Дальномерные методы. Оптические дальномеры

Приборы для косвенного измерения расстояний называются дальномерами. Они подразделяются на оптические и электронные. В оптических дальномерах используются оптические элементы. А в электронных – электромагнитные волны различного диапазона – светового, радиодиапазона и лазерного. В основу оптических дальномеров положен прямоугольный треугольник с малым (параллактическим) углом и противолежащим ему малым катетом, по которым определяют большой катет – расстояние между точками.

Рис. 6.3. Оптический дальномер с постоянным углом

В комплекте прибора одну из величин b или b делают постоянной, а другую измеряют. Соответственно различают дальномеры: с постоянным углом и с постоянным базисом.

Нитяной дальномер. Это оптический дальномер с постоянным параллактическим углом и переменным базисом, является простейшим и наиболее распространенным оптическим дальномером. Он имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов и состоит из двух коротких горизонтальных штрихов сетки нитей зрительной трубы, называемых дальномерными, и рейки с сантиметровыми делениями. Постоянный угол образуют лучи, проходящие через два дальномерных штриха сетки и переднюю узловую точку объектива.

Для измерения расстояния между точками на одной устанавливают прибор, а на другой вертикально рейку. Наводят зрительную трубу на рейку и берут отсчет n – число делений рейки между дальномерными штрихами, до 0,1деления. Умножают отсчет на коэффициент дальномера К и получают расстояние от точки стояния прибора до рейки: D = n*K. Коэффициентом дальномера называется отношение фокусного расстояния зрительной трубы к расстоянию между короткими штрихами сетки нитей, К=f /p. Расстояние между дальномерными штрихами рассчитывают так, чтобы коэффициент дальномера равнялся 100. Если применяется рейка с сантиметровыми делениями, то число делений рейки выразит расстояние в метрах.

При углах наклона местности до 2° горизонтальные проложения линий равны измеренным расстояниям, а при больших значениях d =D*cos² n.

Нитяной дальномер обеспечивает относительную ошибку о т 1/600 до 1/200 при измерении расстояний до нескольких сотен метров. Точность зависит в основном от точности отсчета по рейке, которая в свою очередь зависит от толщины штрихов и измеряемого расстояния. На расстоянии до 200м можно отсчитать по рейке полделения, т.е 0,5см, что дает относительную ошибку 1/400, а на расстоянии 100м ошибка отсчета 0,2 деления или 20см. В относительной мере составит 1/500. Для повышения точности измерений нитяным дальномером рекомендуется:

- измерять линии не длиннее 200м, а линии большей длины измерять по частям;

- каждую линию измерять в прямом и обратном направлениях;

- пользоваться двухсторонними рейками;

- измерять линии в часы спокойных изображений и хорошей видимости;

- устанавливать над прибором (теодолитом) защитный зонт;

- точнее удерживать рейку в отвесном положении.

При необходимости коэффициент дальномера можно определить на местности из сравнения результатов измерения нескольких отрезков дальномером и рулеткой.

Оптические дальномеры с постоянным базисом имеют в комплекте горизонтальную или вертикальную рейку, длина которой точно известна. В них измеряют угол между направлениями на края рейки. Так как параллактические углы малые, то их берут в секундах. Расстояния вычисляют по формуле: D = b*r”/ b” = k/ b”, где к – коэффициент дальномера.

Рис. 6.4 Дальномер с постоянным базисом

Светодальномеры и радиодальномеры – электронно-оптические приборы, основанные на использовании электромагнитных волн соответственно светового и радиодиапазона, предназначенные для измерения расстояний с высокой точностью, от 1: 10 000 до 1:500 000.

Измерение расстояний свето- и радиодальномерами заключается в определении промежутка времени прохождения электромагнитной волны от приемопередатчика А до отражателя В и обратно.

Рис.6.4 Электронные измерения

2D = u*t; D = u*t/2 = C/n * t/2, где

u - скорость распространения электромагнитных волн в атмосфере; С – скорость распространения электромагнитных волн (света) в вакууме, равная 299792,5 км/с;

n – показатель преломления воздуха, зависящий от длины волны света l, величины атмосферного давления Р, температуры воздуха Т и парциального давления водяного пара е.

Светодальномеры излучают узконаправленный пучок света, а радиодальномеры – более широкий. Измерение времени производится путем сравнения электромагнитного излучения (импульса) до и после прохождения измеряемого расстояния. Сигнал (импульс) от передатчика на приемник направляют двумя путями: прямо на приемник – опорный сигнал и через отражатель – измерительный сигнал. Существуют два основных метода измерения времени распространения электромагнитных волн: импульсный и фазовый. В геодезических дальномерах используют в основном фазовый метод, основанный на измерении разности фаз излучаемых и принимаемых электромагнитных волн. Время прохождения t определяют по числу модулированных волн уложившихся в двойном расстоянии. Если уложилось N + DN волн, где N – целое, а DN – дробное число периодов колебаний или фазовых циклов, то t =(N + DN)/f; D= u/2f (N + DN)=с/ 2fn (N + DN) или

D= l/2 *(N + DN), где l=u/f – частота модуляции; (N + DN) – число полуволн.

Для разрешения неоднозначности определения целого числа фазовых циклов, измерения выполняют на нескольких частотах модуляции – возрастающих и убывающих, из которых получают значение расстояния. В современных приборах для этого используется фазовое электронное устройство ФЭУ.

Радиодальномерыотличаются тем, что они могут использоваться при любой погоде, в любое время суток и на расстояниях до 150км и более. В комплект радиодальномера входят одна ведущая – излучающая и две ведомые – переизлучающие радиостанции.

Светодальномеры в соответствии с ГОСТ 19223- 82 делятся на 3 группы:

1)Большой дальности действия (15 ¸ 50км) с ошибкой измерения расстояний m = ±[(5¸10мм) + (1¸2)мм] на 1км, что в относительной мере составляет порядка 1:500000.

2) Малой дальности действия (1¸3км) с ошибкой измерения расстояния 3мм до 200мм. Их называют топографическими. Относительная ошибка составляет до 1: 100000.

3)Повышенной точности, для измерения коротких расстояний (от нескольких

десятков метров до 3000м) с ошибкой 2мм и менее. Их используют в инженерно-

геодезических и маркшейдерских работах.

Ко второй группе относятся: светодальномер «Блеск» (Россия), предназначенный

для измерения расстояний до 5000м при благоприятных условиях и при любых – до 3500м со ср.кв. ош.. (10+ 5мм на км). Потребляемая мощность 5вт, масса приемопередатчика 5кг, отражатель семипризменный. Результат выдается на экране в метрической системе.

Теллурометр МА-100 (Великобритания). S до 2км; m= (1,5мм + 2мм на км).

Мекометр МЕ3000 (Швейцария) S от 20м до 3000м; m = (0,1мм + 1мм на км).

К третьей группе относятся: а) МСД1М – маркшейдерский, во взрывобезопасном исполнении, для измерения расстояний до 500м (с тремя призмами); m= (2мм + 5мм на км); Потребляемая мощность 2,5вт, масса 9кг, время измерений 8мин. б) ДК-001, S до 500м, m = (0,8мм + 1,5мм на км), W =2,5вт, масса 8кг. Используется при строительстве и эксплуатации уникальных инженерных сооружений

.