Устройство дальномера

• оптические (дальномеры геометрического типа),
• электрооптические (светодальномеры),
• радиотехнические (радиодальномеры).

 
 
 
 
 
 

    4.1. Физические основы  измерений и принцип  действия

Рис. 6 Геометрическая схема оптических дальномеров

  Пусть требуется найти расстояние АВ. Поместим в точку А оптический дальномер, а в точку В перпендикулярно линии АВ - рейку.

Обозначим: l - отрезок  рейки GM,  
φ - угол, под которым этот отрезок виден из точки А.

Из треугольника АGВ имеем:

                                                   D=1/2*ctg(φ/2)                                             (4.1.1)

                                                     D = l * сtg(φ)                                              (4.1.2)

     Обычно угол φ небольшой (до 1^o) , и, применяя разложение функции Ctgφ в ряд, можно привести формулу (4.1.1) к виду (4.1.2). В правой части этих формул два аргумента, относительно которых расстояние D является функцией. Если один из аргументов имеет постоянное значение, то для нахождения расстояния D достаточно измерить только одну величину. В зависимости от того, какая величина - φ или l, - принята постоянной, различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянным базисом.

В дальномере с постоянным углом измеряют отрезок l, а угол φ - постоянный; он называется диастимометрическим углом.

В дальномерах  с постоянным базисом измеряют угол φ, который называется параллактическим углом; отрезок l имеет постоянную известную длину и называется базисом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.1.2 Нитяной дальномер с постоянным углом

     В сетке нитей зрительных труб, как правило, имеются две дополнительные горизонтальные нити, расположенные по обе стороны от центра сетки нитей на равных расстояниях от него; это - дальномерные нити (рис.7).

Нарисуем  ход лучей, проходящих через дальномерные нити в трубе Кеплера с внешней  фокусировкой. Прибор установлен над  точкой А; в точке В находится  рейка, установленная перпендикулярно визирной линии трубы. Требуется найти расстояние между точками А и В.

Рис. 7 - Дальномерные нити

Построим  ход лучей из точек m и g дальномерных нитей. Лучи из точек m и g, идущие параллельно оптической оси, после преломления на линзе объектива пересекут эту ось в точке переднего фокуса F и попадут в точки М и G рейки. Расстояние от точки A до точки B будет равно:

                                      D = l/2 * Ctg(φ/2) + fоб + d                                    (4.1.2.1)

где d - расстояние от центра объектива до оси вращения теодолита;  
f_об-фокусное расстояние объектива;  
l - длина отрезка MG на рейке.

Обозначим (f_об + d) через c, а величину 1/2*Ctg φ/2 - через С, тогда

                                                     D = C * l + c.                                           (4.1.2.2)

Постоянная  С называется коэффицентом дальномера. Из Dm'OF имеем:

                                      Ctg φ/2 = ОF/m'O; m'O= p/2                                 (4.1.2.3)

                                                Ctg φ/2 = (fоб*2)/p,                                     (4.1.2.4)

где p - расстояние между дальномерными  нитями. Далее пишем:

                                                        С = f_об/p.                                              (4.1.2.5)

Коэффициент дальномера равен отношению фокусного  расстояния объектива к расстоянию между дальномерными нитями. Обычно коэффицент С принимают равным 100, тогда Ctg φ/2 = 200 и φ = 34.38'. При С = 100 и fоб = 200 мм расстояние между нитями равно 2 мм . 
 
 
 
 
 
 

4.1.3 Измерение нитяным дальномером наклонного расстояния

    Пусть визирная линия трубы JK при измерении расстояния АВ имеет угол наклона ν, и по рейке измерен отрезок l (рис. 8). Если бы рейка была установлена перпендикулярно визирной линии трубы, то наклонное расстояние было бы равно:

                                                  D = l₀ * C + c                                               (4.1.3.1)

Но

                                                   l₀ = l*Cos ν                                                  (4.1.3.2)

 поэтому

                                               D = C*l*Cosν + c.                                          (4.1.3.3)

Горизонтальное  проложение линии S определим из Δ JKE :

                                                   S = D*Cosν                                                (4.1.3.4)

или

                                             S= C*l*Cos2ν + c*Cosν.                                 (4.1.3.5)

рис. 8 - Измерение нитяным дальномером наклонного расстояния

Для удобства вычислений принимаем второе слагаемое  равным с*Cos2ν ; поскольку с величина небольшая (около 30 см), то такая замена не внесет заметной ошибки в вычисления. Tогда

                                          S = (C * l + c) * Cos²ν                                         (4.1.3.6) 

или

                                                        S = D'* Cos2ν                                       (4.1.3.7) 

Oбычно  величину (C*l + c) назыывают дальномерным  расстоянием. Обозначим разность (D' - S) через ΔD и назовем ее  поправкой за приведение к  горизонту, тогда

                                                     S = D' – ΔD                                              (4.1.3.8)

где                                     

                                                    ΔD = D' * Sin² ν                                        (4.1.3.9)

Угол  ν измеряют вертикальным кругом теодолита; причем при   поправка ΔD не учитывается. Точность измерения расстояний нитяным дальномером обычно оценивается относительной ошибкой от 1/100 до 1/300.

Кроме обычного нитяного дальномера существуют оптические дальномеры двойного изображения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4.2 Особенности конструкции и принцип работы

 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.

     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 СВЧ фазовых оптических дальномерах применяются электрооптические модуляторы на резонаторных и волноводных СВЧ 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. Дальность действия такого Оптического дальномера ограничивается длиной когерентности) передающего лазера, при этом возможна регистрация перемещений и колебаний объектов до 0,2 км.

     Измерение временных интервалов чаще всего осуществляется счётно-импульсным методом. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5. Вывод

Дальномер – является лучшим прибором для измерения расстояния на длинные дистанции. Сейчас лазерные дальномеры используются и в наземной военной технике и в авиации и на флоте. Ряд дальномеров принят на вооружение во многих армиях мира. Так же дальномер стал незаменимой частью охоты, что делает его уникальным и очень полезным. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6. Библиографический список

1. Герасимов Ф.Я., Говорухин А.М. Краткий топографо-геодезический словарь-справочник,1968;М Недра

2. Лемтюжников Д.С. Элементарный курс оптики и дальномеров, Воениздат, 1938, 136 с.

3. Солодилов К.Е. Военные оптико-механические приборы, Оборонпром, 1940, 263 с.

4. Интернет магазин оптики. Принципы работы лазерного дальномера. URL: http://www.optics4you.ru/article5.html

5. Автор: Дьяков Борис Николаевич, профессор кафедры геодезии СГГА

 Электронная версия учебного пособия в форме гипертекста  
по дисциплине "Геодезия". URL: http://cheapset.od.ua/4_3_2.html