Оптические (геометрические) дальномеры

Принцип измерения расстояний при помощи оптического дальномера основан на решении равнобедренного треугольника АВС, в котором измеряемая линия S является высотой, базис ВС=l – основанием, А -вершиной параллактического угла (β).

Рис. 5. Принципиальная схема геометрического дальномера

Показанные величины связаны между собой следующей формулой

S = (l*ctg β/2)/2

Из трех элементов формулы один элемент S (расстояние) всегда определяется. В зависимости от того, какой из двух оставшихся элементов сохраняется постоянным, существуют геометрические дальномеры двух разновидностей: с постоянным углом (меняется и измеряется l) и с постоянной базой (меняется и измеряется β).

Относительная погрешность измерения длин линий дальномерами зависит от их типа и изменяется от 1:400 до 1 : 5 000 длины измеряемой линии.

Нитяной дальномер (с постоянным углом β) - оптическое устройство, вмонтированное в зрительную трубу геодезических приборов. Оно представляет собой закрепленное в металлической обойме отшлифованное оптическое стекло, на котором выгравированы линии (нити): вертикальная и ряд горизонтальных. В разных приборах набор нитей несколько различный (рис. 6). Для измерения расстояний используют две горизонтальные нити (обычно, крайние), расположенные симметрично относительно средней нити и называемые дальномерными.

Рис. 6. Визирные нити в различных приборах

Расстояние при помощи нитяного дальномера вычисляется по формуле

D=K*L+C,

где K – коэффициент дальномера, L – отсчет по рейке, C – постоянная дальномера. В современных приборах коэффициент K равен 100, а величина постоянной близка 0, поэтому

D=100*L

Получается, что наблюдаемое в трубу количество сантиметров на рейке между нитями дальномера соответствует расстоянию до нее в метрах.

Относительная погрешность измерения нитяным дальномером расстояний составляет примерно 1:400 измеряемой длины.

Электронные (физические) дальномеры Светодальномеры

К дальномерам этого типа относят радио- и светодальномеры. Они бывают импульсные и непрерывного излучения (фазовые); с уголковым (триппель-призмой) или пассивным отражателем (светодальномеры) и активным отражателем (радиодальномеры). Триппель-призмы обладают тем конструктивным свойством, что весь падающий на них свет или излучение они отражают строго в обратном направлении независимо от их разворота.

В основе электронных средств измерений расстояния D лежит известная из курса физики формула

D= (1/2)νt,

где t— время распространения электромагнитных колебаний вдоль измеряемой уголкового отражателя линии и обратно; ν - скорость распространения электромагнитных волн в воздухе.

Если измерить время прохождения электромагнитных волн от электронного дальномера, установленного на одном конце измеряемой линии, до отражателя - на другом ее конце и обратно, то при известной скорости распространения электромагнитных волн можно вычислить искомую длину линии.

Время распространения электромагнитных колебаний может быть определено как прямым, так и косвенным методами.

Импульсные дальномеры служат для прямого определения промежутка времени t по запаздыванию принимаемого после отражения электромагнитного импульса по отношению к моменту его излучения. С появлением оптических квантовых генераторов при известной длительности импульсов время t подсчитывают с помощью электронного счетчика методом дискретного счета.

В навигационных радиолокационных системах для определения времени прохождения импульса используют электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), на экране которых отражается момент излучения импульса и приема отраженного сигнала на кольцевой шкале с делениями времени.

Косвенный метод основан на измерении какого-либо параметра электромагнитных колебаний, являющегося определенной функцией временного интервала, в частности разности фаз исходного и принятого колебаний. Такие дальномеры называют фазовыми.

С внедрением полупроводниковых лазерных источников излучения и цифровых методов обработки данных при измерении разности фаз появились импульсно-фазовые светодальномеры, в основе которых лежит фазовый метод определения временного интервала при импульсном методе излучения.

Радиодальномеры фазовые с активным отражателем представляют собой комплект приборов, состоящий из двух взаимозаменяемых станций: ведущей и ведомой. Ведущая станция излучает колебания с частотой f (сантиметровые длины волн). Ведомая станция принимает сигнал, трансформирует его в излучение с другой частотой в отношении 2/3 или 3/2 к исходящей частоте и посылает обратно сигнал с частотой f₂.

Индикатор на ведущей станции измеряет разность фаз излучаемых и принимаемых волн после обратной трансформации их частоты.

Для разрешения неоднозначности в радиодальномерах используют набор фиксированных масштабных частот.

Работа светодальномеров существенно зависит от состояния атмосферы. Радиодальномеры почти лишены этого недостатка. Светодальномеры, использующие электромагнитные колебания оптического (светового) диапазона, широко применяют для геодезических и инженерно-геодезических измерений. Из-за особенностей излучения, приема и распространения радиоволн радиодальномеры используют преимущественно при измерении сравнительно больших расстояний и в навигации.

Существуют светодальномеры с пассивным отражением, которые используют отражательные свойства самих предметов, например отечественный светодальномер КТД2. Светодальномером фирмы «Лейка» (Швейцария) измеряют расстояния до 50 м с погрешностью 2 мм. Не требуют отражателей лазерные рулетки, выпускаемые некоторыми зарубежными фирмами. Их применяют в основном для измерений на строительных площадках и в помещениях.