Нитяные дальномеры — назначение, устройство, правила использования

Дальномер – это устройство, которое предназначено для определения точного расстояния от наблюдателя до конкретного объекта. Прибор просто необходим в инженерной геодезии, строительстве линий передач и путей сообщения, сельском хозяйстве, туризме, навигации, военном деле…

Классификация приборов для определения дальности

Когда и где появились первые измерители дальности? Впервые в продаже это приспособление вышло в 1992 году на Западе, но его стоимость доходила до нескольких тысяч долларов. И только спустя четыре года эти устройства стали доступны более широкому кругу пользователей. Затем уже многие фирмы стали работать в данном направлении. А сегодня разновидностей этого инструмента довольно много, самые точные используют принцип лазера в работе, известной моделью считается дальномер лейка (Leica), в ассортименте имеются и другие приборы похожего назначения, например, геодезические рулетки на лазерах.

В чем же заключается принцип действия? Модели активного типа измеряют расстояние при помощи времени, затраченного посланным сигналом на прохождение пути до объекта и обратно. Скорость, с которой данный сигнал распространяется, предварительно, естественно, известна (звуковая и световая скорость). Определение расстояния с помощью пассивных вариантов прибора основано на вычислении высоты равнобедренного треугольника. Активные делят на три типа: звуковые, световые, лазерные. А пассивные на два: оптические и нитяные.

Дальномеры активного типа – изучаем работу инструментов

Звуковые модели измеряют расстояние до предметов, которые отражают звуковые волны. Работают по принципу эхолокатора, то есть сначала происходит излучение короткого звукового импульса, который имеет очень высокую частоту. Затем включается микрофон, и происходит отсчет времени, за которое звуковой импульс вернется обратно, отразившись от какого-либо объекта. Когда вернувшийся сигнал достигнет датчика, будет известен результат. Световые типы приспособления для измерения расстояния используют модуляции света по яркости с постоянной или же переменной частотой.

Расстояние высчитывается за счет разности фаз между отраженным и посланным светом. Для этого требуется наличие сложных электронных и электрических устройств в приборе. Именно с помощью световых моделей было установлено точное расстояние от Земли до Луны. Лазерные инструменты включают в себя главные элементы устройства – отражатель и излучатель. При помощи специальных функциональных клавиш можно задать точку отсчета и пользоваться всеми программными возможностями прибора. Также некоторые модели оснащены дополнительными функциями – отражательная панель для проверки, измерение температуры воздуха, выбор системы измерений, настройка автоматического отключения, индикатор батареи.

В процессе работы с лазерным приспособлением не требуется помощь второго человека, как, например, в случае с обычной рулеткой. Для того чтобы вычислить расстояние до определенного объекта, необходимо навести на него лазерный луч. Устройство измеряет время, за которое луч проходит от него до объекта, а после его отражения возвращается обратно. В результате производятся подсчеты, и данные выводятся на экран. Измерять можно как горизонтальные, так и вертикальные плоскости. С помощью лазерного дальномера можно также измерить объем помещения и его общую площадь.

Кроме того, такое устройство дает уникальную возможность измерить лишь определенный фрагмент стены, а не всю ее полностью. Можно также определить ширину и высоту объекта.

Огромным плюсом является то, что лазерный прибор может вычислить среднее значение нескольких измерений, а точность при этом будет на очень высоком уровне. Также имеется возможность узнать площадь и круглых предметов, а не только прямоугольных или квадратных. Если помещение имеет наклонный потолок, то инструмент определит не только площадь, но и угол наклона, и длину ската. Все измерения можно проводить на расстоянии до 200 метров. В случае, если прибор необходим вам для измерения исключительно только помещений, достаточно будет приобрести устройство, дальность измерений которого не превышает 50 метров. Если вы собираетесь работать с большими расстояниями, то необходимо также воспользоваться штативом и отражающей пластиной, это позволит получить более точные результаты. Но не все модели могут крепиться на штатив, это нужно уточнять у продавца.

Основные характеристики лазерных инструментов зависят не только от конструкции, например, диапазон измерения зависит от мощности источника излучения и от внешних условий работы, например, на дальность влиять будет освещение. Стоит отдельно отметить, что она снижается, если измерения проводятся под открытым небом. У бытовых моделей наблюдаются небольшие погрешности, и эти погрешности возрастают при измерениях на больших расстояниях. Но даже такие варианты лазерных устройств сравнительно дорогие.

Принцип работы

300pxУстройство и принцип работы оптического дальномера

Принцип действия дальномеров активного типа состоит в измерении времени, которое затрачивает посланный дальномером сигнал для прохождения расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты равнобедренного треугольника , например по известной стороне (базе) и противолежащему острому углу (т. н. параллактическому углу). Одна из величин, или , обычно является постоянной, а другая — переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

Поверка дальномера

Согласно нормативной базе, периодичность поверки лазерных дальномеров составляет 1 раз в год.

При этом параметр иногда устанавливается для конкретной модели и самим производителем.

Поверка, также, выполняется в следующих случаях:

• Если прибор новый и в будущем будет использоваться по прямому назначению.
• Когда предполагается проведение специализированных работ различного плана.
• Если условия транспортировки или хранения были некорректны, что привело к подозрению на появление дефектов.
• По предписанию государственных органов.
• По собственному желанию владельца.

После прохождения данной процедуры выдается соответствующий документ на прибор, с указанием всех необходимых параметров.

Как и где сделать поверку?

Поверка дальномера производится в следующей очередности:

• Внешний осмотр, позволяющий найти заметные дефекты.
• Проверка в работе – оценивается эффективность функционирования отдельных узлов. Применяются контрольные приборы высокой точности.
• Первичная проверка – определяется рабочая длина волны лазера, его мощность, диаметр луча.

Поверки выполняются специалистами метрологических компаний, имеющих соответствующий сертификат.

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, ц — угол, под которым этот отрезок виден из точки А.

Из треугольника АGВ имеем:

D=1/2*ctg(ц/2) (3.1)

D = l * сtg(ц) (3.2)

Обычно угол ц небольшой (до 1o) , и, применяя разложение функции Ctgц 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 — ц или l, — принята постоянной, различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянным базисом.

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

В дальномерах с постоянным базисом измеряют угол ц, 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.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(ц/2) + fоб + d (3.3)

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 ц/2 — через С, тогда

D = C * l + c. (3.4)

Постоянная С называется коэффициентом дальномера. Из Dm’OF имеем:

Ctg ц/2 = ОF/m’O; m’O= p/2 (3.5)

Ctg ц/2 = (fоб*2)/p, (3.6)

где p — расстояние между дальномерными нитями. Далее пишем:

С = fоб/p. (3.7)

Коэффициент дальномера равен отношению фокусного расстояния объектива к расстоянию между дальномерными нитями. Обычно коэффицент С принимают равным 100, тогда Ctg ц/2 = 200 и ц = 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 н, 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 (3.8)

Но

l0 = l*Cos н (3.9)

поэтому

D = C*l*Cosн + c. (3.10)

Горизонтальное проложение линии S определим из Д JKE :

S = D*Cosн (3.11)

Или

S= C*l*Cos2н + c*Cosн. (3.12)

Рис. 8 — Измерение нитяным дальномером наклонного расстояния

Для удобства вычислений принимаем второе слагаемое равным с*Cos2н ; поскольку с величина небольшая (около 30 см), то такая замена не внесет заметной ошибки в вычисления. Тогда

S = (C * l + c) * Cos2н (3.13)

или

S = D’* Cos2н (3.14)

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

S = D’ — ДD (3.15)

где

ДD = D’ * Sin2 н (3.16)

Угол н измеряют вертикальным кругом теодолита; причем при поправка ДD 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.

Артиллерийский дальномер

В конце 1860-х годов русским офицером и военным инженером Василием Фомичом Петрушевским был изобретён первый в мире прибор для точного определения дистанций до цели, применявшийся в береговой артиллерии. В 1868 году береговой артиллерийский дальномер Петрушевского прошёл успешные испытания на батареях в Кронштадте. Дальномеры Петрушевского значительно улучшили качество стрельбы береговой артиллерии.

Конструкция лазерного дальномера

Имея даже поверхностное понимание, что такое лазерный дальномер, можно с уверенностью заключить, что при всем многообразии расцветок и элементов оформления, прибор практически всегда выполняется в единой концепции. Визуально и по габаритам, устройство схоже с кнопочным мобильником с лазерным излучателем на верхнем торце (где, на Nokia 1616, расположен фонарик). Правда, в отличии от разнообразных форм телефонов, корпус лазерной рулетки зачастую имеет меньше округлых или кривых граней. Ровность кирпича и полная перпендикулярность боковых граней корпуса исходящему лучу, необходима для удобства измерения.

Бюджетные устройства, зачастую оснащаются LCD-дисплеями с подсветкой, где может отображаться от одной до 4-х строк данных и различные элементы (индикатор батареи или активированная функция). Более дорогие устройства имеют жидкокристаллические дисплеи с приличной гаммой цветов, использующихся для элементов интерфейса и функции визира со встроенной камерой.

Количество кнопок на панели зависит от функционала, и составляет от 2 до 10 и более. За измерение, в большинстве случаев, отвечает центральная кнопка, выделяющаяся от остальных. Далее по распространенности идет кнопка выключения и стирания данных. На более продвинутых аппаратах, есть кнопки сохранения и загрузки измерений, сложение и вычитание, подсветка и управление многочисленными возможностями, которые разбираем ниже.

Функционал

В эпоху технологического прогресса наивно полагать, что возможности лазерного дальномера ограничатся одним лишь измерением расстояния. Даже относительно недорогие устройства включают в себя приличный арсенал формул и модулей, позволяющих определять периметр, площадь и даже объем исследуемых объектов. Простые приборы, с единственной функцией измерения, тоже встречаются, но даже в самом бюджетном сегменте попадаются все реже. Наибольшее количество возможностей сосредоточено в профессиональных дальномерах, представляющих собой сконцентрированную кладезь теорем, для разнообразных расчетов. Далее конкретно о каждой функции.

Площадь и объем могут вычисляться стандартным способом, путем измерения каждой грани прикладыванием прибора, или же из одной точки со стороны. Функция полезна для отделочных работ, поскольку значительно облегчает и ускоряет расчет количества требуемого материала.

Уровень пригодиться для самых разнообразных строительно-монтажных и ремонтных работ. Оснастка может быть выполнена в роли обычного ватерпаса, установленного на корпусе инструмента или в качестве внутреннего модуля, выводящего градус угла на дисплей.

Скобы откидного типа позволяют производить диагональные измерения из углов, где невозможно плотное прилегание корпуса дальномера. В некоторых моделях, данную функцию выполняют выдвижные штыри, располагающиеся внутри корпуса.

Сохранение данных значительно облегчают работу с большими проектами, избавляя от необходимости ведения записей в блокноте. Возможность, в любой момент, поднять десяток-другой старых замеров, может выручить как на рабочем месте, так и в магазине стройматериалов.

Передача данных на пк или смартфон, в основном осуществляется через кабель, однако все больше моделей начинают оснащаться Bluetooth-модулем. Измерения могут передаваться в стандартных текстовых форматах, или загружаться в специальные программы, где могут быть преобразованы в полноценный чертеж проекта.

Непрерывное измерение превращает дальномер в настоящую лазерную рулетку, обновляющую расстояние до цели в режиме реального времени. Функция позволяет легко отмерять части нужной длины и помогает проверять неровности покрытия.

Визир представляет собой увеличительную оптику, для точного наведения луча на расстояния более 15 метров. В профессиональных моделях, функция имеет вид камеры, выводящей на дисплей картинку с точкой прицела посередине.

Измерение высоты позволяет получить точные данные о размерах дома или длине дерева, при измерении со стороны. Достаточно отмерить расстояние от дальномера до основания, и до конечной точки. На основе полученных данных и углов, устройство рассчитывает высоту. Для максимальной точности, подобные измерения рекомендуется производить на неподвижном штативе, с использованием визира.

Как пользоваться лазерным дальномером

Первоочередная задача любого лазерного дальномера, сводиться к упрощению и ускорению процесса измерения. Производители стараются сделать эти приборы максимально удобными и интуитивно понятными, однако большинство моделей имеют уникальный дизайн со своей системой управления, требующей индивидуального ознакомления. Для облегчения изучения, каждое устройство комплектуется руководством, объясняющим, как пользоваться лазерным дальномером конкретной модели. К сожалению, не каждый мануал имеет наглядное, подробное написание на русскоязычном языке, поэтому разберем основные кнопки и команды, за которые они отвечают.

Вне зависимости от модели прибора, в его арсенале есть как минимум 2 кнопки: для измерения и для отчистки дынных, которая зачастую отвечает ещё за выключение аппарата. Чем модель более наворочена, тем объемнее клавиатура. Со сложностью появляются кнопки подсветки, сложения / вычитания результатов, нахождения площадей и объемов, сохранения данных. На устройствах с интерфейсом имеются кнопки навигации по меню. Для большей наглядности, ниже представлена инструкция на лазерный дальномер на примере 2-х разных приборов.

Главный обобщающий фактор, единственный, неизменный для всех моделей, заключается в принципе эксплуатации устройства. Нулевая точка отсчета расстояния, приходиться на нижний торец прибора. К примеру, чтобы измерить расстояние между стенами, прикладываем прибор перпендикулярно одной, чтобы лазерный луч был направлен на другую. Если требуется получить размер доски, совмещаем край инструмента с краем измеряемого объекта, с противоположной стороны которого ставим любой элемент отражения лазерного луча. Для получения площади, измеряем помещение в длину и ширину, перемножая полученные данные, а при необходимости, умножаем на высоту, для вычисления объема. Основы эксплуатации дальномера, наглядно продемонстрированы в видеоролике, приведенном ниже.

Сохраните эту страницу в своей соц. сети и вернитесь к ней в удобное время.

Часы «Штурманские» («Океан»)

Некоторые модели часов имеют шкалу определения расстояний по светозвуковым сигналам (основана на разнице между скоростью света и скоростью звука). В СССР на Первом Московском часовом заводе выпускались наручные часы «Штурманские» — часы для военных лётчиков и штурманов. «Океан» — часы для моряков, вариант часов «Штурманские». Шкала определения расстояний по светозвуковым сигналам градуирована в кабельтовых и морских милях.

Производители дальномеров

Качественные лазерные приборы выпускаются компаниями:

• Bosch;
• Leica;
• Trimble;
• Stabila;

Приборы китайского производства намного дешевле европейских, но они не отличаются надежностью, а большая их часть подходит только для бытового применения.

Литература

• Геодезические инструменты // Большая советская энциклопедия :  / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Герасимов Ф. Я., Говорухин А. М. и др. Краткий топографо-геодезический словарь-справочник,1968; М. Недра.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...