирования магнитоиндукци-онных демпферов маркшейдерско-геодезических приборов // Маркш.-геод. прборы,- М.: ВАГО, 1984, сю-45-53

30. Сафарян В.А. Стабилизатор вертикального направления визирной линии. А.с 1508096, СССР.

31. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Электричество.-М.: Наука, 1983-с 688.

32. Яновский Б.М. Земной магнетизм Л.- Изд.ЛГУ, 1978.-592 с.

33. Anderson N. On the magnetic inference to compensators of automatic levelling instruments in the Danish precise levelling. In. Proc. Nordic geod. Comm. Helsinki, 1986.

34. Beckers H. Correction of past levelling syrveys in Rheinland Pfalz for magnetic errors/ IUGG XVII General Assembly, Hamburg, 1983.

35. Beckers H. Influes of Magnetismon precise levelling -Shown in the Rheiland Pfalzian Part of the German First Order Levelling Network Workshop on the precise levelling. Hannjver,1983

36. Beckers H., Flevel H., Gottshalk H.I. Die Bestimmung des Einflusses des Erdmagnetfeldes auf Nivellementergebnisse durch Ausgleichung eines Nivellementetzes. VR, 1982, H.B., S.429-438.

37. Brys H. Model refracyel elecroohtycznej oraz jej wplyw na wyniki pomiarow, geodezyjnch. "Budownictwo Wodne i Inzynieria Sanitarna', Polytechnica Krakowska Z., Krakow 32(1983),3.

38. Dzierzega A. Zachwanie sie nasadki giroskopowej GAK-1 w stalim ale zviennim w czalie polu magnetycznym. "Zesz. Nauk AGH", 1975 №525, 89-96.

39. Dzierzega A., Jura J. Passibility of eliminations of influence of the magnetic field on indications of GAK-1 gyroattament using a correction determined in experimental way. "Pz. Komis, gorn.-geod. PAN w Krakowie, Geod", 1983, №30, 17-40.

40. Feist W., Heinze R., Müller P., Hermann G. Pendelanordnung, insbesondere fur geodätische Geräte. Pat. 233416, ГДР. Заявл. 28.12.846 опуб-лю 26.02.86.

41. Huter G. Zum Einflub von Magnetfeldern beim Prazisions -kompensatoenivellier Ni 002.- IUGG- Kongreb. Hamburg, 1983.

42. Ihde I., Steinberd I. Leistungfahigkeit und Reserven des geometrischen Prazisions nivellements. "Vermessungstechnik", 1985, № 9 301-303 (Teil 1), № 10, 332-334 (Teil 2).

43. Knufinke P. Untersuchungen uebr den Einflub der Erdmagnetismus auf Kompensator-Nivelliere. "Vermessungw. Und Raumordn.", 1987, 3 1, 47-54.

44. Kukkamaku T.I. Effect of magnetic field in levelling. "Proc. Gen. Meet. Int. Assoc. Geod., Tokyo, May 7-15,1982", Kyoto, 1982, 600.

45. Kukkamaku T.I., Lehmuskovski P. Influence of the earth magnetic field on Zeiss Ni 002 levels. "Rep. Finn. geod. Inst.", Helsiki, 1084, №84:1

46. Kolenaty E., Zeman A. Vliv magnetickeho pole Zeme na urovnani konpenzatorovych nivelacnich pristroju. "GaKO", 1985, № 9, 217-221.

47. Krautsch H. Zur Messung der magnetischen Kompensatorauslenkung. "Das Marksheidewesen", 1984, H.3,S. 401-408.

48. Kuntz E. Universität Fridericiana Karlsruhe. Geodätisches Institut. "Allgem. Vermes. Nachr.", 1983, № 7, S. 401-408.

49. Marold Т., Wahnert C. Prazisionskompensatoenivelliere und Magnetfield. "Verm.-Techn.", 1990, № 2, 49-54.

50. Meier H.K. Fein-Nivellier. Заявка № 3139385, ФРГ. Заявл. 03.10.81, опубл. 21.04.83. МКИ G 01С 5/02.

51. Noack G. Untersuchung systematischer Ziellinienanderungen des Prazisionskompensatornivelliers Ni 002 des VEB Carl Zeiss in magnetischen Gleich und Wechselndem. "Verm.-Technik", 1985, № 3, 93-94.

52. Noack G. Modell der elekromagnetischen Refraktion in elektrischen Gleichfeldern. "V.-T.", 1986, № 7, 234-236.

53. Noack G. Nivellement unter 380 kV-Hochspannungsfreileitungen. "Verm.-Techn.", 1987, № 12,410-412.

54. Noack G. Einflusst elektrischer und magnetischer Felder auf das Prazisionsnivellement. "Verm.-Techn.", 1988, № 1, 22-25.

55. Pascard R.F., Makneil I.H. A direct comparison of spirit and compensator levelling. "Geophys. Res. Lett.", 1983, № 9, 849-851.

56. Pelzer H. Systematische instrumenteile Fehler im Prazisionsnivellement. " Vermessungswes. und Raumordn.", 1984, № 2, 57-68.

57. Rumpf W, Meurisch H. Systematische Änderungen der Ziellinien von Kompensator-Nivellieren, insbesondere des Zeiss Ni 1, durch magnetische Gleich-und Wechselfelder. " Vermessungsingeneur", 1982, № 4, S. 110-116.

58. Steinberg I., Schädlich M. Analyse der Ergebnisse des Wiederholungsnivellement. Ordnung der DDR. "Verm.-Techn.", 1985, № 4, 116-118.182

59. Sturser R. Prazisionsnivellement "Veroffn. Dtsch. Geod. Komiss. Bauer. Akad. Wiss", 1983, № 265, 49-64.

60. Whalen C.T. Automatic Levels Affected by Magnetic Fields. "ACSM Bulletin, April, 1984, p. 17".