CH647078A5

CH647078A5 - Measuring arrangement for determining terrestrial refraction

Info

Publication number: CH647078A5
Application number: CH216780A
Authority: CH
Inventors: Horst Stegmann; Wolfgang Meyl; Peter Hentschel
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1980-03-19
Publication date: 1984-12-28
Also published as: DD142384A1; DE3010058A1; SE8002077L

Description

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Bestimmung der terrestrischen Refraktion insbesondere bei geodäti- 25 sehen Messungen. Die Anwendung der Erfindung ist insbesondere bei ingenieurgeodätischen Absteckungen mittels elektronischem Tachymeter zweckmässig, wenn Sollhöhen auf trigonometrischem Wege zu übertragen sind. Die Erfindung kann bei der Präzisionstachymetrie, bei Präzisionsnivel- 30 lements und bei der Steuerung von Baumaschinen z.B. mittels eines aktiven Zielstrahles (z.B. Laserstrahl) angewendet werden. The invention relates to a measuring arrangement for determining the terrestrial refraction, in particular for geodetic measurements. The application of the invention is particularly useful in engineering geodetic staking out using an electronic tachymeter if nominal heights are to be transmitted by trigonometric means. The invention can be used in precision tachymetry, in precision leveling elements and in the control of construction machines e.g. using an active target beam (e.g. laser beam).

Es ist bekannt, dass sich in den bodennahen Luftschichten die Refraktion nicht mit der für praktische Zwecke erforderlichen Zuverlässigkeit angeben lässt. Die Ursache der 35 Refraktion ist der unterschiedliche Zustand der Luftschichten. Aus umfangreichen experimentellen Untersuchungen ist bekannt, dass zwischen der Zielstrahlablenkung und dem vertikalen Temperaturgradienten eine starke Korrelation besteht, so dass der Refraktionskoeffizient in'der Hauptsache aus dem40 Temperaturgradienten bestimmt werden kann. It is known that the refraction in the air layers near the ground cannot be specified with the reliability required for practical purposes. The cause of the 35 refraction is the different state of the air layers. It is known from extensive experimental investigations that there is a strong correlation between the target beam deflection and the vertical temperature gradient, so that the refraction coefficient can mainly be determined from the 40 temperature gradient.

Bei der trigonometrischen Höhenübertragung lässt sich der Refraktionseinfluss durch simultane gegenseitige Zenitwinkelmessung weitgehend eliminieren. Es kann dabei aber noch ein Restfehler als Folge unterschiedlicher Refraktions- 45 koeffizienten an beiden Endpunkten auftreten. Bei einerseitiger trigonometrischer Höhenübertragung, wie es bei Abstek-kungen, bei der Präzisionstachymetrie und bei der Steuerung von Baumschinen mittels eines aktiven Zielstrahles der Fall sein kann, unterliegen die Messwerte der Refraktion. Zur 50 möglichst genauen Erfassung des wirksamen Refraktionskoeffizienten müsste der Temperaturgradient entlang der Lichtbahn zwischen dem geodätischen Messinstrument und dem Zielpunkt bekannt sein. Auch in Erdbodennähe kann als Näherung für die Lichtbahn ein Kreisbogen angenommen 55 und der Temperaturgradient aus Temperaturdifferenzmessungen zwischen Punkten unterschiedlicher Höhe in der Nähe des Instrumentenstandpunktes und zur Verbesserung des Ergebnisses zusätzlich auch noch durch Temperaturdifferenzmessung am Zielpunkt ermittelt werden. Weitere Tempe- 60 raturdifferenzmessungen an diskreten Punkten in Richtung des Zielstrahles sind bei wissenschaftlichen Untersuchungen vorgenommen worden. Solche Messungsanordnungen mit mehreren Temperaturdifferenzmessstationen zwischen Stand-und Zielpunkt sind bei praktischen Arbeit zu aufwendig, 65 denn sie müssten laufend neu aufgebaut werden, weil die Zielpunkte im allgemeinen in unterschiedlichen Richtungen liegen. With trigonometric height transmission, the influence of refraction can be largely eliminated by simultaneous mutual zenith angle measurement. However, a residual error can occur as a result of different refraction coefficients at both end points. In the case of a trigonometric height transmission on one side, as can be the case with branches, with precision tachymetry and when controlling construction machinery using an active target beam, the measured values are subject to refraction. To determine the effective refraction coefficient as accurately as possible, the temperature gradient along the light path between the geodetic measuring instrument and the target point should be known. Even in the vicinity of the ground, an arc can be assumed as an approximation for the light path 55 and the temperature gradient can also be determined from temperature difference measurements between points of different heights in the vicinity of the instrument position and, to improve the result, also by measuring the temperature difference at the target point. Further temperature difference measurements at discrete points in the direction of the target beam have been carried out in scientific studies. Such measuring arrangements with several temperature difference measuring stations between the position and the target point are too complex in practical work, 65 because they would have to be continuously rebuilt because the target points generally lie in different directions.

Es ist bekannt, dass zielweitenabhängige Refraktionsschwankungen möglich sind. So kann z.B. anschaulich erwartet werden, dass mit der Mitteilung über differentiell benachbarte lokale Refraktionskoeffizienten die Genauigkeit mit wachsender Entfernung vom geodätischen Messinstrument abnimmt, d.h. dass für die Bestimmung eines wahrscheinlichen Refraktionskoeffizienten die lokalen Refraktionskoeffizienten in Standpunkthöhe von grösserem Einfluss auf die Ablenkung des Zielstrahles sind als die weiter entfernten. Das bekannte Verfahren der Bestimmung der Refraktionswinkel unter Ausnutzung des Dispersionseffektes erfordert einen hohen gerätetechnischen Aufwand und lässt sich in den bodennahen Luftschichten wegen der dort vorhandenen Turbulenz kaum praktisch anwenden. It is known that target-dependent refraction fluctuations are possible. For example, are clearly expected that with the notification of differentially adjacent local refraction coefficients, the accuracy decreases with increasing distance from the geodetic measuring instrument, i.e. that for the determination of a probable refraction coefficient, the local refraction coefficients at the point of view have a greater influence on the deflection of the target beam than those further away. The known method of determining the refraction angle using the dispersion effect requires a high expenditure on equipment and can hardly be used practically in the air layers near the ground because of the turbulence present there.

Das Ziel der Erfindung ist es, die terrestrische Refraktion bei ingenieurgeodätischen und bautechnischen Arbeiten genauer zu bestimmen, als es nach herkömmlichen Verfahren möglich ist. The aim of the invention is to determine the terrestrial refraction in engineering geodetic and construction work more precisely than is possible using conventional methods.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Messanordnung anzugeben, die es ermöglicht, für eine bestimmte Reichweite - vom Instrumentenstandpunkt ausgehend - kontinuierlich Messwerte zu ermitteln, aus denen auf die momentane Refraktion geschlossen werden kann. Dies wird erfin-dungsgemäss dadurch erzielt, dass sie sich aus einem geodätischen Messinstrument, einer elektronischen Recheneinrichtung und einer Vorrichtung zur Messung der Laufzeitdifferenz von Schallwellen, bestehend aus einem Schallsendeteil und einem Schallempfangsteil, zusammensetzt. Diese Anordnung dient dazu, aus der Laufzeitdifferenz von Schallwellen die Refraktion zu ermitteln. Die jeweilige Messstrecke zwischen geodätischem Messinstrument und Zielpunkt oder eine repräsentative Strecke geeigneter Orientierung wird von einer Schallwelle mit festgelegter Frequenz durchlaufen. Aus der Abhängigkeit der Schallgeschwindigkeit vom Zustand der The invention is based on the object of specifying a measuring arrangement which makes it possible to continuously determine measured values for a specific range, starting from the point of view of the instrument, from which the instantaneous refraction can be inferred. This is achieved according to the invention in that it is composed of a geodetic measuring instrument, an electronic computing device and a device for measuring the transit time difference of sound waves, consisting of a sound transmitting part and a sound receiving part. This arrangement serves to determine the refraction from the transit time difference of sound waves. The respective measuring section between the geodetic measuring instrument and the target point or a representative section of suitable orientation is traversed by a sound wave with a fixed frequency. From the dependence of the speed of sound on the state of the

Luft kann auf die jeweilige Refraktion geschlossen werden. Air can be deduced from the respective refraction.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Laufzeiten der Schallwellen bei gleichen Weglängen sich voneinander unterscheiden, wenn Luftschichten verschiedener Temperatur durchlaufen werden. The invention is based on the knowledge that the transit times of the sound waves differ from one another with the same path lengths if air layers of different temperatures are traversed.

Die erfindungsgemässe Messanordnung zur Bestimmung der terrestrischen Refraktion wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles zur Bestimmung der Vertikalrefraktion näher erläutert. The measuring arrangement according to the invention for determining the terrestrial refraction is explained in more detail below using an exemplary embodiment for determining the vertical refraction.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Show in the accompanying drawings

Fig. 1 : die schematische Messanordnung zur Bestimmung der Vertikalrefraktion und Fig. 1: the schematic measuring arrangement for determining the vertical refraction and

Fig. 2: das schematische Blockschaltbild der Vorrichtung V 1 zur Messung der Laufzeitdifferenz von Schall. 2: the schematic block diagram of the device V 1 for measuring the transit time difference of sound.

Eine geeignete Ausführungsform der Messanordnung zur Bestimmung der terrestrischen Refraktion besteht aus einem geodätischen Messinstrument, einer elektronischen Recheneinrichtung und einer ersten Vorrichtung oder einer zweiten Vorrichtung. Die erste Vorrichtung dient zur Messung der Laufzeitdifferenz von Schallwellen. Sie besteht aus einem Schallsendeteil S und einem Schallempfangsteil E (Fig. 2). Zum Schallsendeteil S gehören ein Impulsgenerator 1 und ein elektroakustischer Wandler 2. Der Schallempfangsteil E besteht aus zwei Mikrophonen Mi und M2 und einer Schaltung zur Messung und Anzeige der Laufzeitdifferenz. Die beiden Mikrophone Mi und M2 sind senkrecht übereinander in verschiedenen Höhen an dem geodätischen Messinstrument selbst befestigt oder in seiner unmittelbaren Nähe aufgestellt. Werden die beiden Mikrophone Mi und Mi horizontal nebeneinander aufgebaut, so kann mittels einer solchen Anordnung die horizontale Komponente der Refraktion bestimmt werden. Der Schallsendeteil S kann an einem für die Bestimmung des Refraktionskoeffizienten repräsentativen A suitable embodiment of the measuring arrangement for determining the terrestrial refraction consists of a geodetic measuring instrument, an electronic computing device and a first device or a second device. The first device is used to measure the transit time difference of sound waves. It consists of a sound transmission part S and a sound reception part E (Fig. 2). The sound transmission part S includes a pulse generator 1 and an electroacoustic transducer 2. The sound reception part E consists of two microphones Mi and M2 and a circuit for measuring and displaying the transit time difference. The two microphones Mi and M2 are attached vertically one above the other at different heights to the geodetic measuring instrument itself or set up in its immediate vicinity. If the two microphones Mi and Mi are set up horizontally next to one another, the horizontal component of the refraction can be determined by means of such an arrangement. The sound transmission part S can be at a representative for the determination of the refraction coefficient

3 3rd

647 078 647 078

Ort stationär oder zusammen mit dem zur Tachymeterausrü-stung gehörenden Reflektor jeweils ortsveränderlich aufgestellt werden. Place stationary or together with the reflector belonging to the tachymeter equipment.

In einem Koordinatensystem kann die räumliche Lage der Mikrophone Mi und M2 des Schallsendeteiles S durch räum- 5 liches polares Anhängen festgelegt werden. Die Schrägstrek-ken s'i und s': (Fig. 1) zwischen dem Schallsendeteil S und den Mikrophonen Mi und M2 lassen sich mittels der elektronischen Recheneinrichtung berechnen. In a coordinate system, the spatial position of the microphones Mi and M2 of the sound transmission part S can be determined by spatially polar appending. The inclined distances s'i and s': (FIG. 1) between the sound transmission part S and the microphones Mi and M2 can be calculated using the electronic computing device.

Der elektroakustische Wandler 2 wandelt die vom Impuls-10 generator 1 erzeugten elektrischen Impulse in Schallimpulse um. Die vom Schallsendeteil S abgegebenen Schallimpulse durchlaufen die Schrägstrecken s'i und s'2. Bei unterschiedlichen vertikalen Temperaturgradienten entlang dieser Strek-ken gelangen die Schallimpulse mit einer Laufzeitdifferenz an15 die Mikrophone Mi und Mz. Diese Differenz wird in der nachfolgenden Schaltung gemessen und angezeigt. Die Laufzeitdifferenz, gewissermassen eine gemittelte Grösse bzw. ein repräsentativer Wert für die unterschiedlichen, vom Schall durchlaufenden Temperaturfelder, dient zur Ableitung des 20 vorhandenen mittleren vertikalen Temperaturgradienten auf dem Weg vom Schallsendeteil S zum Schallempfangsteil E. Aus dem Temperaturgradienten kann mit Hilfe der elektronischen Recheneinrichtung nach bekannten mathematischen Beziehungen der momentane Refraktionskoeffizient berech- 25 net werden. Die zweite Vorrichtung hat dieselbe Funktion wie die erste Vorrichtung. Bei der zweiten Vorrichtung besteht der Schallsendeteil S aus einem Impulsgenerator 1 und zwei senkrecht übereinander angeordneten elektroakustischen Wandlern 2. 30 The electroacoustic transducer 2 converts the electrical pulses generated by the pulse generator 1 into sound pulses. The sound pulses emitted by the sound transmission part S pass through the inclined sections s'i and s'2. With different vertical temperature gradients along these paths, the sound impulses arrive at the microphones Mi and Mz with a time difference15. This difference is measured and displayed in the circuit below. The transit time difference, to a certain extent an averaged quantity or a representative value for the different temperature fields passing through the sound, is used to derive the existing average vertical temperature gradient on the way from the sound transmitting part S to the sound receiving part E. The temperature gradient can be adjusted using the electronic computing device known mathematical relationships, the instantaneous refraction coefficient can be calculated. The second device has the same function as the first device. In the second device, the sound transmission part S consists of a pulse generator 1 and two electroacoustic transducers 2. 30 arranged vertically one above the other

Die Messanordnung zur Bestimmung der Vertikalrefraktion kann aus einem elektronischen Tachymeter T mit einer elektronischen Recheneinrichtung und einer ersten Vorrichtung, bestehend aus einem Schallsendeteil S und einem Schallempfangsteil E, aufgebaut werden (Fig. 1). Der Schall- 35 sendeteil S kann entweder in einer repräsentativen Entfernung vom Instrumentenstandpunkt stationär (z.B. 200 bis 300 m in der Hauptrichtung einer Absteckung) oder bei nicht zu grossen Messstrecken s' (abhängig von der Leistung des Schallsendeteiles S) jeweils ortsveränderlich zusammen mit 40 dem zur Tachymeterausrüstung gehörenden Reflektor aufgestellt werden. Zum Schallempfangsteil E gehören zwei Mikrophone Mi und Ma, die senkrecht übereinander in den Höhen zi und Z2 über der Erdoberfläche am elektronischen Tachymeter T selbst befestigt oder in seiner unmittelbaren Nähe aufge-45 stellt werden. Der Schallempfangsteil E besteht aus den beiden Mikrophonen Mi und M2 mit Verstärkern, einem Erstim-pulszuordner 3, einer Torschaltung 4, einem Frequenzgenerator 5, einer Teilerstufe 6, einem Zähler 7, einer Zifferanzeige 8, einem Steuerteil 9 und einem Schalter 10. In einem x, y, z- 30 Koordinatensystem (z.B. örtliches System: Lotlinie im Instrumentenstandpunkt = z-Achse, Richtung der x-Achse = Nullrichtung des Horizontalkreises und Ursprung = Durchstoss-punkt der z-Achse durch die Erdoberfläche) kann durch räumliches polares Anhängen die Lage der Mikrophone Mi 55 und M2 sowie des Schallsendeteiles S festgelegt werden. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung lassen sich die Schrägstrecken si' und s:' zwischen den Mikrophonen Mi und M; und dem Schallsendeteil S berechnen. Durchlaufen die vom Schallsendeteil S abgegebenen Impulse entlang der 60 Schrägstrecken si' und S2' unterschiedliche Temperaturfelder, so kommen sie mit einer Laufzeitdifferenz am Schallempfangsteil E an. Diese Laufzeitdifferenz wird genau gemessen und als Eingangsgrösse zur Berechnung eines mitteleren Refraktionskoeffizienten nach bekannten Beziehungen der Schallausbreitung in Luft und der Ableitung des Refraktionskoeffizienten aus dem Temperaturgradienten benutzt. Der Schallsendeteil S kann z.B. so aufgebaut werden, dass der Impulsgenerator 1 Impulse von 1 bis 2 ms mit einer Pause von 250 ms erzeugt. Durch die Mikrophone Mi und M2 mit Verstärkern werden die Schallimpulse in elektrische Impulse gewandelt und verstärkt. Das Vorzeichen der Laufzeitdifferenz der Schallimpulse (Vorzeichen der mittleren Temperaturdifferenz zwischen den Schrägstrecken si' und s2' wird mittels des Erstimpulszuordners 3 erfasst. Der Erstimpuls über das eine Mikrophon Mi oder M2 öffnet die Torschaltung 4, der später ankommende Impuls über das andere Mikrophon M2 oder Mi schliesst sie. Bei geöffneter Torschaltung 4 können die vom Frequenzgenerator 5 z.B. mit einer Frequenz von 100 kHz erzeugten Impulse das Tor passieren. Sie werden vom Zähler 7 gezählt. Der Inhalt des Zählers 7 entspricht der Laufzeitdifferenz der Schallimpulse und wird mittels der Zifferanzeige 8 angezeigt. Durch das Steuerteil 9 wird der Zähler 7 nach erfolgter Anzeige von etwa 200 ms wieder auf Null gestellt. Durch eine Teilerstufe 6, die entsprechend der Länge der Messstrecke s' mit Hilfe des Schalters 10 umgeschaltet werden kann (z.B. für s' = 100 m, 200 m, 400 m), wird die Frequenz der Impulse des Impulsgenerators 5 geteilt. Diese Teilung ermöglicht die Erfassung einer Laufzeitdifferenz von 0 bis 990 us in Stufen von jeweils 10 us, und zwar bezogen auf eine Messstrecke s' = 100 m. Einer Laufzeitdifferenz von 10 us entspricht dabei eine Temperaturdifferenz von 0,02 K. Die zweite Vorrichtung kann prinzipiell wie die erste Vorrichtung aufgebaut werden. Der Schallsendeteil S wird bei der zweiten Vorrichtung so aufgebaut, dass zwei elektroakustische Wandler 2 (z.B. Lautsprecher) senkrecht übereinander in demselben Abstand wie die beiden Mikrophone Mi und M2 z.B. an einer Nivellierlatte verschiebbar angeordnet werden, so dass speziell bei horizontalen Zielungen die Strecke zwischen dem Mikrophon Mi und dem unteren bzw. zwischen dem Mikrophon M2 und dem oberen elektroakustischen Wandler ebenfalls horizontal sind. Die Mikrophone Mi und M2 können an der anderen Nivellierlatte befestigt werden. Die zweite Vorrichtung kann insbesondere beim Präzisionsnivellement angewendet werden. The measuring arrangement for determining the vertical refraction can be constructed from an electronic tachymeter T with an electronic computing device and a first device consisting of a sound transmission part S and a sound reception part E (FIG. 1). The sound transmission part S can either be stationary at a representative distance from the instrument point of view (e.g. 200 to 300 m in the main direction of a stakeout) or if the measuring distances s' are not too long (depending on the performance of the sound transmission part S), each of which can be moved along with the 40 reflector belonging to the tachymeter equipment. The sound receiving part E includes two microphones Mi and Ma, which are attached vertically one above the other at heights zi and Z2 above the earth's surface to the electronic tachymeter T or set up in its immediate vicinity. The sound receiving part E consists of the two microphones Mi and M2 with amplifiers, a primer pulse allocator 3, a gate circuit 4, a frequency generator 5, a divider 6, a counter 7, a numerical display 8, a control part 9 and a switch 10. In one x, y, z- 30 coordinate system (e.g. local system: plumb line in the instrument position = z-axis, direction of the x-axis = zero direction of the horizontal circle and origin = point of penetration of the z-axis through the earth's surface) can be achieved by spatial polar appending Location of the microphones Mi 55 and M2 and the sound transmission part S can be determined. The inclined distances si 'and s:' between the microphones Mi and M; and calculate the sound transmission part S. If the pulses emitted by the sound transmission part S pass through different temperature fields along the 60 inclined sections si 'and S2', they arrive at the sound reception part E with a transit time difference. This transit time difference is measured precisely and used as an input variable for calculating a mean refraction coefficient based on known relationships of sound propagation in air and the derivation of the refraction coefficient from the temperature gradient. The sound transmission part S can e.g. so that the pulse generator generates 1 pulses of 1 to 2 ms with a pause of 250 ms. The Mi and M2 microphones with amplifiers convert the sound impulses into electrical impulses and amplify them. The sign of the transit time difference of the sound pulses (sign of the average temperature difference between the inclined distances si 'and s2' is detected by means of the first pulse assignor 3. The first pulse via the microphone Mi or M2 opens the gate circuit 4, the pulse arriving later via the other microphone M2 or It closes when the gate circuit 4 is open, the pulses generated by the frequency generator 5, for example with a frequency of 100 kHz, can pass through the gate 7. They are counted by the counter 7. The content of the counter 7 corresponds to the transit time difference of the sound pulses and is indicated by the numerical display 8 After a display of approximately 200 ms, the counter 7 is reset to zero by the control part 9. By a divider stage 6, which can be switched over according to the length of the measuring section s 'using the switch 10 (for example for s' = 100 m , 200 m, 400 m), the frequency of the pulses of the pulse generator 5 is divided Detection of a transit time difference from 0 to 990 us in steps of 10 us each, based on a measuring distance s' = 100 m. A runtime difference of 10 us corresponds to a temperature difference of 0.02 K. In principle, the second device can be constructed like the first device. The sound transmission part S is constructed in the second device in such a way that two electroacoustic transducers 2 (e.g. loudspeakers) are stacked vertically at the same distance as the two microphones Mi and M2 e.g. be slidably arranged on a leveling staff, so that the distance between the microphone Mi and the lower or between the microphone M2 and the upper electroacoustic transducer is also horizontal, especially with horizontal targets. The Mi and M2 microphones can be attached to the other staff. The second device can be used in particular for precision leveling.

Für die Schallgeschwindigkeit vT, und vT2 bei den absoluten Gastemperaturen Ti und T2 in ein und demselben Gas gilt The following applies to the speed of sound vT, and vT2 at the absolute gas temperatures Ti and T2 in one and the same gas

T, T,

Auf den Schrägstrecken si' und S2' (Fig. 1) könnten die mittleren Schallgeschwindigkeiten vT, und vT2 bei den mittleren Lufttemperaturen Ti und T2 berechnet werden, wenn die Laufzeiten ti und t2 der Schallimpulse bekannt wären The average sound velocities vT, and vT2 at the average air temperatures Ti and T2 could be calculated on the inclined paths si 'and S2' (FIG. 1) if the transit times ti and t2 of the sound pulses were known

S ' S '

vj = — vj = -

1 *1 1 * 1

bzw. respectively.

s2 s2

Vm = — t2 Vm = - t2

Mit diesen Werten, der Laufzeitdifferenz At = t2 - ti und der mittleren Temperaturdifferenz AT = T> - Ti lautet obige Gleichung With these values, the transit time difference At = t2 - ti and the mean temperature difference AT = T> - Ti, the equation above is

4 4th

<2 <2

si s. . si s. .

1 1

s2 s2

1 + 1 +

A t A t

-Ar -Ar

1r 1r

A T A T

2To 2To

647 078 647 078

4 4th

Für die Berechnung der mittleren Temperaturdifferenz AT auf den Schrägstrecken si' und S2' ergibt sich folgende Gleichung The following equation results for the calculation of the mean temperature difference AT on the inclined sections si 'and S2'

2T2 2T2

■1 - ■ 1 -

si si

1 + 1 +

4* 4 *

Die Laufzeitdifferenz At wird im Schallempfangsteil E gemessen. Anstelle der mittleren Lufttemperatur Ti kann als Näherung die Lufttemperatur TM2 am Mikrophon M2, also in der Höhe z2, eingeführt werden: T2 « TM2. Näherungsweise kann die Laufzeit ti aus der Schallgeschwindigkeit für trok-kene atmosphärische Luft bei Normaldruck und aus der Schrägstrecke si' berechnet werden t _ S1 The transit time difference At is measured in the sound receiving part E. Instead of the average air temperature Ti, the air temperature TM2 can be introduced as an approximation on the microphone M2, that is at the height z2: T2 «TM2. Approximately the running time ti can be calculated from the speed of sound for dry atmospheric air at normal pressure and from the inclined distance si 't _ S1

M ~ 2 . M ~ 2.

331,3 + 0,6 C% - 273,15) 331.3 + 0.6 C% - 273.15)

Für die Masseinheiten gilt dabei [ti] = s, [si'] = m und [Tm2] = K. Da die Laufzeit ti der Schallimpulse auf der Schrägstrecke si' vom Zustand der Luft (Druck, Temperatur, Feuchtigkeit, Zusammensetzung und Wind) abhängig ist, können aus ihrer Messung realere Werte als nach obiger Näherungsrechnung erwartet werden. The following applies to the units of measurement: [ti] = s, [si '] = m and [Tm2] = K. Since the transit time ti of the sound impulses on the inclined section si' depends on the condition of the air (pressure, temperature, humidity, composition and wind) dependent, real measurements can be expected from their measurement than according to the approximation above.

Zwecks genauer Messung der absoluten Laufzeit ti der Schallimpulse kann der Schallsender über einen Funkkanal gesteuert werden. Wird das Mikrophon Mi in der Höhe zi = 1 m über dem Erdboden angeordnet, dann lässt sich der mittlere vertikale Temperaturgradient Ti für 1 m Höhe aus der mittleren Temperaturdifferenz AT und der Höhe Z2 des Mikrophons M2 berechnen The sound transmitter can be controlled via a radio channel in order to precisely measure the absolute transit time ti of the sound pulses. If the microphone Mi is placed at a height of zi = 1 m above the ground, then the mean vertical temperature gradient Ti for 1 m height can be calculated from the mean temperature difference AT and the height Z2 of the microphone M2

- AT - AT

In z. In e.g.

Der mittlere vertikale Temperaturgradient t in einer beliebigen Höhe 21 (z.B. Kippachsenhöhe des Tachymeters) ergibt sich aus der Beziehung r = The mean vertical temperature gradient t at any height 21 (e.g. tilt axis height of the tachymeter) results from the relationship r =

ri ri

30 30th

Mit x kann quasi ein mittlerer lokaler Refraktionskoeffizient, der etwa dem wirksamen Refraktionskoeffizienten entspricht, nach bekannten Formeln berechnet werden. With x, an average local refraction coefficient, which corresponds approximately to the effective refraction coefficient, can be calculated according to known formulas.

g G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

647 078

2nd

PATENT CLAIMS

1. Measuring arrangement for determining the terrestrial refraction, characterized in that it consists of a geodetic measuring instrument, an electronic computing device and a device for measuring the transit time difference of sound waves, consisting of a sound transmission part (S) and a sound reception part (E), put together.

2. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the sound transmission part (S) consists of a pulse generator (1) and one or two electro-acoustic transducers (2) which are preferably arranged vertically one above the other.

consists.

3. Measuring arrangement according to claim 1, characterized in that the sound receiving part (E) from two vertically one above the other and / or horizontally next to each other-15 th microphones (Mi) and (M2), a first pulse allocator (3), a gate circuit (4), a frequency generator (5),

a division stage (6), a counter (7), a numerical display

(8), a control part (9) and a switch (10).

20th