Физические дальномеры

По области применения светодальномеры бывают (по ГОСТ 23543-88):

а) СГ – светодальномеры геодезические для измерения длин линий в государственных геодезических сетях, дальность действия до 50 км, точность 6÷110мм. Марки СГ-50 (10, 20, 50 км), СГ-20, СГ-10.

б) СТ – светодальномеры топографические, применяемые для измерений в геодезических сетях сгущения и для выполнения топографических съемок, дальность действия до 15 км, точность 5÷80 мм. Выпускаются СТ-15, СТ-10, СТ-5.

в) СП – светодальномеры, применяемые для измерений длин линий при решении задач прикладной геодезии и маркшейдерии, дальность действия до 3 км, точность 0,3÷11 мм.

Радиодальномеры:

«Луч» - дальность действия 50 км, точность измерений ±15 см, масса 21 кг, 60Вт,12В.

«Волна» - дальность действия 15км, точность измерений ±3 см, масса 10 кг, 10Вт, 12В.

«Трап» - дальность действия 15 км, точность измерений ±3 см, масса <10 кг, 10Вт, 12В.

Светодальномеры и радиодальномеры различают по принципу действия:

а) Импульсные

отражатель

светодальномер

А В

Рис. 47. Принцип измерения длины линии светодальномерами

Длину линии вычисляют следующим образом:

АВ= где с – скорость распространения электромагнитной волны; t – время. Если средняя квадратическая ошибка времени m_t=1·10^-6сек., то средняя квадратическая ошибка измерения длины линии m_АВ≈300 м.

б) Фазовые

Длина линии равна: АВ=N ∆φ измеряют фазометром; N – количество полуволн.

в) Частотные

Принцип работы светодальномеров базируется на определении времени τ распределения электромагнитных волн видимого или инфракрасного излучения вдоль измеряемого расстояния 13 (рис. 49,а), на одном конце которого установлен приемо-передатчик ПР-ПЕР, а на другом – светоотражатель ОТР. Поскольку световые сигналы проходят двойное расстояние 2D , то

D =с ∙τ/2n,

где с – скорость распространения световых волн в вакууме, равная 299792456 м/сек; n – показатель преломления воздушной среды, зависящий от ее температуры, плотности и влажности.

Определение времени прохождения электромагнитными волнами измеряемого расстояния производится импульсным и фазовым методами (или их комбинацией).

В импульсных светодальномерах (рис. 49, б) счет времени ведется в первом варианте непосредственным измерением интервала между высланным на дистанцию импульсом 1 и принятым отраженным импульсом 2. Точность измерения времени 1-10 нс., а ошибка в измеренном расстоянии достигает 10 м.

Повышение точности достигнуто во втором варианте – импульсный метод с преобразованием временного интервала (счетно-импульсный метод). Сущность метода состоит в том (рис. 49, б низ), что промежуток времени между импульсами 1 и 2, соответствующий расстоянию 2D, преобразуется в непрерывный прямоугольный импульс, длительностью τ. Полученный прямоугольный импульс заполняется с помощью генератора счетными импульсами высокой частоты и малого периода Т_с, которые поступают на специальный счетчик импульсов. Таким образом, время распространения сигнала в прямом и обратном направлениях будет равно:

τ=Т_с ∙n,

где n – число счетных импульсов генератора, полученное со счетчика импульсов.

В фазовых светодальномерах вместо индикатора времени применен индикатор разности фаз. Существует два типа фазовых светодальномеров: с фиксированной (рис. 49в) и с плавно изменяющейся частотой (рис. 49г). В первом типе дальномеров имеющееся в приборе фазоизмерительное устройство измеряет разность фаз Δφ=(φ₂-φ₁) для высланного на дистанцию (φ₁) и принятого с дистанции (φ₂) сигналов. Эта разность фаз соответствует домеру к измеряемому расстоянию ΔD =λ∙Δφº/360º, а измеряемое расстояние будет:

D =(λ/2)∙(N+Δφº/360º),

где N – целое число волн, уложившихся в 2D; λ – длина волны.

Во втором типе фазовых светодальномеров частоту модуляции плавно изменяют до тех пор, пока в двойном расстоянии от приемопередатчика до отражателя не уложится целое число N волн или полуволн. Тогда:

D=λ∙N/2.

Для определения числа N измерения ведут на нескольких частотах.

В настоящее время выпускают ручные фазовые дальномеры (лазерные рулетки). Лазерный дальномер (рис. 48) позволяет измерять расстояния от 0,3 до 150 метров (без отражателя) и более с максимальной погрешностью в ≈ 3 мм. Встроенная память на 20 и более последних измерений и одна константа, помимо функций Пифагора (вычисления высоты, ширины), расчета неприступных отрезков, площади, объема, сложения, вычитания, значительно расширяют возможности лазерной рулетки при выполнении математических операций. Появляется возможность измерять наклоны в пределах ±45°, вычислять горизонтальное расстояние по датчику наклона, рассчитывать углы стыка стен, выносить в натуру проектные размеры.

Дальномер оборудован резьбой для установки на штатив и может вести отсчет от задней и передней поверхности дальномера.

Рис. 48. Лазерный дальномер Leica Disto А5

Многофункциональная откидная скоба на торце прибора позволяет производить измерения из внутренних углов, щелей и от различных краев и уступов. Положение откидной скобы прибор автоматически отслеживает и задает соответствующие поправки к результатам замера, это позволяет избежать ошибок при замерах.

Автоматический датчик освещения дальномера включает подсветку дисплея и кнопки "DIST" в условиях плохой освещенности.

Рис. 49. Принцип действия импульсных и фазовых светодальномеров

Светодальномер 2СТ-10предназначен для измерения линий в полигонометрических ходах, при сгущении геодезических сетей с длинами сторон до 10 км. Его можно устанавливать как на самостоятельной подставке, так и на теодолитах серий 2Т и 3Т. В светодальномере 2СТ-10 использован импульсный метод измерения расстояний с преобразованием временного интервала (рис. 49).

Рис. 50. Светодальномер 2 СТ-10

1 – цифровое табло, 2 – лицевая панель, 3 – ручка КО, 4 – ручка ; 5 – ручка СИГНАЛ, 6 – крышка, 7 – переключатель НАВЕД-СЧЕТ, 8 – рукоятка наводящего устройства, 9 – рукоятка закрепительного устройства, 10 – винт юстировочный, 11 – стойка, 12 – винт-фиксатор, 13 – рукоятка наводящего устройства, 14 – рукоятка закрепительного устройства, 15 – окуляр визирного канала, 16 – кнопки рt, 17 – переключатель режимов работы

В комплект светодальномера 2СТ-10 входят: отражатели, источники питания, зарядное устройство, барометр, термометр, штативы, набор инструментов для юстировки и мелкого ремонта. Оптическая и электронная части светодальномера заключены в корпус с объективом, замкнутый крышками и лицевой панелью 2 (рис. 50). На лицевой панели 2 расположены переключателъ 17 режимов работы, кнопка 16 «рt» ввода значений атмосферного давления и температуры воздуха, ручка 3 КО установки контрольного отсчета, записанного в формуляре светодальномера, ручка 4 (рис. 50) регулировки подсвета сетки визирного канала, ручка 5 СИГНАЛ регулировки уровня сигнала, переключатель 7 НАВЕД-СЧЕТ, цифровое табло 1, окуляр 15 визирного канала. Со стороны объектива на корпусе расположены соединитель для подключения регистрирующего устройства или частотомера и соединитель для подключения кабеля питания. Под заглушкой на крышке расположен конденсатор подстройки частоты задающего генератора. Механизм наведения в вертикальной плоскости выполнен с соосным расположением рукоятки 8 наводящего устройства и рукоятки 9 закрепительного устройства. В основании расположен оптический центрир и цилиндрический уровень для пространственной ориентации светодальномера в горизонтальной плоскости и точной установки его над точкой. Механизм наведения в горизонтальной плоскости выполнен с соосным расположением рукоятки 13 наводящего устройства (рис. 50) и рукоятки 14 закрепительного устройства. Отличительной особенностью 2СТ-10 является то, что в нем приемопередатчик и зрительная труба объединены в один канал. Для исключения влияния временных и фазовых задержек, создаваемых электрическими цепями и приводящих к искажению результатов измерений, в схему дальномера введена специальная оптическая ветвь оптического короткого замыкания (ОКЗ), которая включается попеременно с оптической ветвью передатчика, направляющей излучение на отражатель (на ДИСТАНЦИЮ). Разность результатов измерения ДИСТАНЦИИ и ОКЗ, содержащих одни и те же величины временных и фазовых задержек, освобождается при этом от их влияния. ОКЗ образуется путем автоматического перекрытия пучка лучей, идущих от излучателя к объективу, и направления его непосредственно на фотоприемное устройство (ФЭУ). Управление переключающим устройством ОКЗ, обработка результатов измерений на различных частотах и вычисление окончательного результата осуществляется микропроцессорным вычислительным устройством (МПВУ), которое вмонтировано в 2СТ-10. Кнопки и рукоятки управления расположены на лицевой панели (рис.51).

Рис. 51. Лицевая панель светодальномера 2 СТ-10

1 – зрительная труба (приемо-передатчик); 2,8 – переключатели; 3 – регулятор сигнала; 4 – разъем для подключения кабеля питания, 5 – регулятор подсветки сетки, 6 – рукоятка установки контрольного отсчета; 7 – цифровое табло; 9 – кнопки ввода атмосферных поправок; 10 – разъем для подключения накопителя информации; 11 – микротелефон.