Дальномер

Дальномер, прибор для измерения расстояний. Широко применяется в инженерной геодезии (при строительстве путей сообщения, гидротехнических сооружений, линий электропередач и т. д.), при топографической съемке, в военном деле (главным образом для определения расстояний до целей), в навигации, в астрономических исследованиях, в фотографии.

По принципу действия различают дальномеры геометрических и физических типов. Измерение расстояний дальномером первого типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ABC (рис. 1),

Рис. 1. Схема, поясняющая принцип действия дальномера геометрического типа: АВ - база, β - параллактический угол, h - измеряемое расстояние.

например по известной стороне АВ = l (базе) и противолежащему острому углу β (т. н. параллактическому углу). При малых углах β (выраженных в радианах) h = l/β. 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.

Нитяной дальномер с постоянным углом представляет собой зрительную трубу с двумя параллельными нитями в поле зрения. Базой дальномера служит переносная рейка с равноотстоящими делениями. Измеряемое дальномером расстояние до базы пропорционально числу делений рейки, видимых в зрительную трубу между нитями. Нитяным дальномером снабжены многие геодезические инструменты (теодолиты, нивелиры и др.). Относительная погрешность нитяного дальномера - 0,3-1%.

Более сложные оптические дальномеры геометрического типа имеют собственную постоянную базу. Они разделяются на две группы: монокулярные и бинокулярные (стереоскопические).

Рис. 2. Устройство монокулярного дальномера: В₁ и В₂ - отражатели, расположенные на концах базы; O₁ и О₂ - оптические системы, строящие изображения; С - специальный отражатель (призма), совмещающий оба изображения в общей фокальной плоскости F; Ок - окуляр. В кружках показано видимое в окуляр изображение до совмещения (а) и после совмещения (б).

Монокулярный дальномер (рис. 2) устроен таким образом, что изображение объекта (цели) видно в окуляре Ок составленным из двух половин, разделенных горизонтальной линией; разные половины изображения построены лучами, прошедшими различные оптич. системы дальномера (O₁и О₂).

В случае очень удаленного объекта, когда попадающие в дальномер лучи A₁ и A₂ практически параллельны, обе половины изображения находятся в одном месте на горизонтальной линии раздела и образуют цельное изображение. С приближением объекта к дальномеру параллельность лучей A₁ и A₂ нарушается и половинки изображения расходятся вдоль линии раздела. Для измерения расстояния до объекта требуется свести смещенные половинки изображения с помощью оптического компенсатора, расположенного в одной из оптических систем. Результат измерения прочитывается на спец. шкале. Погрешность монокулярных дальномеров двойного изображения ~0,1% при длинах до 1 км.

Монокулярные дальномеры с базой 3-10 см широко применяют в качестве фотографических дальномеров. Обычно фотографические дальномеры объединяют в одну оптическую систему с видоискателем фото- или киноаппарата. Лучи света от объекта съемки проходят в фотографический дальномер (рис. 3) через две различные оптической системы (основной и дополнительной). Построенные этими системами изображения видны в окуляре дальномера несовмещенными. Для наведения объектива на резкость и получения четкого фотоснимка оба изображения совмещают в одно перемещением оптического компенсатора, связанного с механизмом фокусировки объектива фотоаппарата.

Рис. 3. Фотографический дальномер: С₁ и С₂ - призмы, В - объектив фотоаппарата, К - рычаг; до фокусировки глаз видит в видоискателе два изображения (а), после фокусировки - поворота объектива и смещения рычага с призмой - одно (б).

Стереоскопический дальномер с постоянной базой (рис. 4) представляет собой двойную зрительную трубу с двумя окулярами. Действие дальномера основано на стереоскопическом эффекте: рассматриваемые отдельно каждым глазом изображения сливаются в одно объемное, в котором ощущается разница в расположении предметов по глубине. Для определения расстояния до объекта (цели) изображение объекта совмещают с изображением специальные метки ("марки"), находящейся в фокальной плоскости дальномера. Объект и "марка" должны как бы находиться на одинаковом расстоянии от наблюдателя. Смещение оптического компенсатора, требуемое для совмещения "марки" и цели, пропорционально определяемому расстоянию. Точность стереоскопического дальномера, особенно с базой в несколько метров, на порядок выше точности монокулярных дальномеров.

Рис. 4. Внешний вид (а) и схема устройства (б) стереоскопического дальномера: A₁ А₂ - окна; В₁, В₂ - отражатели (призмы); О₁, О₂ - оптические системы, строящие изображения; K - компенсатор для совмещения "марки" с изображением; C₁ и С₂ - призмы; Ок - окуляр; в - поле зрения с "марками".

Принцип действия дальномера физического типа - световых, радио и акустических - состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света с или звука v) считается известной.

Светодальномеры, или электрооптические дальномеры, делятся на импульсные и фазовые. дальномеры первого вида непосредственно измеряют промежуток времени τ, за который световой импульс проходит удвоенное расстояние до объекта 2L, так что L=cτ/2+k, где k - постоянная дальномера.

В фазовых дальномерах используется непрерывный световой поток с искусственно создаваемыми высокочастотными изменениями (модуляцией) его интенсивности. При плавном изменении частоты модуляции изменяется разность фаз модуляции у посылаемого и отраженного потоков света. В результате в дальномере наблюдаются максимумы и минимумы интенсивности света, по числу которых определяют время τ, а затем L (подробнее см. Электрооптический дальномер). По величине и точности светодальномеры делят на большие, средние и малые (топографические), позволяющие измерять расстояния 20- 25 км с точностью 1:400000, 5-15 км с точностью 1:300000, а 5-6 км с точностью 1:10 000-1:100 000. На "Луноходе-1" был установлен отражатель лазерного светодальномера, предназначенный для измерения расстояния до Луны (ок. 385 000 км) с точностью нескольких метров.

В радиодальномерах обычно используют электромагнитные волны сантиметрового и миллиметрового диапазонов. Различают импульсные радиодальномеры и дальномеры с непрерывным излучением (подробнее см. Радиодальномер).

В связи с сильным поглощением и рассеянием света и радиоволн конденсированными средами (жидкостями и твердыми телами) свето- и радиодальномеры применяются только в атмосферных условиях и в космическом пространстве. Для определения расстояний в толще вод океанов и морей используют акустические дальномеры, поскольку поглощение водой ультразвука незначительно (см. Эхолот, Гидролокатор).

Теоретически радиус действия дальномеров физического типа определяется мощностью посылаемых сигналов и чувствительностью приемного устройства дальномера, фиксирующего отраженный сигнал. Возможности дальномеров иллюстрирует следующий пример: во время полета межпланетной станции "Венера-7" расстояние между Землей и Венерой (свыше 60 млн. км) измерялось с точностью до 1 км.