Нитяной дальномер, его устройство и точность

   Дальномерами называются геодезические приборы, с помощью которых расстояние между двумя точками измеряют косвенным способом. Дальномеры подразделяются  на оптические и электронные.

  Принцип измерения расстояний оптическими дальномерами основан на решении прямоугольного треугольника, в котором по малому параллактическому углу β и противолежащему катету b (базису) определяют длину другого катета:

 

                                           D = b ctg β.

 

Наиболее распространенным оптическим дальномером является  н и т я н о й  дальномер. Это дальномер с постоянным параллактическим углом и переменным базисом. Он имеется в зрительных трубах всех геодезических приборов. В поле зрения трубы прибора видны три горизонтальные нити. Две из них, расположенные симметрично относительно средней нити, называются дальномерными. Для измерения линии на одном ее конце устанавливают прибор, а на другом – нивелирную рейку (рисунок 6.9). При горизонтальной визирной оси измеряемое расстояние от оси вращения прибора до вертикальной рейки составит

 

D = D' + f + δ,

 

где δ – расстояние от объектива до оси вращения трубы.

 

Рисунок 6.9 – Нитяной дальномер

 

   Лучи от дальномерных нитей a и b, пройдя через объектив и передний фокус F, пересекут рейку в точках А и В. Из подобия треугольников AFB и a'Fb' имеем

                                                D'/n = f /p,

откуда

 

                                              D' = (f / p) n,

где f – фокусное расстояние объектива;

p – расстояние между дальномерными нитями.

           Отношение f / p = К для данного прибора постоянно и называется коэффициентом дальномера.

     Величину f + δ обозначают через с и называют постоянной дальномера. Для определения искомого расстояния имеем

 

                                              D = Kn + c.                                                       (6.2)

 

   Для удобства использования значения f и p при изготовлении прибора подбирают такими, чтобы коэффициент дальномера К был равен 100, а постоянная была минимальна.

   Формула (6.2) получена для случая, когда рейка расположена перпендикулярно к визирной оси трубы. При измерениях на местности это условие нарушается, так как при наклонном положении визирной оси рейку устанавливают вертикально (рисунок 6.10). Если рейка наклонена по отношению к визирной оси на угол υ, то вместо правильного отсчета M'N' = n' возьмут отсчет MN = n. Эти величины связаны соотношением

 

n' = n cos υ.

 

Подставляя значение n' в формулу (6.2), получим

 

D = Kn' + c = Kn cos υ + c.

 

Но d = D cos υ. Тогда

 

d = Kn cos² υ + c cos υ.

 

   Величины с и υ малы. Поэтому  c cos υ ≈ c cos²υ. Тогда 

   

d ≈ (Kn + c) cos²υ = D cos²υ.

 

   Найти горизонтальное расстояние можно и иначе, введя в измеренное расстояние поправку за наклон:

                               ΔD_υ = D – d ≈ D (1 – cos²υ) ≈ D sin²υ.

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

Точность измерений нитяным дальномером характеризуется относительной ошибкой 1:300.   Главная причина невысокой точности – это ошибки отсчетов по рейке. Влияют также различия в рефракции лучей FB и FA (см. рисунок 6.9), проходящих через слои воздуха, расположенные на разной высоте и поэтому имеющими разную плотность.

 

 

   45.  Измерение расстояний светодальномерами и лазерными рулетками

 

   Светодальномер – прибор для измерения расстояния по времени прохождения его световым сигналом.

   В комплект светодальномера входят приемопередатчик (рисунок 6.11) и отражатель. Приемопередатчик устанавливают на штативе на одном конце измеряемой линии, а отражатель – на специальной вешке или тоже на штативе – на другом конце. Приемопередатчик излучает световой сигнал и принимает его после возвращения от отражателя. Если измерить время прохождения световых волн до отражателя и обратно, то при известной скорости распространения световых волн можно вычислить искомую длину линии:

 

D = vt / 2,

 

где v – скорость света, которую при средних

         условиях атмосферы принимают

        равной v = 299710 км/с;

   t – время, прошедшее от излучения до

        приема.

   Из-за большой скорости света измерения времени t необходимо выполнять с очень высокой точностью. Время  распространения  световых волн может быть определено как прямым, так и косвенным способами измерений.

   Прямое определение промежутка времени осуществляется в дальномерах, называемых   и м п у л ь с н ы м и. В них измерение времени производится по запаздыванию принимаемого после отражения светового импульса по отношению к моменту его излучения. Импульсные дальномеры не отличаются высокой точностью, поэтому такие дальномеры не нашли широкого применения в инженерно-геодезических работах.        

   Косвенное определение времени прохождения световых волн основано на измерении разности фаз двух электромагнитных колебаний. Такие светодальномеры называются  ф а з о в ы м и.

   С внедрением полупроводниковых лазерных источников излучения и цифровых методов измерения разности фаз появились   и м п у л ь с н о- ф а з о в ы е  светодальномеры, в основе которых лежит фазовый метод измерения временного интервала при импульсном методе излучения.

   Светодальномеры по их назначению делят на три группы: Г – приборы для построения государственных геодезических сетей; П – для прикладной геодезии и маркшейдерии и Т – для топографических съемок. К шифру могут быть добавлены буквы: Н, указывающая, что это насадка на теодолит; Д, что это прибор, использующий диффузное отражение сигнала от предметов и не требующий специального отражателя; М, означающая маркшейдерское исполнение (для подземных работ); и число или дробь, указывающие точность прибора (в мм). При этом дробь вида a / b, означает, что средняя квадратическая ошибка равна (a + bD) мм, где D – расстояние (в км). Например, шифр 2СТ10 5/3 означает: светодальномер топографический, измеряющий расстояния до 10 км со средней квадратической ошибкой (5 + 3D) мм. Цифра 2 впереди шифра – номер модификации прибора.  

   Отражатели, используемые при светодальномерных измерениях, бывают призменные и пленочные. Основным элементом призменного отражателя является стеклянная призма. Пленочный отражатель представляет собой отражающую светпластиковую пленку, на которую нанесена сетка штрихов.

 

   Безотражательные светодальномеры используют диффузное отражение светового сигнала от поверхности объекта, до которого измеряют расстояние. Примером такого дальномера является лазерная рулетка Disto, выпускаемая фирмой Leica (Швейцария). Прибор используется без штатива, с руки. Световой луч наводят на нужный предмет, и на шкале прибора читают расстояние до него.

Прибор предназначен для измерения расстояний до 200 м    с  точностью 1,5 мм.

 

   46. Определение недоступных расстояний

   В практике инженерно-геодезических работ часто оказывается невозможным непосредственное измерение расстояний между двумя точками, когда встречается местное препятствие (река, котлован, здание и т. д.). Такие расстояние называют недоступными и определяют косвенным путем. Например, для определения недоступного расстояния d через реку измеряют длину базиса b (рисунок 6.12) и углы α и β. По теореме синусов из треугольника АВС получим

d / sin α = b / sin γ = b / sin(180⁰ – α – β) = b / sin α + β) или d = b sin α / sin(α + β).

   Для контроля расстояние d определяют еще раз из треугольника АВС₁. При отсутствии недопустимых расхождений из двух результатов принимают среднее арифметическое значение.

   Точность определения недоступных расстояний во многом зависит от формы треугольника. Наилучшим считается равносторонний треугольник.

   В том случае, когда на линии АВ нет видимости (рисунок 6.13), то для определения недоступного расстояния АВ измеряют длины сторон b₁ и b₂ и угол γ на точке С.

   Расстояние d определяют по теореме косинусов:

    ___________________

d =√ b₁² + b₂² – 2b₁b₂ cos γ.

  

   Наиболее благоприятным считается вариант, когда b₁ = b₂ и угол γ близок к 180^о

sin α = b₂ sin γ / d; sin β = b₁ sin γ / d.

 

   Углы α и β вычисляют для того, чтобы в точках А и В можно было указать направление линии d.