Tachymeter en prisma

Een recente ontwikkeling in het meten van afstanden binnen de atletiek is VDM (Video Distance Measurement). Bij deze techniek worden de afstanden berekend op basis van digitale foto’s. Deze meettechniek wordt voor het ver- en hinkstapspringen gebruikt bij grote internationale wedstrijden. De nieuwste ontwikkeling is de toepassing ervan bij het kogelstoten.

(Bron: jury-informatie Amsterdam EK 2016)

Een geheel andere techniek om afstanden te meten is m.b.v. GPS- satellieten. De meetnauwkeurigheid van deze meetmethode is 2 cm. Dit is onvoldoende voor toepassing ervan in de atletiek.

De meest gebruikte techniek voor het elektronisch meten[1] van afstanden in de atletiek is met behulp van landmeetkundige apparatuur:

  • tachymeter[2] met stelschroevenblok op een statief, deze kan voorzien zijn van software voor het verwerken van de afstandsmetingen binnen de atletiek;
  • meetprisma op een meetstok.

Daarnaast kan er een laptop op de tachymeter aangesloten zijn. Deze wordt ofwel voor de (landmeetkundige) berekening van de geworpen of gesprongen afstand gebruikt of voor de uitslagenverwerking.

Afbeelding met gras, landmeterniveau, automaat

Automatisch gegenereerde beschrijving Afbeelding met tekst

Automatisch gegenereerde beschrijving

Tachymeter op stelschroevenblok Stelschroevenblok

Afbeelding met gras, buiten

Automatisch gegenereerde beschrijving Afbeelding met gras, buiten, rood

Automatisch gegenereerde beschrijving

Statief met stelschroevenblok Meetstok met een zogeheten mini prisma

Afbeelding met gras, persoon, buiten, spel

Automatisch gegenereerde beschrijving Afbeelding met gras, buiten, spel, persoon

Automatisch gegenereerde beschrijving

Instellingen controleren voor de wedstrijd Er zijn verschillende modellen prisma’s en meetstokken

Tachymeter

De tachymeter is een elektro-optisch meetinstrument uit de landmeetkunde dat een aantal functies combineert:

  • Theodoliet, meetinstrument voor horizontale en verticale hoeken.
  • Afstandmeter m.b.v. infraroodlicht of laser[3];

 

1e as

2e as of kiep-as

kijk-as

Schematische weergave theodoliet Bron tekening tachymeter: Leica

(Bron: Fred the Oyster Wikipedia)

Voor het meten van de afstand gebruikt de tachymeter gemoduleerd infrarood licht als meetsignaal. De tijd die het uitgezonden meetsignaal nodig heeft om “terug” te komen[4], is een maat voor de afstand.

Voor het meten van de afstand en de horizontale en verticale hoeken maakt de tachymeter gebruik van een meetprisma als reflector en richtpunt.

 

Schematische weergave beeld van het prisma bezien door de kijker van de tachymeter

Dit prisma stuurt het infrarood meetsignaal dat gezonden wordt door de tachymeter terug. De metingen van de afstanden en hoeken vormen de basis voor de berekening van de geworpen of gesprongen afstand.

Projectievlak

Bij de afstandsmetingen in de atletiek met de tachymeter worden dezelfde basisprincipes gebruikt als in de landmeetkunde.

In de landmeetkunde is het uitgangspunt dat uit de hoek- en afstandsmetingen de afstand tussen meetpunten berekend wordt in het horizontale vlak[5]. Van ieder meetpunt wordt daarnaast de hoogte berekend t.o.v. dit horizontale vlak. Dit vlak, ook wel projectievlak[6], genoemd, ligt op de hoogte van de horizontale as (2e of kiep-as) van de tachymeter loopt en ligt precies waterpas.

Z (1e as)

Px,y,z

hoogte

punt P

Y

O

.

 

.

X (2e of kiep-as)

horizontale

afstand

Projectievlak (x-as en y-as liggen in het horizontale vlak, z-as is voor het bepalen van de hoogte van een punt)

Deze werkwijze heeft als voordeel dat voor het meten van afstanden de hoogte van het meetprisma t.o.v. de grond niet van belang is. Alleen voor hoogtemetingen, zoals bij polsstokhoogspringen, is de prismahoogte van belang.

Afbeelding met tekst

Automatisch gegenereerde beschrijving

Om te controleren of het projectievlak horizontaal ingesteld is, heeft de tachymeter een waterpas. Dit kan een zogeheten (elektronisch) doosniveau zijn of een libel. De tachymeter heeft bovendien een zogeheten compensator[7] dat het instrument zeer nauwkeurig waterpas stelt en corrigeert.

Elektronisch doosniveau Libel (Bron: Lightcraft Technology)

Als het projectievlak niet goed waterpas ingesteld staat, dan ontstaat er een meetfout zoals op onderstaande tekeningen aangegeven is.

Meetprisma

Een meetprisma is een speciaal ontworpen retroreflector die wordt gebruikt om het gemoduleerde infrarood meetsignaal van een tachymeter te reflecteren. Het bijzondere ervan is dat hij het invallende infrarood licht in exact dezelfde richting terugstuurt als waar ze vandaan kwam, onafhankelijk van de invalshoek. Dit vermindert in zeer hoge mate de verstrooiing van het meetsignaal. Hierdoor zijn nauwkeurige metingen over een grote afstand mogelijk.

Het principe van een retroreflector

Afbeelding met zitten

Automatisch gegenereerde beschrijving Afbeelding met object, licht, zitten, tafel

Automatisch gegenereerde beschrijving

Retroreflector Lecia GPR1 prisma Achterzijde van het prisma Prisma in houder

Prismaconstante

Meetprisma’s zijn zo ontworpen dat ongeacht de weg die het meetsignaal in het prisma afligt, de tijd die nodig is om deze weg af te leggen altijd hetzelfde is. De voortplantingssnelheid van het infrarood meetsignaal in glas is ongeveer 2/3 van die in lucht. Hierdoor heeft het meetsignaal in glas een langere tijd nodig dan als dezelfde afstand in lucht afgelegd zou worden. Dit tijdsverschil zorgt ervoor dat de tachymeter uit het tijdsverschil tussen het uitgaande en terugkomende signaal een afstand berekent van een punt (virtueel meetpunt MP) dat verder ligt dan de achterzijde van het meetprisma.

Binnen de atletiek is het meetprisma altijd gemonteerd op een meetstok. De punt van de meetstok, ook wel draaipunt (DP) genoemd, wordt geplaatst op het op te meten punt. Het verschil in afstand tussen het draaipunt van de meetstok en het virtuele meetpunt MP wordt de prismaconstante genoemd. Dit wordt gebruikt om de door de tachymeter gemeten afstand te corrigeren. Deze is ieder model anders.

Prismaconstante = 0

Afbeelding met gras, buiten, zitten, klein

Automatisch gegenereerde beschrijving Afbeelding met zitten, licht, straat

Automatisch gegenereerde beschrijving Afbeelding met buiten, zitten, gras, groen

Automatisch gegenereerde beschrijving

Leica GMP 111,prismaconst. – 16,9 mm TPS mini 103, prismaconst.0,0 mm Leica GPR 1, prismaconst. – 34,4 mm

Leica tape,prismaconst. 0,0 mm Leica GRZ 101 360 graden, prismaconst. – 4,4 mm

Leica constante

De prismaconstante wordt meestal op het prisma aangegeven. Zo niet is deze aan de hand van het model in de documentatie[8] van de fabrikant terug te vinden. Hierbij is het zaak om op te letten of de prismaconstante is of de zogeheten Leica constante.

Leica gebruikt niet de prismaconstante maar de zogeheten Leica constante. Bij het grote ronde Leica standaard prisma is de Lecia constante 0 mm. Het verschil met de prismaconstante is – 34,4 mm.

Prismaconstante

[mm]

Leica constante

[mm]

0,0 34,4
– 4,4 30,0
– 6,3 28,1
– 11,3 23,1
– 16,9 17,5
-30,0 4,4
– 34,4 0,0

Richtpunt

Een ander belangrijke parameter van het meetprisma is het richtpunt. Dit is het zichtbare centrum van het prisma. De kruisdraden in het oculair van de kijker van de tachymeter moeten hierop gericht worden.

Afbeelding met gras, buiten, weg, geparkeerd

Automatisch gegenereerde beschrijving

Richtpunt van het prisma gezien door

de kijker van de tachymeter

Er zijn prisma’s die zo ontworpen zijn dat, binnen bepaalde grenzen, er slechts een minimale afwijking ontstaat als het prisma niet precies goed naar de tachymeter gericht is. Bij deze prisma’s valt het richtpunt (RP) samen met het draaipunt (DP). Deze worden hoekgetrouw genoemd. Bij niet-hoekgetrouwe prisma’s valt meestal het draaipunt samen met het meetpunt

Richtpunt Hoekgetrouw Niet hoekgetrouw

Als een niet hoekgetrouw meetprisma niet goed naar de tachymeter gericht wordt, ontstaan er meetfouten die niet verwaarloosd kunnen worden. Niet hoekgetrouwe prisma’s zijn daarom vaak voorzien van hulpmiddelen om het richten van het prisma naar de tachymeter te vereenvoudigen.

Afbeelding met zwart, rood, zitten, wit

Automatisch gegenereerde beschrijving

Voorbeeld van niet hoekgetrouw prisma

Bij een 360 graden prisma speelt het punt van hoekgetrouwheid niet. Daar het minder nauwkeurig is, is het gebruik ervan niet aan te raden.

Bron: Leica

Anti-reflectie coating

Op de voorzijde van het prisma is een anti-reflectie coating aangebracht. Deze moet voorkomen dat een deel van het infrarood meetsignaal direct teruggekaatst wordt. Ondanks dat wordt toch nog klein deel van het meetsignaal bij het oppervlak gereflecteerd.

Als de kijker van de tachymeter precies uitgelijnd is met het prisma kan dit leiden tot een foutmelding van de tachymeter of een meetfout. Mocht dit optreden dan is de oplossing gemakkelijk. Het prisma een heel beetje draaien voldoet.

Als het prisma in de houder horizontaal wordt gezet, is de kans dat dit probleem optreedt nihil.

  1. EDM = Electronic Distance Measurement
  2. De tachymeter wordt ook wel “total station” genoemd daar de moderne instrumenten uitgebreide software hebben en een goede koppeling met softwarepakketten voor de verwerking van gegevens en het importeren van gegevens voor het uitzetten van bijvoorbeeld funderingen.
  3. Vanwege veiligheid en de geringere nauwkeurigheid wordt de laser binnen de atletiek niet gebruikt.
  4. Deze tijd wordt beïnvloed door de luchtdruk, de relatieve luchtvochtigheid en de temperatuur. En ook door luchtturbulenties zoals de zon de grond opwarmt. In sommige tachymeters kunnen daarom de luchtdruk, de relatieve luchtvochtigheid en de temperatuur ingevoerd worden. Het apparaat berekent dan zelf de benodigde correcties.
  5. Deze werkwijze sluit aan bij de eis die staat in de IAAF Track and Field Facilities Manual 2008 art. 5.2.2. Distance and Height. Daar staat dat de horizontale afstand bij de werp- en horizontale springonderdelen gemeten moet worden.
  6. In de landmeetkunde is het gebruikelijk om de hoogte van het projectievlak lager te kiezen. Dit heeft geen invloed op de berekening van de afstanden tussen meetpunten. Ook niet op het hoogteverschil tussen meetpunten.
  7. Ook wel automatische waterpascorrectie genoemd.
  8. In veel tachymeters is de prismaconstante van een aantal veel voorkomende meetprisma’s voorgeprogrammeerd.