Геометрические методы измерения расстояний Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 528.514

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ

Алена Алексеевна Марач

ООО «Семейное здоровье», 630048, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 7, фельдшер-лаборант, тел. (913)704-67-24, e-mail: Maratch_a_a@mail.ru

Максим Михайлович Кузнецов

Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, доцент кафедры специальных устройств и технологий, тел. (913)921-44-39, e-mail: a9214439@yandex.ru

Владимир Витальевич Коваленко

ГБОУ СПО НСО «Новосибирский приборостроительный техникум им. Б. С. Галущака», 630049, Россия, г. Новосибирск, ул. Дмитрия Донского, 23/2, корп. 45, заведующий комплексной лабораторией оптических и оптико-электронных приборов и систем, тел. (923)197-01-71, e-mail: optic.rem@mail.ru

В статье представлена классификация приборов для измерения расстояний, построенная на общности метода измерения переменного параметра в приборе. Приведена сравнительная характеристика технических возможностей этих систем.

Ключевые слова: дальномер, линейные измерения.

GEOMETRIC METHODS TO MEASURE DISTANCES

Alena A. Mamtch

LLC «Family health», 630048, Russia, Novosibirsk, Karl Marx, 7, paramedic assistant, tel. (913)704-67-24, e-mail: Maratch_a_a@mail.ru

Maxim M. Kuznetsov

Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., associate Professor in the Department of special devices and technologies, tel. (913)921-44-39, e-mail: a9214439@yandex.ru

Vladimir V. Kovalenko

GBOU SPO NSO «Novosibirsk instrument-making of the College. B. C. Galushchaka», 630049, Russia, Novosibirsk, 23/2 Dmitry Donskoy str., Bldg. 45, head of integrated laboratory for Optical and optoelectronic devices and systems, tel. (923)197-01-71, e-mail: optic.rem@mail.ru

The article presents the classification of instruments for measuring distances, built-tion on the generality of the method of measuring a variable parameter in the device. Given comparative characteristics of the technical capabilities of these systems.

Key words: distance unit of linear measurement.

Методы измерения линейных размеров объектов, измерение больших расстояний с высокой точностью бесконтактными способами занимают центральное место в науке и технике. Прогресс не стоит на месте - системы техническо-

го зрения [1], электронно-оптических комплексы успешно работают во многих областях [2,3,4,5].

Дальномеры широко используются во многих отраслях: геодезия для измерений больших расстояний; для наводки на резкость, в фотографии; для наведения на цель в военном деле; для измерения размера линейной деформации в приборостроении и машиностроении; при строительстве зданий и сооружений.

По принципу действия все дальномеры поделены на активные и пассивные. К активным относятся: звуковые, лазерные и световые. К пассивным дальномерам: дальномеры, использующие оптический параллакс, (например дальномер-ный фотоаппарат) и дальномеры, использующие сопоставление объекта какому-либо образцу.

В дальномерах активного типа расстояние определяю через измерение времени, за которое электромагнитные колебания проходят расстояния до объекта и обратно. Скорость распространения посланного сигнала (скорость света или звука) считается известной.

Принципиальные схемы интерференционных дальномеров строятся на простом и на дифференциальном способе измерения, который предложил У.О. Шварц (в работах [6, 7, 8] подробно рассмотрен вопрос чувствительности оптических интерферометров).

В основу работы дальномеров геометрического типа заложен измерительный треугольник, и вся система построена на его свойствах. Дальномеры геометрического типа разделены на дальномеры с базой в точке цели и на дальномеры с базой в приборе. [9, 10].

Измерение расстояний дальномерами пассивного типа основано на определении высоты h равнобедренного треугольника ЛВС, например по известной стороне ЛВ = I (базе) и противолежащему острому углу (3 (см. рис.). Одна из величин, I или р, обычно является постоянной, а другая - переменной (измеряемой). По этому признаку различают дальномеры с постоянным углом и дальномеры с постоянной базой.

На рис. АВ = l — расстояние между объективами дальномера (база дальномера); C - объект, до которого надо определить расстояние; h - расстояние между дальномером и объектом наблюдения.

Все виды дальномеров с базой в точке цели являются визуальными, дальномеры с базой в приборе - проекционными [11].

В дальномерах физического типа основным параметром является величина скорости распространения света или длинна его волны. В дальномерах геометрического типа, таких параметров два - это визирные направления, при помощи

с

Рис. Принцип измерения расстояния дальномером

которых определяется величина параллактического угла и соответственно базы. Данный вопрос подробно рассмотрен в работе [12].

Таблица

Принципы построения дальномеров

Методы взаимодействия пространства предметов с пространством изображений

Общий принцип построения дальномер

Измеряемые переменные параметры

Способ измерения переменного параметра

Дальномеры физического типа, использующие одно направление

Светолокацион-ные дальномеры. Основным параметром является скорость распространения света

Амплитуда, частота или модуляция света

Непрерывная модуляция

Прерывистая или импульсная модуляция

Интерференционные дальномеры. Основным параметром является длина волны света

Число волн света

Простой или абсолютный способ измерений с одной ветвью

Дифференциальный или относительный способ измерений с двумя ветвями

Дальномеры геометрического типа, использующие два направления

Дальномеры с базой в точке цели

База

Простой способ измерений, используемы в нитяном дальномере

Косвенный способ измерений, применяемый в дальномере с оптическим микрометром_

Параллактический угол

Прямой способ измерений, применяемый в дальномере с базной рейкой_

Косвенный способ измерений, применяемый в дальномере с тангенциальным винтом или с окулярным микрометром

Дальномеры базой в приборе

Обе базы одновременно

Косвенный способ измерений, применяемый в дальномере с двумя штриховыми мерами (при приборе и в точке цели)_

Общий параллактический угол

Косвенный способ измерений, применяемый в дальномере с оптическим микрометром

с

Два направления, которые составляют параллактический угол, устанавливаются последовательно во времени по системе одинарного изображения и параллельно одновременно по системе двойного изображения. При создании новых модификаций прибора, первоочередное значение имеет число определяе-

мых параметров и характер их взаимосвязи, определяемый видом соединения -параллельный или последовательный [13]. Следующей величиной, которую следует учитывать - визирные направления[14] измерения.

Использование в дальномере геометрического типа третьего направления, он из оптического компенсатора преобразуется в оптический микрометр, который позволит производить измерения по двойному параллактическому углу, контролировать точность измерения угла [15].

Четыре направления (два параллактических угла) позволяют измерять отрезки, расположенные в плоскости цели, отбросив расстояние между целью и прибором. Зная соотношение между двумя углами и хорду, стягивающую второй угол. Применение двух параллактических углов и одного известного отрезка в плоскости цели, дает возможность производить измерения других отрезков в той же плоскости, независимо от расстояния этой плоскости от средства измерения [16, 17].

На основании выше изложенного можно сделать вывод, что наибольший интерес представляют оптические дальномеры как наиболее простые в конструкции и надежные в работе приборы в области геодезии.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кузнецов М. М., Комбаров М. С. Система технического зрения // ГЕО-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 5, ч. 1. - С. 166-167.

2. Комбаров М. С, Кузнецов М. М. Перспективы развития оптико-электронных измерительных приборов на российском рынке // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2013. IX Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2013» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 15-26 апреля 2013 г.). - Новосибирск: СГГА, 2013. Т. 1. - С. 290-292.

3. Системы оптической локации технологического контроля интегральных схем : монография / М. Я. Воронин, И. Н. Карманов, М. М. Кузнецов, И. В. Лесных, А. В. Синельников; под общ. ред. М. Я. Воронина. - Новосибирск: СГГА, 2013. -239 с.

4. Грейм И. А. Оптические дальномеры и высотомеры геометрического типа. - М., Недра, 1983. - 320 с.

5. Пащенков В. З. Радио- и светодальномеры. 2-е изд., перераб. и доп. - М., Недра, 1980, 333с.

6. Носков М. Ф., Кузнецов М. М. Двухлучевой интерферометр повышенной чувствительности для регистрации сверхмалых подвижек тектонических плит // Известия вузов. Горный журнал. - 2007. - № 4. - С. 58-61.

7. Носков М. Ф., Кузнецов М. М. Чувствительность оптических интерферометров // Естественные и технические науки. - 2009. - № 2(40). - С. 302-305.

8. Кузнецов М. М., Носков М. Ф. Метод выделения экстремумов полос путем нелинейной фоторегистрации интерференционной картины // ГЕ0-Сибирь-2009. V Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 20-24 апреля 2009 г.). - Новосибирск: СГГА, 2009. Т. 5, ч. 2. - С. 185-187.

9. Новиков Ю. П. О повышении точности определения расстояния дальномером ОДД // Геодезия и картография. - 1971. - № 4. - С. 42-45.

10. Колков Д. Д. Влияние внешних условий на при измерениях оптическими дальномерами Д-54 и Д-59 // Геодезия и картография. - 1966. - № 2. - С. 24-29.

11. Грубер О. Отическое измерение длин и полигонометрия. М., Углетехиздат,1959

12. Ильин Н. С., Грейм И. А. Исследование вертикальной дифференциальной рефракции в приземном слое атмосферы. - Труды ОМСХИ, т.80, 1972, с.80-88.

13. Деймлих Ф. Геодезическое инструментоведение. М., Недра, 1970.

14. Захаров А. И. Новые теодолиты и оптические дальномеры, М., Недра, 1973.

15. Захаров А. И., Зуйков И. И. Теодолиты средней точности и оптические дальномеры. М., Недра, 1965.

16. Грейм И. А., Махов Е. М. Разделение поля зрения в оптических системах двойного изображения. - Оптико-механическая промышленность, 1967, №8, с.20-22.

17. Чуриловский В. Н. Теория оптических приборов. Л., Машиностроение, 1966.

© А. А. Марач, М. М. Кузнецов, В. В. Коваленко, 2015