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).
Рис.4.24
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:
(4.31)
или
D = l * Ctg(φ). (4.32)
Обычно угол φ небольшой (до 1o), и, применяя разложение функции Ctgφ в ряд, можно привести формулу (4.31) к виду (4.32). 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.
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.4.25).
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.4.25
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, (4.33)
где d — расстояние от центра объектива до оси вращения теодолита; fоб-фокусное расстояние объектива; l — длина отрезка MG на рейке.
Обозначим (fоб + d) через c, а величину 1/2*Ctg φ/2 — через С, тогда
D = C * l + c. (4.34)
Постоянная С называется коэффицентом дальномера. Из Dm'OF имеем:
Ctg φ/2 = ОF/m'O; m'O= p/2; Ctg φ/2 = (fоб*2)/p,
где p — расстояние между дальномерными нитями. Далее пишем:
С = fоб/p. (4.35)
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 .
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.4.26). Если бы рейка была установлена перпендикулярно визирной линии трубы, то наклонное расстояние было бы равно:
D = l0 * C + c.
Но l0 = l*Cos ν, поэтому
D = C*l*Cosν + c. (4.36)
Горизонтальное проложение линии S определим из Δ JKE :
S = D*Cosν или
S= C*l*Cos2ν + c*Cosν. (4.37)
Рис.4.26
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, или
S = D'* Cos2ν. (4.38)
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,
где ΔD = D' * Sin2 ν. (4.39)
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.
www.ronl.ru
Минобрнауки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
Учреждение высшего профессионального образования
«Тульский государственный университет»
Факультет «Системы автоматического управления»
Кафедра «Приборы управления»
Контрольно – курсовая работа по дисциплине
«Физико-теоретические основы построения приборов и
систем управления и навигации»
на тему «Лазерные дальномеры»
Выполнил: студент гр. 130801
Волынкин П.Н.
Проверил: Лихошерст В.В.
Тула 2012
Введение ……………………………………………………………………...3 стр
1. Преимущества лазерного дальномера………………..…………………..4 стр
2.Конструкция и принцип работы………………………………………….. 5 стр
4. Пример лазерного дальномера…………………………………………....6 стр
5.История развития...........................................................................................7 стр
Заключение .......................................................................................................9 стр
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. Современные лазерные дальномеры в большинстве случаев компактны и позволяют в кратчайшие сроки и с большой точностью определить расстояния до интересующих объектов.
Лазерные дальномеры различаются по принципу действия на импульсные и фазовые.
Импульсный 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.
Фазовый лазерный дальномер – это дальномер, принцип действия которого основан на методе сравнения фаз отправленного и отражённого сигналов. Фазовые дальномеры обладают более высокой точностью измерения по сравнению с импульсными дальномерами. Так же фазовые дальномеры дешевле в производстве. Именно фазовые дальномеры получили широкое распространение в быту.
Во-первых, измерять расстояния можно в одиночку, достаточно просто навести прибор на цель, и нажать на кнопку. Этот легкий и компактный инструмент удобен и прост в эксплуатации, и позволяет с высокой точностью измерять не только длину, но и ширину, высоту объектов, вычислять объемы и площади, а также выполнять арифметические вычисления. При этом лазерный дальномер позволяет сохранять результаты измерений в своей памяти.
Кроме того, в отличие от традиционных стальных или матерчатых рулеток, лазерные дальномеры со временем практически не подвержены износу – достаточно лишь вовремя менять батарейки. Ну и, разумеется, неоспоримыми преимуществами лазерных дальномеров являются высокая точность измерений, скорость работы, простота эксплуатации и надежная защита от пыли и влаги. Если Вы уронили дальномер в грязь – достаточно быстро и аккуратно промыть его под струей проточной воды, и продолжать работу. Некоторые модели лазерных рулеток оснащены уклономером, что позволяет измерять высоту объекта за один прием – то есть измеряется гипотенуза и угол, а высота вычисляется автоматически.
при импульсном методе дальнометрирования используется следующее соотношение:
L = ct/2,
- где L – расстояние до обьекта,
- с – скорость распространения излучения,
- 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.
Задача определения расстояния между дальномером и целью сводится к измерению соответствующего интервала времени между зондирующим сигналом и сигналом, отраженным от цели. Различают три метода измерения дальности в зависимости от того, какой характер модуляции лазерного излучения используется в дальномере: импульсный, фазовый или фазо-импульсный.
Сущность импульсного метода дальнометрирования состоит в том, что к объекту посылают зондирующий импульс, он же запускает временной счетчик в дальномере. Когда отраженный объектом импульс приходит к дальномеру,то он останавливает работу счетчика. По временному интервалу (задержке отраженного импульса) определяется расстояние до объекта.
При фазовом методе дальнометрирования лазерное излучение модулируется по синусоидальному закону с помощью модулятора (электрооптического кристалла, изменяющего свои параметры под воздействием электрического сигнала). Обычно используют синусоидальный сигнал с частотой 10…150 МГц (измерительная частота). Отраженное излучение попадает в приемную оптику и фотоприемник, где выделяется модулирующий сигнал. В зависимости от дальности до объекта изменяется фаза отраженного сигнала относительно фазы сигнала в модуляторе. Измеряя разность фаз, определяют расстояние до объекта.
studfiles.net
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).
Рис.4.24
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:
(4.31)
или
D = l * Ctg(φ). (4.32)
Обычно угол φ небольшой (до 1o), и, применяя разложение функции Ctgφ в ряд, можно привести формулу (4.31) к виду (4.32). 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.
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.4.25).
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.4.25
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, (4.33)
где d — расстояние от центра объектива до оси вращения теодолита; fоб-фокусное расстояние объектива; l — длина отрезка MG на рейке.
Обозначим (fоб + d) через c, а величину 1/2*Ctg φ/2 — через С, тогда
D = C * l + c. (4.34)
Постоянная С называется коэффицентом дальномера. Из Dm'OF имеем:
Ctg φ/2 = ОF/m'O; m'O= p/2; Ctg φ/2 = (fоб*2)/p,
где p — расстояние между дальномерными нитями. Далее пишем:
С = fоб/p. (4.35)
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 .
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.4.26). Если бы рейка была установлена перпендикулярно визирной линии трубы, то наклонное расстояние было бы равно:
D = l0 * C + c.
Но l0 = l*Cos ν, поэтому
D = C*l*Cosν + c. (4.36)
Горизонтальное проложение линии S определим из Δ JKE :
S = D*Cosν или
S= C*l*Cos2ν + c*Cosν. (4.37)
Рис.4.26
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, или
S = D'* Cos2ν. (4.38)
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,
где ΔD = D' * Sin2 ν. (4.39)
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.
www.ronl.ru
