§ 29. Свето– и радиодальномеры

Свето-и радиодальномеры относятся к группе электромаг­нитных дальномеров, работающих на принципе измерения вре­мени прохождения электромагнитными волнами измеряемого расстояния. Если обозначить скорость распространения электромагнитных волн через υ, а время их прохождения измеряемого расстояния через t, то это расстояние определится по формуле

D = υt/2.

Скорость распространения электромагнитных волн известна, и в вакууме она равна 299792456 м/с, а в воздухе может быть определена с учетом показателя преломления воздуха, завися­щего от температуры, давления и влажности атмосферы. Для определения времени t существуют два метода: импульсный и фазовый. Импульсный метод применяется при измерении боль­ших расстояний, но с малой точностью. В геодезии более широ­кое распространение получили фазовые дальномеры, имеющие более высокую точность измерений.

Светодальномеры – это приборы для определения расстояний при помощи светового луча. Принцип действия све­тодальномера заключается в том, что от источника света через модулятор электромагнитные волны передаются на отражатель, установленный в точке, до которой измеряется расстояние. От отражателя волны возвращаются к приемному устройству, со­вмещенному с передающим. Приемное устройство передает по­лученные сигналы через усилитель и демодулятор на устройство обработки сигнала, откуда он идет на табло индикатора, где и высвечиваются результаты измерений в конечном виде, либо в промежуточных значениях.

Источниками излучения в этих приборах могут быть лампы накаливания, газоразрядные лампы, светодиоды, оптические квантовые генераторы – лазеры. Модуляция светового потока осуществляется за счет использования оптических и электро­оптических явлений, возникающих при прохождении света через жидкости, кристаллы, полупроводниковые диоды и др. В каче­стве приемников используются фотоэлектронные умножители, а там, где источником света являются светодиоды – фотодиоды. Визуальный прием менее эффективен, поэтому совершенствова­ние приема и обработки сигналов осуществляется в направле­нии автоматизации всех процессов измерений.

Отечественные светодальномеры делятся на четыре типа: 1) высокоточные (СВ-6), для измерения расстояний до 50км со средней квадратической ошибкой не более (1 + D_км/5) см в трилатерации, полигонометрии и триангуляции 1, 2 и 3 клас­сов; 2) высокоточные (СМ-02) для измерения расстояний до300 м со средней квадратической ошибкой не более 0,2см в ин­женерно-геодезических и маркшейдерских работах; 3) точные (СМ-2) для измерения расстояний до 2км со средней квадратической ошибкой 2см в трилатерации и полигонометрии 4 класса; 4) технические (СМ-5) для измерения расстояний до 5км со средней квадратической ошибкой 5см в полигонометрии 2 разряда и теодолитных ходах.

Ниже приводится краткая характеристика некоторых отече­ственных светодальномеров.

Светодальномер «Кварц» предназначен для измерения расстояний в геодезических сетях 1 и 2 классов. Днем им можно измерять расстояния до 30км, ночью – до 50км. Наблю­дения одного приема занимают не более 5 мин, а вычисле­ния – 20 мин. В качестве источника света применяется неоно­вый лазер (ЛГ-56), а модулятора – ячейка Керра, представ­ляющая собой стеклянный сосуд, наполненный нитробензолом, в котором имеются два электрода. При наличии напряжения на электродах нитробензол приобретает свойство двойного лу­чепреломления, которое и используется в светодальномерах.

Светодальномер СТ-65 – малый топографический светодальномер, предназначенный для измерения расстояний от 0,1 до 2км днем и до 5км ночью. Время измерения расстояния 15 мин, средняя квадратическая ошибка измерения т= (15 +3 D KM) мм в качестве модулятора здесь применена ячейка Керра, а источника тока – лампа накаливания СГ-2. Определе­ние расстояний производится расчетом по формулам.

Светодальномер СМ-3 – квантовый геодезический светодальномер малый, предназначенный для измерения расстоя­ний от 2 до 1600м. Средняя квадратическая ошибка измерения 3см. Для измерения одним приемом вместе с вычислениями требуется не более 15 мин. В качестве источника света приме­нен светодиод из арсенида гелия, излучающий световой поток с длиной волны 0,91 мкм.

Приемо-передающая система – со­вмещенная; регистрация отраженного светового потока – фото­электронная.

Светодальномер 2 СМ-2 – относится к группе топо­графических приборов. Предназначен для измерения расстояний от 2 до 2000м со средней квадратической ошибкой 2см. Масса прибора

5,8кг.

Светодальномер СТ-5 может служить примером современного фазово-импульсного топо­графического светодальномера широко распространенного в нашей стране.

Это высокоавтоматизированный прибор, точность измерения расстояний которым характеризуется величиной (10 + 5D км) мм; предельная дальность – 5км.

Светодальномер 2СТ - 10 это улучшенный вариант предыдущего дальномера. Его технические характеристики: средняя квадратическая погреш­ность измерения расстояний (5 + 3D км) мм; диапазон измерения 0,2м...I0,0 км; диапазон рабочих температур +40…–30 Сº; масса прибора 4,5кг.

Управление процессом измерения обеспечивает­ся встроенной микро ЭВМ. Результаты измерения с учетом по­правки на температуру воздуха и атмосферное давление высве­чиваются на цифровом табло и могут быть введены в регистриру­ющее устройство. В приборе имеется звуковая сигнализация об­наружения отраженного сигнала, готовности результата измере­ния и разряженности источника питания. В комплект светодаль­номера входят: отражатели, штативы, источники питания, за­рядное устройство, барометр, термометр, набор инструментов и принадлежностей.

Светодально­меры «Топаз СП-2» и СП-03 (ДК-ООI) являются примером высокоточных светодаль­номеров, которые выпускает отечественная промышленность. Точность измерения этих дальномеров характеризуется соответственно величинами (1 + D км) и(0,8 + 1,5D км) мм.

Светодально­мер МСД-1М используют для маркшейдерских работ в шахтах. Он разработан во взрывобезопасном исполнении с дальностью действия до 500м и погрешностью измерения (2 + 5D км) мм.

Светодальномеры с пассивным отражением измеряют рассто­яния до предметов без отражателя, т.е. используют отражатель­ные свойства самих предметов. Примером может служить отече­ственный Светодальномер ДИМ-2, погрешность измерения рас­стояний которым составляет 20см.

В настоящее время известны дальномеры с пассивным отраже­нием и погрешностью измерения расстояний до 10мм. Так, например, дальномер, выпускаемый фирмой «Лейка» (Швейцария), измеряет расстояния до 50м с погрешностью 2мм.

Для измерений на строительных площадках и в помещениях используют лазерные рулетки, которые не требуют отражателей.­

Основными частями светодальномера являются: приемо-пе­редатчик, монтируемый на штативе, электронный блок, элек­тронное табло, блок источников питания, уголковые отра­жатели. Результаты измерения выдаются в метрах с точно­стью до миллиметров и не требуют каких-либо дополнительных

преобразований. Блок источников питания обеспечивает напряжение от 12 до 15 В при помощи аккумуляторов. Угол­ковые отражатели – триппельпризменные устанавливаются на штативе. Время измерения расстояния 10 мин.

Радиодальномеры работают на сантиметровом диапа­зоне ультракоротких радиоволн. Их преимущество перед свето­дальномерами состоит в том, что они могут работать в любых атмосферных условиях, кроме сильных дождей. Принцип работы радиодальномеров мало отличается от светодальномеров. Здесь функции отражателя выполняют станции, аналогичные излучающей, т. е. активные переизлучатели, вместо пассив­ных – в светодальномерах. Кроме того, в радиодальномерах применяются антенные устройства. В последних моделях пере­даточные и отражательные станции взаимозаменяемые, что зна­чительно повышает возможности радиодальномеров.

Радиодальномер ДВ2 позволяет определять расстоя­ния от 0,2 до 30км. В этом дальномере применена фазовая си­стема измерения расстояния. Передающая и переизлучающая станции взаимозаменяемые. В комплект радиодальномера мо­гут входить телескопические мачты высотой до 30м, которые позволяют устанавливать на них дистанционно управляемые станции. Эти мачты выполняют функции геодезических сиг­налов. Назад