Измерение расстояний с помощью дальномеров.

Весьма широко в практике геодезических съёмок используются дальномеры, позволяющие измерять линии с большой производительностью и при невозможности проведения непосредственных измерений. Например, при съёмке подробностей используются дальномерные измерения.

Разработано много конструкций дальномеров, на которых не будем подробно останавливаться. Отметим лишь основные принципы их работы.

В настоящее время выделяются две большие группы дальномеров:

1.Оптические дальномеры, в свою очередь подразделяющиеся на:

- дальномеры с постоянным базисом и переменным параллактическим углом;

- с постоянным параллактическим углом и переменным базисом.

Наиболее широко распространены нитяные дальномеры, конструктивно выполненные в каждом теодолите и нивелире в виде двух дополнительных штрихов на сетке нитей. Это дальномер с постоянным параллактическим углом, у которого коэффициент дальномера подобран равным 100 и потому отсчёт сантиметров по рейке даёт число метров в расстоянии.

Оптические дальномеры все обладают невысокой точностью и могут применяться для сравнительно небольших дальностей.

2.Электроннооптические (светодальномеры) и радиодальномеры.

Физический принцип измерения расстояний при помощи светодальномеров основан на определении времени прохождения электромагнитными волнами измеряемого расстояния. Для определения расстояний между двумя точками в одной из них устанавливается приёмо-передаточное устройство, в другой - отражатель. Таким образом, электромагнитные колебания, посланные передаточным устройством, отразившись от ретранслятора, возвращаются в начальную точку и поступают в приёмное устройство дальномера.

В общем виде формула для определения расстояний при помощи светодальномера записывается в виде:

c

S = --- t + k , (9)

2

где с - скорость света в условиях измерения; t - время прохождения световым сигналом двойного расстояния от начальной до конечной точки; k - постоянная светодальномера.

Время распространения волн t может быть определено как прямым, так и косвенным методом.

Непосредственное (прямое) определение промежутка времени t осуществляется в дальномерах, получивших название импульсных. В них измерение времени производится по запаздыванию принимаемого после отражения светового импульса по отношению к моменту излучения этого импульса.

Косвенное определение времени прохождения волн основано на измерении разности фаз двух электромагнитных колебаний. Такие светодальномеры называются фазовыми.

В общем случае при фазовом методе измерение расстояний определяется числом волн, укладывающихся в этом расстоянии. Если количество волн, уложившихся в двойном расстоянии от передатчика до отражателя, N + r, где N - целое число волн, r - дробное, то расстояние

S = (N+r) c/2F, (10)

где с=с₀/n; c₀ - скорость распространения света в вакууме; n - показатель преломления воздуха, зависящий от температуры и влажности воздуха и атмосферного давления; F - частота, известна или измеряется.

Определение целого числа волн N в измеряемом расстоянии называется разрешением неоднозначности, и может быть выполнено разными методами. В зависимости от способа разрешения неоднозначности дальномеры могут быть либо с переменной частотой модуляции, либо с фиксированными частотами модуляции.

В светодальномерах используются модулируемые волны. Для этого волны сверхвысокой частоты модулируются по синусоидальному закону с частотой модуляции несколько десятков (10-80) мегагерц. Сверхвысокую частоту излучения принято называть несущей частотой, частоту модуляции - измерительной частотой. Измеряемое расстояние в светодальномерах определяется по разности фаз измерительной частоты. Использование двух частот позволяет обеспечить высокую точность измерения разности фаз.

Возвращённые в приёмное устройство колебания измерительной частоты должны быть отделены от колебаний несущей частоты. Эти функции выполняет радиотехническое устройство - демодулятор.

Таким образом, основными частями всех светодальномеров являются:

- излучатель света;

- преобразователь (модулятор) электромагнитных волн;

- подающее устройство, направляющее модулированные волны на отражатель;

- отражающее устройство (отражатель);

- приёмник вовратившихся от отражателя волн;

- устройство для прямого или косвенного измерения времени прохождения измеряемого расстояния электромагнитными волнами;

- источник энергии дальномера.

В настоящее время выпускаемые промышленностью светодальномеры обеспечивают измерение расстояний до нескольких километров с относительными погрешностями до 1: 100 000. Однако, в самое последнее время стали выпускать и высокоточные дальномеры. Примером подобного дальномера является МЕ-5000, обеспечивающий точность 0.1 мм на 1 км в диапазоне от 25 м до 9000 м.

16