Измерение длины линий дальномерами

Дальномерами называются геодезические приборы, с помощью которых расстояние между двумя точками измеряют косвенным способом. Дальномеры подразделяют на оптические и электрон­ные. Оптические дальномеры делятся на дальномеры с постоян­ным параллактическим углом и дальномеры с постоянным бази­сом, электронные дальномеры — на электронно-оптические (светодальномеры) и радиоэлектронные (радиодальномеры).

Простейший оптический дальномер с постоянным углом — нитяной (рис. 6, а) имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов. В поле зрения трубы (рис.6, б) прибора видны три горизонтальные нити. Две из них, расположенные сим­метрично относительно средней нити, называются дальномерными. Нитяной дальномер применяют в комплекте с нивелирной рейкой, разделенной на сантиметровые деления. В приведенном при­мере между крайними нитями располагаются 21,5 сантиметровых делений рейки. Расстояние D между измеряемыми точками на местности 21,5 • 100 = 21,5 м (100 — коэффициент дальномера).

На расстоянии до 200 м по нитяному дальномеру «на глаз» мож­но отсчитать до 0,5 сантиметрового деления, что соответствует по грешности при определении расстояния 50 см; на расстоянии до 100 м — до 0,2 сантиметрового деления или погрешности 20 см.

Оптический дальномер:

а — внешний вид; б — поле зрения трубы; в — схема измерения

Нитяным дальномером можно измерить линии длиной до 300 м с погрешностью до 1:300 от длины.

Принцип действия дальномера с постоянным базисом рассмотрим на конкретном примере определения рас­стояния от точки А до точки В (рис.8).

В точке А устанавливают теодолит. В точке В располагают отре­зок (базис), длина которого /_б точно известна. Тогда, измерив угол а, можно по известной из тригонометрии формуле D=l_б tq вычислить расстояние между точками А и В.

В основе электронных средств измерений лежит известное из физики соотношение S=vt/2 между измеряемым расстоянием S, скоростью распространения электромагнитных колебаний v и временем t  распространения электромагнитных колебаний вдоль измеряемой линии и обратно.

Из-за особенностей излучения, приема и распространения ра­диоволн радиодальномеры применяют главным образом при из­мерении сравнительно больших расстояний и в навигации. Светодальномеры, использующие электромагнитные колебания светового диапазона, широко применяют в практике инженерно-геодезических измерений.  

Схема выполнения дальномерных измерений при постоянном базисе

Для измерения расстояния АВ (рис. 9) в точке А устанавливают светодальномер, а в точке В — отражатель. Световой поток посылается из передатчика на отражатель, который отражает его об­ратно на тот же прибор. Если измерить время прохождения свето­вых волн от светодальномера до отражателя и обратно, то при известной скорости распространения световых волн можно вы­числить искомую длину линии. Время распространения световых волн может быть определено как прямым, так и косвенным мето­дом измерений.

Светодальномер:

а — установка светодальномера и отражателя;

б — ход лучей при измерении линий

Прямое определение промежутка времени осуществляется в дальномерах, называемых импульсными. В них измерение времени производится по запаздыванию принимаемого после отражения светового импульса по отношению к моменту его излучения.

Косвенное определение времени прохождения световых волн ос­новано на измерении разности фаз двух электромагнитных колеба­ний. Такие светодальномеры называют фазовыми. С внедрением по­лупроводниковых лазерных источников излучения и цифровых ме­тодов измерения разности фаз появились импульсно-фазовые све­тодальномеры, в основе которых лежит фазовый метод измерения временного интервала при импульсном методе излучения.

Примером современного фазово-импульсного светодальномера может служить широко распространенный в нашей стране топо­графический светодальномер СТ-5. Это высокоавтоматизированный прибор, точность измерения расстояний которым характеризуется величиной (10 + 5/) км) мм; предельная дальность — 5 км.

Улучшенный вариант этого сверхдальномера — 2СТ-10 (рис. 6.10). Его технические характеристики: средняя квадратическая погреш­ность измерения расстояний (5 + 32) км) мм; диапазон измерения 0,2 м... 10,0 км; диапазон рабочих температур +40...-30 °С; масса  прибора 4,5 кг. Управление процессом измерения обеспечивается встроенной микроЭВМ. 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.

В инженерной геодезии применяют и высокоточные светодаль­номеры. Отечественная промышленность выпускает светодально­меры «Топаз СП-2» и СП-03 (ДК-001), точность измерения кото­рыми характеризуется соответственно величинами (1 + 1) км) и (0,8 + 1,52) км) мм.

Для маркшейдерских работ в шахтах используют светодально­мер МСД-1М во взрывобезопасном исполнении с дальностью действия до 500 м и погрешностью измерения (2 + 5/) 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 20 см.

В настоящее время известны дальномеры с пассивным отраже­нием и погрешностью измерения расстояний до 10 мм. 

Светодальномер 2СТ-10.                       Лазерная рулетка