Стереоскопический дальномер принцип работы

Классификация приборов для определения дальности

Когда и где появились первые измерители дальности? Впервые в продаже это приспособление вышло в 1992 году на Западе, но его стоимость доходила до нескольких тысяч долларов. И только спустя четыре года эти устройства стали доступны более широкому кругу пользователей. Затем уже многие фирмы стали работать в данном направлении. А сегодня разновидностей этого инструмента довольно много, самые точные используют принцип лазера в работе, известной моделью считается дальномер лейка (Leica), в ассортименте имеются и другие приборы похожего назначения, например, геодезические рулетки на лазерах.

В чем же заключается принцип действия? Модели активного типа измеряют расстояние при помощи времени, затраченного посланным сигналом на прохождение пути до объекта и обратно. Скорость, с которой данный сигнал распространяется, предварительно, естественно, известна (звуковая и световая скорость). Определение расстояния с помощью пассивных вариантов прибора основано на вычислении высоты равнобедренного треугольника. Активные делят на три типа: звуковые, световые, лазерные. А пассивные на два: оптические и нитяные.

Дальномеры активного типа – изучаем работу инструментов

Звуковые модели измеряют расстояние до предметов, которые отражают звуковые волны. Работают по принципу эхолокатора, то есть сначала происходит излучение короткого звукового импульса, который имеет очень высокую частоту. Затем включается микрофон, и происходит отсчет времени, за которое звуковой импульс вернется обратно, отразившись от какого-либо объекта. Когда вернувшийся сигнал достигнет датчика, будет известен результат. Световые типы приспособления для измерения расстояния используют модуляции света по яркости с постоянной или же переменной частотой.

Расстояние высчитывается за счет разности фаз между отраженным и посланным светом. Для этого требуется наличие сложных электронных и электрических устройств в приборе. Именно с помощью световых моделей было установлено точное расстояние от Земли до Луны. Лазерные инструменты включают в себя главные элементы устройства – отражатель и излучатель. При помощи специальных функциональных клавиш можно задать точку отсчета и пользоваться всеми программными возможностями прибора. Также некоторые модели оснащены дополнительными функциями – отражательная панель для проверки, измерение температуры воздуха, выбор системы измерений, настройка автоматического отключения, индикатор батареи.

В процессе работы с лазерным приспособлением не требуется помощь второго человека, как, например, в случае с обычной рулеткой. Для того чтобы вычислить расстояние до определенного объекта, необходимо навести на него лазерный луч. Устройство измеряет время, за которое луч проходит от него до объекта, а после его отражения возвращается обратно. В результате производятся подсчеты, и данные выводятся на экран. Измерять можно как горизонтальные, так и вертикальные плоскости. С помощью лазерного дальномера можно также измерить объем помещения и его общую площадь.

Кроме того, такое устройство дает уникальную возможность измерить лишь определенный фрагмент стены, а не всю ее полностью. Можно также определить ширину и высоту объекта.

Огромным плюсом является то, что лазерный прибор может вычислить среднее значение нескольких измерений, а точность при этом будет на очень высоком уровне. Также имеется возможность узнать площадь и круглых предметов, а не только прямоугольных или квадратных. Если помещение имеет наклонный потолок, то инструмент определит не только площадь, но и угол наклона, и длину ската.

е измерения можно проводить на расстоянии до 200 метров. В случае, если прибор необходим вам для измерения исключительно только помещений, достаточно будет приобрести устройство, дальность измерений которого не превышает 50 метров. Если вы собираетесь работать с большими расстояниями, то необходимо также воспользоваться штативом и отражающей пластиной, это позволит получить более точные результаты. Но не все модели могут крепиться на штатив, это нужно уточнять у продавца.

Основные характеристики лазерных инструментов зависят не только от конструкции, например, диапазон измерения зависит от мощности источника излучения и от внешних условий работы, например, на дальность влиять будет освещение. Стоит отдельно отметить, что она снижается, если измерения проводятся под открытым небом. У бытовых моделей наблюдаются небольшие погрешности, и эти погрешности возрастают при измерениях на больших расстояниях. Но даже такие варианты лазерных устройств сравнительно дорогие.

Меряем дальность пассивными методами

Оптический дальномер может быть двух типов – стереоскопический и монокулярный. Несмотря на то, что они отличаются по конструкции деталей, основная схема у них одинаковая, кроме того, принципы работы идентичны. По двум известным углам треугольника, а также одной известной стороне определяется его неизвестная сторона. Два телескопа строят изображение объекта. Кажется, что объект наблюдается в разных направлениях. Кроме того, такие приборы могут быть как с полным наложением полей, так и с половинным – верхняя половина изображения от одного телескопа объединяется с нижней половиной другого.

Монокулярные модели являются разновидностью оптических, работают также по принципу совмещения изображений, очень часто встраиваются в фототехнику для получения более резкого изображения. Преимущества монокулярных дальномеров в том, что нет необходимости в точной горизонтальной наводке, а изображение при измерении смещается как в правом, так и в левом поле. К недостаткам монокулярных приборов относится высокая утомляемость оператора, так как работа производится одним глазом, также с ними практически невозможна работа с движущимися объектами, а объекту нужно иметь четкую образующую, которая расположена на девяносто градусов к линии раздела поля, иначе точность измерения значительно снизится.

Стереоскопические модели также являются разновидностью оптических, имеют двойную зрительную трубу. В фокальной плоскости находятся метки, и изображение объекта совмещается с изображением этих меток, расстояние полностью пропорционально смещению компенсатора. Основное преимущество стереоскопического инструмента над монокулярным – более точные измерения расстояния. Именно они используются для того, чтобы определить дальность, а также высоту полета и его угловые координаты. Самые мощные стереоскопические приборы способны работать на расстояния до 50 000 метров, что же касается измерения высоты, то здесь цифры немного меньше – до 20 000 метров.

Нитяной вариант измерителей дальности – самый простой вид инструмента подобного назначения, имеющий постоянный параллактический угол, именно поэтому можно сделать такой дальномер своими руками, если вдруг вам понадобилось измерить дальность, а бегать по магазинам нет времени, или жаль денег. Он может определять расстояния до 300 метров. В качестве базы у данного устройства используется нивелирная рейка, имеющая сантиметровое деление, а в поле зрения трубы видны специальные линии. Принцип работы: для точного определения расстояния подсчитывается число делений, которые находятся между линиями, а искомым, в конечном итоге, будет расстояние в метрах. Нитяной прибор имеет очень простую конструкцию и очень простой принцип работы, он также способен вычислить расстояние без особых погрешностей. Но электронный дальномер по своей точности всё-таки выигрывает.

Источник: remoskop.ru

 

Изобретение относится к области определения взаимного положения объектов, один из которых служит источником электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а второй — его измерителем и может использоваться для создания оптических дальномеров, пеленгаторов, теодолитов, телескопов и другой оптической аппаратуры аналогичного назначения.

Известен фотограмметрический способ измерений отстояния объекта [1], выбранный в качестве аналога, включающий получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям, из двух точек пространства на известной базе, измерение координат отображений граничных точек объекта на осях плоскостных систем координат, определение расстояния до объекта, используя как опорный параметр расстояние от точки расположения оптического устройства до плоскости измерений.

Стереоскопический способ измерений отстояния объекта [1], выбранный в качестве прототипа, включает наведение оси наблюдений на объект, получение отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям, из центров двух идентичных оптических устройств, разнесенных на известной базе, проведение на плоскостях измерений через точки проекций оптических осей измерительных осей координат, параллельных базе, измерение положений граничных точек отображений объекта и вычисление расстояния до объекта, используя размер базы как опорный параметр.

Стереоскопический судовой дальномер [1], выбранный в качестве прототипа, состоит из двух параллельных оптических устройств, жестко установленных на базе, блока управления, механизма поворота базы по двум осям, системы переноса отображений на общую плоскость измерений и блока вычислений.

Стереоскопический способ определения отстояний объекта и стереоскопический дальномер, выбранные в качестве прототипа, имеют недостаточную точность и надежность, связанную с неучетом размеров объекта наблюдения и размеров измерителя. В стереоскопическом способе измерений модельное описание объектов (или их частей) и их измерителей выполняют в виде точки. При этом отстояние объекта от измерителя, состоящего из двух оптических устройств, разнесенных на известной базе, определяют по одной из двух формул [1-2]:

где L — отстояние (кратчайшее расстояние) от базы до объекта;

d — измерительная база измерителя;

α — параллактический угол,

S — площадь треугольника.

Недостаточно высокая точность известного стереоскопического способа измерения отстояний и реализующего его стереоскопического дальномера связана с тем, что пространство перед объектом отображается треугольником, а реально это трапеция, размеры которой зависят как от размеров объекта наблюдения, так и от размеров измерителя [2]. Относительная погрешность определения отстояния может быть оценена коэффициентом k при (D>d) по формуле [2]:

где D — размер объекта.

Так, например, при артиллерийской дуэли английского крейсера Белфаст и немецкого линкора Тирпиц эта погрешность составляла в зависимости от ориентации кораблей на дистанции 30 км от 300 м до 2000 м [3].

Целью заявляемого изобретения является повышение точности и надежности определения отстояний и размеров объекта по результатам стереоскопических измерений, а также создания устройства, обеспечивающего повышение качества использования зрительного навигационного оборудования, а также надежность и удобство при плавании судов в ближней зоне.

Указанная цель достигается тем, что в стереоскопический способ измерений отстояния объекта, включающий наведение оси наблюдений на объект, получение отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям, из центров двух идентичных оптических устройств, разнесенных на известной базе, проведение на плоскостях измерений через точки проекций оптических осей измерительных осей координат, параллельных базе, измерение положений граничных точек отображений объекта от центров проекций оптических осей и вычисление расстояния до объекта, используя длину базы как составную часть опорного параметра, управляют размером базы и расстоянием от центров оптических устройств до плоскостей измерений, а вычисления выполняют, используя как опорный параметр произведение длины базы на расстояние от центров оптических устройств до измерительных плоскостей.

Указанная цель достигается также тем, что судовой дальномер, состоящий из двух параллельных оптических устройств, жестко установленных на базе, блока управления, механизма поворота базы по двум осям, системы переноса отображений на общую плоскость измерений и блока вычислений, снабжен устройствами управления изменением размеров базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, блок управления дополнительно подключен к механизмам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а плоскости измерений выполнены в виде матричных плоскостей, одна из сторон которых установлена параллельно базе, и которые подключены к вычислительному устройству.

Пример выполнения заявляемого изобретения.

На фиг.1 показан судовой дальномер-пеленгатор, состоящий из пульта управления 1, двух идентичных оптических устройств S₁, S₂, базы 2, на которой они установлены, измерительных плоскостей для каждого оптического устройства 3-1, 3-2 и вычислительного устройства 4.

Пульт управления 1 (вычислительное устройство) выполнен в виде в виде микропроцессора, обеспечивающего управление механизмами вращения базы по двум осям, изменения размеров базы, изменения расстояния от измерительных плоскостей до оптических устройств.

База 2 — жесткое основание, имеющее механизмы: вращения по двум ортогональным осям и изменения длины базы. На концах базы установлены оптические устройства S₁, S₂ с ортогональными их оптическим осям измерительными плоскостями 3-1, 3-2.

Оптические устройства S₁, S₂ выполнены в виде идентичных объективов. Оптические устройства S₁, S₂ размещены на известном отстоянии f от измерительных плоскостей 3-1, 3-2, которое может изменяться механическими либо аналитическими средствами. Измерительные плоскости 3-1, 3-2 выполнены в виде матричных плоскостей требуемой дискретности, например 25 точек на 1 мм², на которые проектируются отображения объектов и оптические оси устройств S₁ и S₂. Стороны матричных плоскостей установлены параллельно направлению базы. С этими сторонами связано направление измерительных осей X₁ и X₂ соответственно. Вычислительное устройство 4 выполнено в виде в виде микропроцессора, например семейства AVR фирмы АТМЕС.

Судовой дальномер-пеленгатор работает следующим образом. Оператор с помощью пульта управления 1 направляет ось наблюдений 0Y дальномера на объект путем поворота базы 2 по двум осям. При этом оптические устройства имеют параллельные оптические оси и перекрывающиеся сектора обзора. Изменяют размер d базы 2 и отстояние f оптических устройств S₁, S₂ от измерительных плоскостей, чтобы обеспечить оптимальное перекрытие секторов обзора. Их размеры поступают с пульта управления 1 в вычислитель 4 для оценки опорного параметра.

Лучи света, отраженные от объекта, попадают в оптические устройства S₁ и S₂ и, увеличиваясь в размерах, проектируются на плоскости 3-1, 3-2. С матриц измерительных плоскостей снимают информацию по строкам, совпадающим с направлением измерительных осей X₁ и Х₂, в которых участки засветки преобразуются в электрические сигналы, поступающие в вычислитель 4. В вычислителе 4 определяют отстояние и размеры объекта по осям Х и Y.

Рассмотрим плоскостную задачу (фиг.1), в которой объект АВ с центром О_О в виде прямой линии D имеет две составляющие D_X и D_Y в системе координат XY. Расположим оси оптических устройств параллельно на некотором расстоянии — базе (d) друг от друга. В этом случае два оптических устройства S₁ и S₂ будут иметь общую плоскость измерений, на которой проекции оптических осей 0₁ и 0₂ имеют постоянное положение. Через проекции оптических осей 0₁ и 0₂ проведем общую измерительную ось X. При этом база (d) ортогональна оптическим осям устройств, что обеспечивает ее параллельность плоскости измерений. Плоскость, ортогональная общей измерительной оси Х и проходящая через центры проектирования S₁ и S₂, образует плоскость наблюдений, имеет две оси XY и включает две плоскости наблюдений, оси которых параллельны: X₁Y₁, X₂Y₂.

По шести значениям, измеренным на осях X₁ и Х₂: a₁, b₁, c₁ и а₂, b₂, c₂, и из подобия 6 пар треугольников, одна из которых выделена цветом, определим расстояние (L) центра базы 0 от центра объекта O_O и размеры объекта. Количество возможных решений определяется количеством сочетаний из 6 элементов по 2. Одно из возможных решений для выделенных цветом пар треугольников приведено ниже:

; ; D_Y=L_A-L_B;

; ; D_X=X_A+X_B-d;

;

O_X=(X_B-X_A)/2; O_Y=(L_A-L_B)/2;

.

где L_A, L_B — отстояние (кратчайшее расстояние) точек А и В объекта от базы по оси Y;

O_X, O_Y — отстояния центра объекта от центра базы по осям Х и Y;

D_X, D_Y — размеры проекций объекта по оси Х и Y соответственно;

L — расстояние от центра базы 0 до центра объекта O_O.

Для повышения точности оценки размеров объекта при составлении систем уравнений можно выбирать наиболее большие проекции отстояний граничных точек объекта. То есть получаемые результаты контролируются, и многократно.

При этом лучи, идущие от объекта к отображению, подвергаются рефракции, но из-за относительной малости размера базы d идут по одному пути, что искажает их движение и получаемые отображения, но одинаково. Поэтому при использовании вышеприведенных зависимостей влияние рефракции не приводит к появлению погрешности, так как аналогичные параметры используются в разности.

Относительная погрешность выполненных оценок определяется только относительной погрешностью измерения наименьшего из значений: a₁, b₁, c₁ и a₂, b₂, c₂. А уменьшение погрешности достигается увеличением произведения размера базы на отстояние измерительной плоскости от оптического устройства (d·f), то есть параметров, которыми можно управлять, и использованием наиболее больших проекции отстояний граничных точек объекта. Это обеспечивает возможность обеспечения любых требуемых точностей (которые значительно точнее получаемых с помощью GPS).

Судовой дальномер-пеленгатор имеет в зоне прибрежного плавания неоспоримые преимущества перед используемыми навигационными средствами, так как с его помощью можно определять не только направление на створы, вехи и суда в процессе движения, но и расстояния до них, то есть определять координаты и маневренные элементы движения судна с высокой точностью.

Литература

1. Физический энциклопедический словарь. — М.: Научное издательство «Советская энциклопедия», — 1983. — 928 с.

2. Гузевич С.Н. О недостатках модели измерений односторонним дальномером в спутниковых навигационных системах // Геодезия и картография. — 2005. — №6. — С.19-21.

3. Гузевич С.Н. «О косвенных методах геометрических измерений» // Электронный журнал «Прикладная геометрия» (МАИ), выпуск 10, №21 (2008), С.29-38.

4. Гузевич С.Н. Аналитическое определение размеров и пространственного положения объектов при выполнении косвенных измерений // Геодезия и картография. — 2009. — №9. С.35-41.

5. Гузевич С.Н. «Косвенные геометрические измерения и условия их выполнения» // Электронный журнал «Прикладная геометрия» (МАИ), выпуск 11, №23 (2009), С.1-22.

1. Стереоскопический способ измерений отстояния объекта, включающий наведение оси наблюдений на объект, получение отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям, из центров двух идентичных оптических устройств, разнесенных на известной базе, проведение на плоскостях измерений через точки проекций оптических осей измерительных осей координат, параллельных базе, измерение положений граничных точек отображений объекта от центров проекций оптических осей и вычисление расстояния до объекта, используя размер базы как составную часть опорного параметра, отличающийся тем, что управляют размером базы и расстоянием от центров оптических устройств до плоскостей измерений, а вычисления выполняют, используя как опорный параметр произведение длины базы на расстояние от центров оптических устройств до измерительных плоскостей.

2. Судовой дальномер-пеленгатор для реализации стереоскопического способа по п.1, состоящий из двух параллельных оптических устройств, жестко установленных на базе, блока управления, механизма поворота базы по двум осям, системы переноса отображений на общую плоскость измерений и блока вычислений, отличающийся тем, что он снабжен устройствами управления изменением размеров базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, блок управления дополнительно подключен к механизмам изменения размеров базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а плоскости измерений выполнены в виде матричных плоскостей, одна из сторон которых установлена параллельно базе, и которые подключены к вычислительному устройству.

Источник: findpatent.ru

Дальномер

 

СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ДАЛЬНОМЕР ДЯ-6
Предназначен для определения дальности и высоты полета цели, а также ее угловых координат (азимут и угол места) при стрельбе зенитной артиллерии среднего и крупного калибра. База — 3 м. Пределы измерения: дальности — от 2000 до 50000 м; высоты — от 200 до 20000 м. Оптические характеристики дальномера: увеличение — 8х поле зрения — 7°30′. Масса в боевом положении — 205 кг. Изготовлен в 1945 г.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, Санкт-Петербург.

Дальномер — устройство, предназначенное для определения расстояния от наблюдателя до объекта. Используется в геодезии, для наводки на резкость в фотографии, в прицельных приспособлениях оружия, систем бомбометания и т. д.

Виды дальномеров

Дальномерные приспособления делятся на активные и пассивные:

• активные:
• звуковой дальномер
• световой дальномер
• лазерный дальномер
• других конструкций
• пассивные:
• дальномеры, использующие оптический параллакс (напр. дальномерный фотоаппарат)
• дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу
• других конструкций

Принцип работы

Устройство и принцип работы оптического дальномера

Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например по известной стороне AB=l (базе) и противолежащему острому углу β (т. н. параллактическому углу). Одна из величин, l или β, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

• AB = l — расстояние между объективами дальномера (база дальномера)
• C — объект, до которого надо определить расстояние
• h — расстояние между дальномером и объектом наблюдения

Дальномеры различных конструкций

• 

Матрос ВМФ СССР наблюдает в дальномер за результатами бомбометания по подводным лодкам, 1943

• 

Приставной дальномер для шкальных фотоаппаратов

• 

Дальномер фотоаппарата
«Зоркий-5»

• 

Лазерный дальномер

 

дальномеры

 

Оптический дальномер – это оптический прибор, применяемый для измерения расстояний до объектов. По принципу действия дальномеры подразделяются на две основные группы, геометрического и физического типов. Первую группу составляют геометрические дальномеры. Измерение расстояний дальномером такого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (схема 10) например по известной стороне АВ = I (базе) и противолежащему острому углу .. Одна из величин, I или ., обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой. Дальномер с постоянным углом представляет собой подзорную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения, а базой служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое дальномером расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. По такому принципу работают многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.). Относительная погрешность нитяного дальномера — 0,3-1%. Более сложные оптические дальномеры с постоянной базой, построены на принципе совмещения изображений объекта, построенными лучами прошедшими различные оптические системы дальномера. Совмещение производится с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем, а результат измерения прочитывается по специальной шкале. Монокулярные дальномеры с базой 3-10 см широко применяются в качестве фотографических дальномеров. Погрешность оптических дальномеров с постоянной базой менее 0,1% от измеряемого расстояния. Принцип действия дальномера физического типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Различают импульсный и фазовый методы измерения дальности. При импульсном методе к объекту посылается зондирующий импульс, который запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс возвращается к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса), с помощью встроенного микропроцессора, определяется расстояние до объекта: L= ct/2, где: L — расстояние до объекта, с — скорость распространения излучения, t — время прохождения импульса до цели и обратно. 10. Принцип действия дальномера геометрического типа АВ -база, h -измеряемое расстояние При фазовом методе — излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, меняющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Отраженное излучение попадает в фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, измеряется расстояние до объекта. Самыми распространенными гражданскими электронно-оптическими приборами для измерения дальности являются портативные лазерные дальномеры, с помощью которых можно измерить расстояние до любого предмета на местности, находящегося в прямой видимости, с погрешностью около одного метра. Максимальная дальность определения расстояния индивидуальна для каждой модели, обычно от нескольких сот, до полутора тысяч метров и сильно зависит от типа объекта. Лучше всего производится измерение дальности до крупных объектов с высокой отражающей способностью, хуже всего — до мелких объектов интенсивно поглощающих лазерное излучение. Лазерный дальномер может быть выполнен в виде монокуляра или бинокля с увеличением от 2 до 7 крат. Некоторые производители встраивают дальномеры в другие оптические приборы, например в оптические прицелы. В поле зрения дальномера находится специальная метка, которую совмещают с объектом, после чего производится измерение дальности, обычно простым нажатием кнопки. Результат измерения выводится на индикаторную панель, расположенную на корпусе прибора, или отражается в окуляре, что позволяет получить информацию о дальности, не отрывая глаз от дальномера. Многие модели могут отображать результаты измерения в разных метрических единицах (метрах, футах, ярдах).

 

Источник: megaobuchalka.ru

Что такое дальномер и как он работает

В наше развитое время, в огромном потоке информации современному человеку зачастую трудно уследить за всеми новшествами и изобретениями, поэтому о некоторых полезных приборах многие люди даже и не слышали, не говоря уже о владении ими. Например, длительное время в России, чтобы измерить расстояние до нужной цели, применялись дальномерные шкалы на биноклях и оптических прицелах. Такой способ был далеко не идеален, при своей простоте, он давал не надежные и не точные сведения, к тому же наблюдатель должен был знать точные размеры ориентира, что, например в чистом поле, было далеко не легким условием. Выходом из таких ситуаций стал дальномер, портативный, точный и чрезвычайно простой в управлении прибор.

Дальномер — это измерительное устройство, служащее для точного определения расстояния от наблюдателя до объекта измерения. Дальномеры по типу действия делятся на пассивные и активные, а эти два типа, в свою очередь делятся на следующие виды.

Активные:
1. Звуковые дальномеры.
2. Световые дальномеры.
3. Лазерные дальномеры.

Пассивные:
1. Оптические дальномеры.
2. Нитяные дальномеры.
3. Монокулярные дальномеры.
4. Стереоскопические дальномеры.

Отличие пассивного дальномера от активного заключается в принципе его работы. Принцип работы активного дальномера заключается в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной. Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например по известной стороне AB = l (базе) и противолежащему острому углу b, так называемому параллактическому углу. При малых углах b (выраженных в радианах) h = l/ b. Одна из величин, l или b, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряеммой).

Кому нужен дальномер?

Особо широкое применение прибор нашел в инженерной геодезии, дальномер не заменимый помошник при строительстве путей сообщения, гидротехнических сооружеиях, линий электропередач, в военном деле он незаменим для определения расстояния до целей, в фотографии для точной и быстрой фокусировки, в туризме, в сельском хозяйстве, в системах бомбометания, в навигации, в астрономических исследованиях, в охотничье-стрелковых целях и конечно же дальномер занимает отдельную нишу в строительной деятельности.

Источник: viva-telecom.org

Дальномеры в тахеометрах

Известно, что требования к качеству строительной продукции быстро растут. Возрастает и необходимость постоянного повышения общего технического уровня строительных работ, надежности, долговечности, эстетичности, технологичности строительного производства.

Инженерно-геодезические измерения и инженерно-геодезические построения занимаю особое место в общей схеме строительных работ. Они начинаются задолго до начала строительства при проведении инженерно-геодезических изысканий, выноса проектов сооружений в натуру, являются составной частью технологии строительно-монтажных работ в период всего строительства, а также сопутствуют при проверке качества строительной продукции и продолжаются в эксплуатационный период при проведении наблюдений за деформациями зданий и сооружений, если того требуют условия проекта. Поэтому вопросы точности проведения геодезических работ имеют принципиальное значение, ибо они в конечном счете определяют уровень качества и надежность выстроенных зданий и сооружений.

При оценке надежности и точности измерений главным является выбор совершенной методики геодезических работ и соответствующих приборов и оборудования, исходя из заданных технологических требований проекта и допусков. С ростом научно-технического прогресса и технического уровня строительства развивались и совершенствовались методики и приборы для проведения инженерно-геодезических работ. Дальномер — устройство, предназначенное для определения расстояния от наблюдателя до объекта. Используется в геодезии, для наводки на резкость в фотографии, в прицельных приспособлениях оружия, систем бомбометания и т.д.

Виды дальномеров

Дальномерные приспособления делятся на активные и пассивные. Активные:  звуковой дальномер,  световой дальномер,  лазерный дальномер, и др. Пассивные: дальномеры, использующие оптический параллакс (напр. дальномерный фотоаппарат),  дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу  и др. Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например по известной стороне AB = l (базе) и противолежащему острому углу b (т. н. параллактическому углу). При малых углах b (выраженных в радианах):

h = l / b

Одна из величин, l или b, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

Лазерный дальномер

Лазерный дальномер — прибор для измерения расстояний с применением лазерного луча. Широко применяется в инженерной геодезии, при топографической съёмке, в военном деле, в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии. Лазерный дальномер это устройство, состоящее из импульсного лазера и детектора излучения. Измеряя время, которое затрачивает луч на путь до отражателя и обратно и зная значение скорости света, можно рассчитать расстояние между лазером и отражающим объектом.

  
Рис.1. Дальномер лазерный Skil

Рис.2. Лазерный нивелир Leica

Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Так, при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:

L=ct / 2n

где L — расстояние до объекта, c — скорость света в вакууме, n — показатель преломления среды, в которой распространяется излучение, t — время прохождения импульса до цели и обратно.

Рассмотрение этого соотношения показывает, что потенциальная точность измерения дальности определяется точностью измерения времени прохождения импульса энергии до объекта и обратно. Ясно, что чем короче импульс, тем лучше.

Физические основы измерений и принцип действия

Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отражения от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазово-импульсный. Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылается зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу автоматически высвечивается перед оператором расстояние до объекта. Оценим точность такого метода дальнометрирования, если известно, что точность измерения интервала времени между зондирующим и отраженным сигналами соответствует 10 в -9 с. Поскольку можно считать, что скорость света равна 3*10в10 см/с, получим погрешность в изменении расстояния около 30 см. Специалисты считают, что для решения ряда практических задач этого вполне достаточно.

При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону. При этом интенсивность излучения меняется в значительных пределах. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза сигнала, упавшего на объект. Отраженный от объекта сигнал придет на приемное устройство также с определенной фазой, зависящей от расстояния. Оценим погрешность фазового дальномера, пригодного работать в полевых условиях. Специалисты утверждают, что оператору не сложно определить фазу с ошибкой не более одного градуса. Если же частота модуляции лазерного излучения составляет 10 Мгц, то тогда погрешность измерения расстояния составит около 5 см.

По принципу действия дальномеры подразделяются на две основные группы, геометрического и физического типов.

Рис.3. Принцип действия дальномера

Первую группу составляют геометрические дальномеры. Измерение расстояний дальномером такого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (рис. 3) например по известной стороне АВ = I (базе) и противолежащему острому углу. Одна из величин, I обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой. Дальномер с постоянным углом представляет собой подзорную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения, а базой служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое дальномером расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. По такому принципу работают многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.).

Относительная погрешность нитяного дальномера — 0,3-1%. Более сложные оптические дальномеры с постоянной базой, построены на принципе совмещения изображений объекта, построенными лучами прошедшими различные оптические системы дальномера. Совмещение производится с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем, а результат измерения прочитывается по специальной шкале. Монокулярные дальномеры с базой 3-10 см широко применяются в качестве фотографических дальномеров. Погрешность оптических дальномеров с постоянной базой менее 0,1% от измеряемого расстояния.

Принцип действия дальномера физического типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Различают импульсный и фазовый методы измерения дальности. При импульсном методе к объекту посылается зондирующий импульс, который запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс возвращается к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса), с помощью встроенного микропроцессора, определяется расстояние до объекта:

L=ct / 2

где: L — расстояние до объекта, с — скорость распространения излучения, t — время прохождения импульса до цели и обратно.

Рис.4. Принцип действия дальномера геометрического типа

АВ -база, h -измеряемое расстояние

При фазовом методе — излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, меняющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Отраженное излучение попадает в фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, измеряется расстояние до объекта.

Особенности конструкции и принцип работы. Виды и применение

Первый лазерный дальномер имел название ХМ-23. Источником излучения в нем является лазер на рубине с выходной мощностью 2.5 Вт и длительностью импульса 30нс. В конструкции дальномера широко используются интегральные схемы. Излучатель, приемник и оптические элементы смонтированы в моноблоке, который имеет шкалы точного отчета азимута и угла места цели. Питание дальномера производится то батареи никелево-кадмиевых аккумуляторов напряжением 24в, обеспечивающей 100 измерений дальности без подзарядки. В другом артиллерийской дальномере, также принятом на вооружение армий, имеется устройство для одновременного определения дальности до четырех целей., лежащих на одной прямой, путем последовательного стробирования дистанций 200,600,1000, 2000 и 3000м.

Интересен шведский лазерный дальномер. Конструкция дальномера отличается особой прочностью, что позволяет применять его в сложенных условиях. Дальномер можно сопрягать при необходимости с усилителем изображения или телевизионным визиром. Режим работы дальномера предусматривает либо измерения через каждые 2с. в течение 20с. и с паузой между серией измерений в течение 20с. либо через каждые 4с. в течение длительного времени. Цифровые индикаторы дальности работают таким образом, что когда один из индикаторов выдает последнюю измеренную дальность, и в памяти другого хранятся четыре предыдущие измерения дистанции.

Весьма удачным лазерным дальномерам является LP-4. Он имеет в качестве модулятора добротности оптико-механический затвор. Приемная часть дальномера является одновременно визиром оператора. Диаметр входной оптической системы составляет 70мм. Приемником служит портативный фотодиод, чувствительность которого имеет максимальное значение на волне 1,06 мкм. Счетчик снабжен схемой стробирования по дальности, действующей по установке оператора от 200 до 3000м. В схеме оптического визира перед окуляром помещен защитный фильтр для предохранения глаза оператора от воздействия своего лазера при приеме отраженного импульса. Излучатель в приемник смонтированы в одном корпусе. Угол места цели определяется в пределах + 25 градусов. Аккумулятор обеспечивает 150 измерений дальности без подзарядки, его масса всего 1 кг. Дальномер прошел испытания и был закуплен в ряде стран таких как — Канада, Швеция, Дания, Италия, Австралия.

Один из портативных лазерных дальномеров выполнен в виде бинокля. Источник излучения и приемник смонтированы в общем корпусе, с монокулярным оптическим визиром шестикратного увеличения, в поле зрения которого имеется световое табло из светодиодов, хорошо различимых как ночью, так и днем. В лазере в качестве источника излучения используется аллюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Это обеспечивает пиковую мощность в 1,5 Мвт. В приемной части используется сдвоенный лавинный фотодетектор с широкополосным малошумящим усилителем, что позволяет детектировать короткие импульсы с малой мощностью, составляющей всего 10 в -9 Вт. Ложные сигналы, отраженные от близлежащих предметов, находящихся в стволе с целью, исключается с помощью схемы стробирования по дальности. Источником питания является малогабаритная аккумуляторная батарея, обеспечивающая 250 измерений без подзарядки. Электронные блоки дальномера выполнены на интегральных и гибридных схемах, что позволило довести массу дальномера вместе с источником питания до 2 кг.

Рис.5. Лазерный прицел-дальномер

Лазерные дальномеры на рубине и неодимовом стекле обеспечивают измерение расстояния до неподвижной или медленно перемещающихся объектов, поскольку частота следования импульсов небольшая. Не более одного герца. Если нужно измерять небольшие расстояния, но с большей частотой циклов измерений, то используют фазовые дальномеры с излучателем на полупроводниковых лазерах. В них в качестве источника применяется, как правило, арсенид галлия. Вот характеристика одного из дальномеров: выходная мощность 6,5 Вт в импульсе, длительность которого равна 0,2 мкс, а частота следования импульсов 20 кГц. Расходимость луча лазера составляет 350*160 мрад т.е. напоминает лепесток. При необходимости угловая расходимость луча может быть уменьшена до 2 мрад. Приемное устройство состоит из оптической системы, а фокальной плоскости которой расположена диафрагма, ограничивающая поле зрения приемника в нужном размере. Коллимация выполняется короткофокусной линзой, расположенной за диафрагмой. Рабочая длина волны составляет 0,902 мкм, а дальность действия от 0 до 400м. В печати сообщается, что эти характеристики значительно улучшены в более поздних разработках. Так, например уже разработан лазерный дальномер с дальностью действия 1500м. и точностью измерения расстояния + 30м. Этот дальномер имеет частоту следования 12,5 кГц при длительности импульсов 1 мкс. Другой дальномер, разработанный в США имеет диапазон измерения дальности от 30 до 6400м. Мощность в импульсе 100Вт, а частота следования импульсов составляет 1000 Гц.

Поскольку применяется несколько типов дальномеров, то наметилась тенденция унификации лазерных систем в виде отдельных модулей. Это упрощает их сборку, а также замену отдельных модулей в процессе эксплуатации. По оценкам специалистов, модульная конструкция лазерного дальномера обеспечивает максимум надежности и ремонтопригодности в полевых условиях.

Модуль излучателя состоит из стержня, лампы-накачки, осветителя, высоковольтного трансформатора, зеркал резонатора. модулятора добротности. В качестве источника излучения используется обычно неодимовое стекло или аллюминиево-натриевый гранат, что обеспечивает работу дальномера без системы охлаждения. Все эти элементы головки размещены в жестком цилиндрическом корпусе. Точная механическая обработка посадочных мест на обоих концах цилиндрического корпуса головки позволяет производить их быструю замену и установку без дополнительной регулировки, а это обеспечивает простоту технического обслуживания и ремонта. Для первоначальной юстировки оптической системы используется опорное зеркало, укрепленное на тщательно обработанной поверхности головки, перпендикулярно оси цилиндрического корпуса. Осветитель диффузионного типа представляет собой два входящих один в другой цилиндра между стенками которых находится слой окиси магния. Модулятор добротности рассчитан на непрерывную устойчивую работу или на импульсную с быстрым запусками. основные данные унифицированной головки таковы: длина волны — 1,06 мкм, энергия накачки — 25 Дж, энергия выходного импульса — 0,2 Дж, длительность импульса 25нс, частота следования импульсов 0,33 Гц в течение 12с допускается работа с частотой 1 Гц), угол расходимости 2 мрад. Вследствие высокой чувствительности к внутренним шумам фотодиод, предусилитель и источник питания размещаются в одном корпусе с возможно более плотной компоновкой, а в некоторых моделях все это выполнено в виде единого компактного узла. Это обеспечивает чувствительность порядка 5*10 в -8 Вт.

В усилителе имеется пороговая схема, возбуждающаяся в тот момент, когда импульс достигает половины максимальной амплитуды, что способствует повышению точности дальномера, ибо уменьшает влияние колебаний амплитуды приходящего импульса. Сигналы запуска и остановки генерируются этим же фотоприемником и идут по тому же тракту, что исключает систематические ошибки определения дальности. Оптическая система состоит из афокального телескопа для уменьшения расходимости лазерного луча и фокусирующего объектива для фотоприемника. Фотодиоды имеют диаметр активной площадки 50, 100, и 200 мкм. Значительному уменьшению габаритов способствует то, что приемная и передающая оптические системы совмещены, причем центральная часть используется для формирования излучения передатчика, а периферийная часть — для приема отраженного от цели сигнала.

Особенности конструкции и принцип работы оптических дальномеров

Оптические дальномеры — обобщенное название группы дальномеров с визуальной наводкой на объект (цель), действие которых основано на использовании законов геометрической (лучевой) оптики. Распространены оптические дальномеры: с постоянным углом и выносной базой (например, нитяной дальномер, которым снабжают многие геодезические инструменты — теодолиты, нивелиры и т. д.); с постоянной внутренней базой — монокулярные (например, фотографический дальномер) и бинокулярные (стереоскопические дальномеры).

Оптический дальномер (светодальномер) — прибор для измерения расстояний по времени прохождения оптическим излучением (светом) измеряемого расстояния. Оптический дальномер содержит источник оптического излучения, устройство управления его параметрами, передающую и приёмную системы, фотоприёмное устройство и устройство измерения временных интервалов. Оптический дальномер делятся на импульсные и фазовые в зависимости от методов определения времени прохождения излучением расстояния от объекта и обратно.

Рис.6. Современный оптический дальномер

В дальномерах измеряется не сама длина линии, а некоторая другая величина, относительно которой длина линии является функцией.

В геодезии применяют 3 вида дальномеров: оптические (дальномеры геометрического типа), электрооптические (светодальномеры), радиотехнические (радиодальномеры).

В импульсном светодальномере источником излучения чаще всего является лазер, излучение которого формируется в виде коротких импульсов. Для измерения медленно меняющихся расстоянии используют одиночные импульсы, при быстро изменяющихся расстояниях применяется импульсный режим излучения. Твердотельные лазеры допускают частоту следования импульсов излучения до 50—100 Гц, полупроводниковые — до 104—105 Гц. Формирование коротких импульсов излучения в твердотельных лазерах осуществляется механическими, электрооптическими или акустооптичекими затворами или их комбинациями. Инжекционные лазеры управляются током инжекции.

Рис.7. Оптический дальномер типа «Чайка»

В фазовых светодальномерах в качестве источников света применяются накальные или газосветные лампы, светодиоды и почти все виды лазеров. Оптический дальномер со светодиодами обеспечивают дальность действия до 2—5 км, с газовыми лазерами при работе с оптическими отражателями на объекте — до 100 км, а при диффузном отражении от объектов — до 0,8 км; аналогично. Оптический дальномер с полупроводниковыми лазерами обеспечивает дальность действия 15 и 0,3 км. В фазовых светодальномерное излучение модулируется интерференционными, акустооптическим и злектрооптическими модуляторами. В сверхвысокой частоты фазовых оптических дальномерах применяются электрооптические модуляторы на резонаторных и волноводных сверхвысокой частоты структурах.

В импульсных светодальномерах обычно в качестве фотоприёмного устройства применяются фотодиоды, в фазовых светодальномерах фотоприём осуществляется на фотоэлектронные умножители. Чувствительность фотоприёмного тракта оптического дальномера может быть увеличена на несколько порядков применением оптического гетеродинирования. Измерение временных интервалов чаще всего осуществляется счётно-импульсным методом.

Дальномер – является лучшим прибором для измерения расстояния на длинные дистанции. Дальномер тахеометра характеризуется не только точностью, но и дальностью. Как правило, это дальность измерения расстояний до одной призмы. Следует отметить, что эти характеристики связаны друг с другом.

Несмотря на то что значительная часть объема измерений тахеометром не превышает 500–1000 м, периодически приходится измерять значительно более длинные расстояния. Поэтому наилучшими сегодня являются дальномеры с точностью измерений не ниже 2 мм + 2 ррм при дальности 3000–4000 м. Эти параметры должны стать стандартными в будущем для большинства тахеометров. Увеличение дальности измерений в ущерб точности нецелесообразно и неэффективно.

Ожидается, что в целом на мировом рынке в ближайшем будущем стоимость самого оборудования снизится, а встроенных программных средств и их приложений повысится. Стоимость сервиса и запасных частей также должна снизиться вследствие увеличения надежности работы приборов и продления срока их жизнедеятельности. Однако затраты на обучение и поддержку пользователей, очевидно, увеличатся из-за усложнения конфигурации систем, возможностей их модернизации и многофункционального применения.

 

Дальномер

СТЕРЕОСКОПИЧЕСКИЙ ДАЛЬНОМЕР ДЯ-6
Предназначен для определения дальности и высоты полета цели, а также ее угловых координат (азимут и угол места) при стрельбе зенитной артиллерии среднего и крупного калибра. База — 3 м. Пределы измерения: дальности — от 2000 до 50000 м; высоты — от 200 до 20000 м.

Оптические характеристики дальномера: увеличение — 8х поле зрения — 7°30′. Масса в боевом положении — 205 кг. Изготовлен в 1945 г.
Военно-исторический музей артиллерии, инженерных войск и войск связи, Санкт-Петербург.

Дальномер — устройство, предназначенное для определения расстояния от наблюдателя до объекта.

Используется в геодезии, для наводки на резкость в фотографии, в прицельных приспособлениях оружия, систем бомбометания и т. д.

Виды дальномеров

Дальномерные приспособления делятся на активные и пассивные:

• активные:
• звуковой дальномер
• световой дальномер
• лазерный дальномер
• других конструкций
• пассивные:
• дальномеры, использующие оптический параллакс (напр.

  дальномерный фотоаппарат)

• дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу
• других конструкций

Принцип работы

Устройство и принцип работы оптического дальномера

Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно.

Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC, например по известной стороне AB=l (базе) и противолежащему острому углу β (т.

н. параллактическому углу). Одна из величин, l или β, обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

• AB = l — расстояние между объективами дальномера (база дальномера)
• C — объект, до которого надо определить расстояние
• h — расстояние между дальномером и объектом наблюдения

Дальномеры различных конструкций

• 

Матрос ВМФ СССР наблюдает в дальномер за результатами бомбометания по подводным лодкам, 1943

• 

Приставной дальномер для шкальных фотоаппаратов

• 

Дальномер фотоаппарата
«Зоркий-5»

• 

Лазерный дальномер

Оптический дальномер – это оптический прибор, применяемый для измерения расстояний до объектов. По принципу действия дальномеры подразделяются на две основные группы, геометрического и физического типов. Первую группу составляют геометрические дальномеры. Измерение расстояний дальномером такого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (схема 10) например по известной стороне АВ = I (базе) и противолежащему острому углу .. Одна из величин, I или ., обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой. Дальномер с постоянным углом представляет собой подзорную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения, а базой служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое дальномером расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. По такому принципу работают многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.). Относительная погрешность нитяного дальномера — 0,3-1%. Более сложные оптические дальномеры с постоянной базой, построены на принципе совмещения изображений объекта, построенными лучами прошедшими различные оптические системы дальномера. Совмещение производится с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем, а результат измерения прочитывается по специальной шкале. Монокулярные дальномеры с базой 3-10 см широко применяются в качестве фотографических дальномеров. Погрешность оптических дальномеров с постоянной базой менее 0,1% от измеряемого расстояния. Принцип действия дальномера физического типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Оптический дальномер Способность электромагнитного излучения распространяться с постоянной скоростью дает возможность определять дальность до объекта. Различают импульсный и фазовый методы измерения дальности. При импульсном методе к объекту посылается зондирующий импульс, который запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс возвращается к дальномеру, то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса), с помощью встроенного микропроцессора, определяется расстояние до объекта: L= ct/2, где: L — расстояние до объекта, с — скорость распространения излучения, t — время прохождения импульса до цели и обратно. 10. Принцип действия дальномера геометрического типа АВ -база, h -измеряемое расстояние При фазовом методе — излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, меняющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Отраженное излучение попадает в фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, измеряется расстояние до объекта. Самыми распространенными гражданскими электронно-оптическими приборами для измерения дальности являются портативные лазерные дальномеры, с помощью которых можно измерить расстояние до любого предмета на местности, находящегося в прямой видимости, с погрешностью около одного метра. Максимальная дальность определения расстояния индивидуальна для каждой модели, обычно от нескольких сот, до полутора тысяч метров и сильно зависит от типа объекта. Лучше всего производится измерение дальности до крупных объектов с высокой отражающей способностью, хуже всего — до мелких объектов интенсивно поглощающих лазерное излучение. Лазерный дальномер может быть выполнен в виде монокуляра или бинокля с увеличением от 2 до 7 крат. Некоторые производители встраивают дальномеры в другие оптические приборы, например в оптические прицелы. В поле зрения дальномера находится специальная метка, которую совмещают с объектом, после чего производится измерение дальности, обычно простым нажатием кнопки. Результат измерения выводится на индикаторную панель, расположенную на корпусе прибора, или отражается в окуляре, что позволяет получить информацию о дальности, не отрывая глаз от дальномера. Многие модели могут отображать результаты измерения в разных метрических единицах (метрах, футах, ярдах).

Читайте также:

Дальномер в геодезии – один из неотъемлемых измерительных приборов, используемых специалистами при изысканиях.

Дальномеры в тахеометрах

Следует отметить, что расстояние измеряется с помощью данного оборудования косвенным образом, то есть его длина является не изначально измеряемой величиной, а функцией по отношению к другой измеряемой величине.

Классификация приборов

Всего используют три вида дальномеров в геодезии:

• оптические (или геометрического принципа),
• электрооптические (свето-дальномеры),
• радиотехнические (радио-дальномеры).

Первая группа делится на приборы с постоянным параллактическим углом (наиболее простой пример – нитяные средства измерения) и с постоянным базисом (более сложные устройства, имеющие заметно меньшую погрешность, чем нитяные).

Оптические дальномеры в геодезии по типу работы являются пассивными, они измеряют длину по геометрическому принципу, при нахождении высоты треугольника по известной стороне и противоположному ей углу.

При этом одно из двух значений постоянное, а другое – переменное.

Существует также активный метод измерения, когда к объекту, до которого надо замерить расстояние, посылается тот или иной сигнал.

Так, радиоэлектронный или ультразвуковой дальномер направляет на предмет звуковую волну и принимает обратно отраженный от него звук. По затраченному временному интервалу и определяется расстояние до объекта. При этом следует учитывать плотность воздуха и иные параметры окружающей среды.

Ультразвуковые приборы имеют достаточно большую погрешность, поэтому применяются нечасто.

В отличие от них, лазерный дальномер (рулетка) пользуется большим спросом и в геодезии, и в строительстве. Это самый современный вариант светодальномера. Его принцип действия также основан на отправке импульса (лазерного луча) до объекта и последующего приёма отраженного сигнала. По сравнению с предыдущей разновидностью приборов, в данном устройстве работу упрощает видимый луч.

А усовершенствование электронного оптического дальномера с лазером современным интерфейсом снизило риск погрешностей при измерениях до минимума.

Сегодня появились лазерные модели с цветными дисплеями, Bluetooth-модулями, возможностью непрерывного измерения, функциями измерения объема и площади.

Напоследок отметим, что помимо геодезии данные приборы применяются и в других сферах, где необходимы точные измерения расстояний.

Так, существуют охотничьи, военные, строительные дальномеры и т.д.

Измерения расстояний с использованием нитяного дальномера зрительной трубы

Измерение расстояний не является прямым назначением теодолита, а есть его вспомогательная функция.

Измерение расстояний теодолитом выполняется при помощи нитяного дальномера теодолита и нивелирной рейки [3, стр. 320-324]. Чаще всего измерение расстояний производится при выполнении теодолитом тахеометрической или горизонтальной съемки.

Нитяный дальномер представлен в теодолите в виде двух дальномерных нитей сетки нитей зрительной трубы (рис.

4, 9, 20).

Рисунок 20 – Определение расстояния по дальномерным нитям

Принята следующая методика измерения длин линий.

1. Измеряется высота прибора (теодолита) над точкой стояния.

Берем в руки дальномер, когда важно точное расстояние!

На точке, до которой надо измерить расстояние, устанавливается нивелирная рейка.

3. Зрительная труба наводится на отсчет, примерно равный высоте прибора .

По нивелирной рейке берутся отсчеты:

— по верхней и — по нижней дальномерной нити.

5. По формуле вычисляется величина

(4.14)

где — коэффициент дальномера, ;

— разность отсчетов по рейке.

Величина называется «отсчетом по дальномеру».

Именно эту величину определяют при помощи дальномера и записывают в журнал тахеометрической съемки.

Вычисление горизонтального проложения производится позже, при камеральной обработке тахеометрической съемки, по формуле

, (4.15)

где — угол наклона визирного луча.

Пример (рис.

19):

, ,

Отсчет по дальномеру равен

Для упрощения вычисления отсчета по дальномеру часто используют такой прием (в случае использования теодолитов с обратным изображением): наводят верхнюю дальномерную нить на ближайшее целое дециметровое деление.

Тогда разность отсчетов может быть вычислена значительно проще.

Пример:

, ,

Отсчет по дальномеру равен

В случае использования теодолитов с прямым изображением на целое дециметровое деление наводят нижнюю дальномерную нить.

Точность измерения длин линий с помощью нитяного дальномера теодолита и нивелирной рейки составляет измеряемой длины.

Предыдущая28293031323334353637383940414243Следующая

Дата добавления: 2015-08-14; просмотров: 4399;

Источник: ekoshka.ru