3.2. Оптические дальномеры

По конструктивным решениям оптические дальномеры подразделяются на нитяной и двойного изображения. Принцип измерения расстояний оптическим дальномером основан на решении прямоугольных либо равнобедренных треугольников, которые образуются между глазом наблюдателя и базисом дальномера (рейкой). Схема (вне зависимости от конструкции) представлена на рис. 3.5. На этом рисунке угол β весьма мал и называется параллактическим углом, а противоположная ему сторона b есть базис дальномера. Расстояние определяется по формуле D = (b/2)ctg(β/2) или D=kb, где k=(1/2) ctg(β/2) - коэффициент дальномера.

Рис. 3.5. Принцип действия оптического дальномера.

Оптические дальномеры бывают с постоянным β и переменным b, постоянным b и переменным β, либо с переменными b и β.

Нитяной дальномер - наиболее распространенный оптический дальномер с постоянным β и переменным b. Встроен практически во все зрительные трубы геодезических приборов. Это собственно два горизонтальных штриха сетки нитей. В качестве базиса используется рейка с сантиметровыми делениями. Дальномер и рейка располагаются на концах измеряемой линии. Могут быть два случая измерения расстояния нитяным дальномером:

1. Визирная ось трубы перпендикулярна вертикальной оси рейки (рис. 3.6). Лучи от глаза наблюдателя через окуляр, сетку нитей, объектив, проходят через фокус эквивалентной линзы объектива F и отсекают на рейке n делений в см. Из подобия треугольников FMT и Fm₁t₁ имеем: d₁/n=f/P; d₁ = (f/P)n, из рисунка следует, что D = d₁+f+δ, где f - фокусное расстояние объектива, δ - расстояние от объектива до оси вращения прибора. Обозначив K=f/P и C=f + δ, получим D=Kn+C, где К называется коэффициентом дальномера, С - постоянная дальномера, весьма малая в современных зрительных трубах величина, поэтому ею пренебрегают, тогда имеем основную формулу нитяного оптического дальномера D=Kn. Причем обычно К=100. Следовательно, разность отсчетов по рейке n в сантиметрах дает сразу расстояние от прибора до рейки в метрах.

Рис. 3.6. Измерение расстояний оптическим дальномером с

горизонтальным визирным лучом.

2. Визирная ось трубы не перпендикулярна вертикальной оси рейки (рис. 3.7). На рис. 3.7 V - угол наклона визирной оси к горизонту; n-разность отсчетов по вертикальной рейке n' - то же для рейки, перпендикулярной визирной оси, то есть наклонной к горизонту.

Тогда имеем d =(D + C)cosV. После ряда преобразований можно получить d = Kn+C-(Kn+C)sin²V или d = D-ΔD, причем с ростом V величина ΔD увеличивается. Другая формула:

d = Dcos²V.

Рис. 3.7. Измерение расстояний наклонным визирным лучом.

Точность измерения расстояний нитяным дальномером зависит от точности отсчетов по рейке, влияния вертикальной рефракции и параллакса сетки нитей. Она составляет от 1/200 до 1/400. Предельное расстояние, измеряемое нитяным дальномером, составляет 300 м.

3.3. Свето - и радиодальномеры

Свето- и радиодальномеры относятся к группе электромагнитных дальномеров, работающих на принципе измерения времени прохождения электромагнитными волнами измеряемого расстояния.

Если обозначить скорость электромагнитных волн V, а время их прохода от излучателя к отражателю и обратно через t, то D = Vt/2 (рис. 3.8). Скорость электромагнитных волн в вакууме V₀ = 299792456 м/с, а в воздухе V= V₀/n, где n - показатель преломления воздуха, зависящий от его температуры и влажности.

Рис. 3.8. Принцип действия светодальномера.

Для определения времени прохода сигнала t существуют два метода: импульсный и фазовый. Импульсный используется для больших расстояний, но имеет не высокую точность, фазовый - с высокой точностью для малых расстояний.

Светодальномеры - приборы для определения расстояний с помощью светового луча, направляемого от излучателя к отражателю и обратно к приемнику на излучателе. Из приемника световые волны попадают в устройство обработки сигнала, и в результате на табло высвечивается результат измерения, кроме того, ведется запись на магнитный носитель (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Светодальномер а) и ход лучей б).

Отечественные светодальномеры делятся на 4 типа:

1. Высокоточные (СБ-6) - измеряют расстояния до 50 км.

2. Высокоточные для расстояний до 300 м.

3. Точные для расстояний до 2 км.

4. Технические - до 5 км.

Ошибка измерения расстояний светодальномерами составляет от 0.2 см до 5 см в зависимости от расстояния.

Для измерений на строительных площадках используются лазерные рулетки, не требующие отражателей (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Лазерная рулетка.

Радиодальномеры - работают на том же принципе, что и светодальномеры, но не в диапазоне видимого света, а в сантиметровом диапазоне ультракоротких радиоволн. Их преимущество - в возможности работать в любых атмосферных условиях, кроме сильного дождя. Функции излучателя и отражателя выполняют специальные радиостанции - передающая и отражающая радиосигнал. В последних моделях они делаются взаимозаменяемыми. Кроме того, в комплект радиодальномера могут входить специальные мачты высотой до 30 м, на которых устанавливаются радиостанции, которые дистанционно управляются и служат специальными геодезическими сигналами - радиомаяками.