Светодальномеры. Понятие о радиодальномерах

Светодальномер— прибор для определения расстояния по времени прохождения его световым сигналом. Первый в мире светодальномер был разработан в 1936 г. под руководством акад. А. А. Лебедева A893—1969).

Быстрое развитие светодальномеры получили в последние десятилетия на базе современной радиоэлектроники. Согласно ГОСТ 19223—82, светодальномеры по назначению подразделяют на три группы:

Г — приборы для построения государственных геодезических сетей; П — для прикладной геодезии и маркшейдерии и Т — для топографических съемок.

По их точности светодальномеры делят на высокоточные, точные и технические.

Основные узлы светодальномера — приемопередатчик и отражатель— устанавливают на концах измеряемой линии. Приемопередатчик излучает световой сигнал и принимает его после возвращения от отражателя. Точно измерить время прохождения сигналом измеряемого расстояния туда и обратно весьма сложно. Поэтому в современных светодальномерах применяют фазовый метод измерений.

Излучаемый световой поток модулируют: через интервалы времени Т происходит чередование усиления и ослабления интенсивности светового потока. Такую модуляцию называют амплитудной, но применяют и иные виды модуляции — частотную, поляризационную, фазовую. Интервал времени Т называют периодом модуляции. Величина, обратная периоду, называется частотой f = . Пока свет проходит путь от приемопередатчика до отражателя и обратно, протекает время t, которое выразим через число периодов модуляции

t=(n +ψ)T,                                                               (7.8)

где n — какое-то целое число; ψ — правильная дробь. Отраженный свет возвращается в приемопередатчик в той же фазе, в какой был излучен: максимум возвращается как максимум, минимум—как минимум Но фаза излучаемого света будет уже другой, так как за время t, как видно из (7.8), происходит n +ψ колебаний модуляции. Поэтому между излучаемым и отраженным сигналами возникает разность фаз, равная n +ψ Если разность фаз выражать не в фазовых циклах, а в радианах, то она будет равна Целое число n измерить невозможно, поскольку излучение и прием непрерывны и каких-либо меток, отличающих одну световую волну от другой, нет. Измеряют величину ψ (или φ = 2 ψ) —сдвиг по фазе между волнами модуляции излучаемого и принимаемого световых потоков. Умножив правую и левую части равенства (7.8) на скорость распространения света υ, получим

υ t = (n + φ ) υ T                                                                         (7.9)

Ясно, что υ t = 2D, где D — расстояние между приемопередатчиком и отражателем, а υ T =λ, где λ — длина волны модуляции, т. е. отрезок, пробегаемый светом за время, равное периоду модуляции Т. Следовательно,

2D = ( n + ψ) λ,                                                                (7.10)

Или     D = ( n + ψ) λ,/2.                                                              (7.11)

В (7.11) значение длины волны модуляции λ = υ Т известно, сдвиг по фазе ψ измеряют. Неоднозначным является значение целого числа п. Для исключения неоднозначности в различных светодальномерах применяют различные методы.

Светодальномер 2СМ2

В комплект прибора входят приемопередатчик, электронный блок, два отражателя, три штатива, два источника питания и др. Общая масса всего комплекта 58 кг. Измерения ведут на трех частотах модуляции. Основная частота f_з= 14 985 кГц. На этой частоте при скорости света

υ = 299 700 км/с цена фазового цикла, т. е. длина полуволны модуляции, будет λ z/2 = υ Tz/2 = υ /2f_з) = 10 м.

Поэтому, измеряя сдвиг по фазе φ, т. е. долю фазового цикла, получают не все расстояние, а только его точную часть — метры и доли метра с точностью до 1 см.

Измерения на частотах f₂= 1498,5 (λ₂/2=100 м) и f₁ = 149,85 кГц (λ₁/2=1000 м) служат для разрешения неоднозначности и дают соответственно десятки и сотни метров. Переключение частот и формирование полного отсчета расстояния выполняются автоматически.

На табло высвечивается измеренное расстояние (без километров) с округлением до

1 мм.

Светодальномер ДК-001

Этот прибор служит для измерения расстояний 0,5—300 м со средней квадратической погрешностью ?,6 мм -f-1,5· 10~6D. Его применяют для высокоточных измерений при создании базисов, компарировании приборов, измерении малых смещений и деформаций при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений. Источник света — светодиод на основе арсенида галлия. Измерения выполняются автоматически с высвечиванием результата на табло в цифровой форме. Время измерений 7 с. Масса приемопередатчика 8 кг, всего комплекта — 24 кг.

Светодальномеры фирмы «Карл Цейсе» (ГДР)

Наряду со светодальномерами отечественного производства в инженерно-геодезических работах широко применяют светодальномеры, изготовляемые народным предприятием «Карл Цейсе» (Йена, ГДР): ЕОК- 2000 — точный светодальномер для измерения расстояний до 2500 м со средней квадратической погрешностью 1—2 см. Масса приемопередатчика 12 кг. ЕОТ-2000 представляет собой сочетание светодалыюмера с теодолитом. Он измеряет расстояния до 3000 м с точностью 1 см. Горизонтальные расстояния и превышения вычисляются автоматически. Масса приемопередатчика

10,5 кг.

Понятие о радиодальномерах

Геодезические радиодальномеры позволяют с высокой точностью измерять большие расстояния с помощью передачи радиосигналов. Они имеют относительно небольшие размеры и массу. Измерения могут выполняться в условиях дымки, тумана, при слабом дожде. При измерении расстояния используют две станции радиодальномера— ведущую и ведомую. Обе излучают высокочастотные колебания, модулированные близкими частотами, и принимают колебания, поступающие от другой станции. На обеих станциях модулирующие частоты смешиваются и выделяется их разностная частота. Сдвиг по фазе между колебаниями разностной частоты на одной и другой станциях пропорционален расстоянию между ними.

Этот сдвиг измеряется на ведущей станции регистрацией на экране электронно-лучевой трубки импульса, посланного с ведомой станции в момент, когда там фазовый угол проходил через ноль. Поскольку радиодальномером выполняются фазовые измерения, для вычисления расстояния используют формулу (7.9) Для исключения неоднозначности измерения проводят на разных частотах.

Радиодальномер РДГ измеряет расстояния от 200 м до 30 км с точностью 5—14 см (в зависимости от расстояния). Масса одной станции 16 кг. В комплекте три приемопередатчика, каждый из которых может работать в режиме как ведущей, так и ведомой станции.