Устройства для измерения расстояний. Измерение длин и расстояний. Дальномеры Каким прибором измеряется расстояние

10.02.2024

Когда люди проходят мимо геодезистов, работающих на улицах, стройках, на садовых участках, многие задаются вопросом- а что это за «тренога» такая, куда посмотреть в прибор, а что я там увижу? Как называется этот прибор, и зачем он здесь стоит? Часто-это праздное любопытство. Иногда просто пытаются вникнуть и понять, как это действует и что меряет. Некоторые просто работают в смежных отраслях и хотят расширить свой кругозор.

Существуют очень сложные системы и сверхточные приборы, которые редко используются, и в обычной жизни инженера Вы с ними не встретитесь. Попробуем вкратце рассказать про приборы, которые, в основном, используют геодезисты в прикладной геодезии. Про те штативы и «палочки», с которыми ходят геодезисты.

»

Небольшой исторический очерк

Известный российский профессор-геодезист, который жил и работал на рубеже XIX и XX столетий, генерал-лейтенант Василий Васильевич Витковский свою специальность называл одной из самых полезных областей знания. По его мнению, изучать форму и поверхность Земли человечеству необходимо настолько же, насколько каждому из нас - в подробностях узнать собственный дом.

Неудивительно, что геодезия всё время развивается и уже давно нацелилась не только на нашу отдельную планету, а и на всю Солнечную систему и даже галактику в перспективе. Вместе с развитием цивилизации эта наука очень усложнилась, разделилась на несколько дисциплин - и, естественно, начала ставить перед собой и решать всё более сложные задачи. Причём как теоретические по причине роста количества и масштабов исследований, так и практические - из-за увеличения числа уникальных инженерных конструкций и сооружений. Это не могло не привести, с одной стороны к повышению требований к точности измерений, а с другой - к усложнению оборудования. Особенно сильно это стало заметно в последние 10-20 лет в связи со стремительным развитием электроники и началом широкого применения лазеров.

Подробнее про геодезию, как науку можно узнать в , посвященной этой познавательной теме.

Что измеряют геодезические приборы:

Измерение расстояний

Самая простая геодезическая задача - это измерение длины линии. Ленты и рулетки, длинномеры и геометрического типа дальномеры - это приборы, с помощью которых измеряют короткие линии со сравнительно невысокой точностью. А вот если речь идёт об измерениях высокоточных или базисных, а также о значительных расстояниях, понадобится уже дальномер - световой, электромагнитный, радиоволновый или лазерный. Особенно распространены такие приборы в космической и морской геодезии.

Измерение превышений

Для измерения высот и их разницы используются нивелиры и профилографы. Нивелиры используют вместе со специальными нивелирными рейками. Существуют оптические, цифровые и лазерные нивелиры. Причём последние нельзя путать с просто лазерными уровнями, которые отличаются не только конструктивно, но и по обеспечению точности.

Измерение углов

Измерение углов очень долго обеспечивалось с помощью довольно простых инструментов

- транспортиров, экеров и эклиметров. Более сложным прибором является буссоль - подвид компаса, которым можно измерить магнитный азимут, то есть угол, на который линия отклоняется от направления на север магнитного меридиана. Основной современный прибор для измерения углов - это теодолит, довольно сложный оптический прибор, позволяющий добиваться очень высокой точности измерений.

Определение местоположения

В стародавние времена определение местоположения больше всего волновало моряков — спросить не у кого, да и сухопутных ориентиров практически нет. Было создано много специфических приборов для навигации и определения широты своего местоположения -астролябия, секстант, квадрант и другие раритеты. В настоящее время никого не удивишь «навигаторами» на различных электронных устройствах. Это стало возможно с появлением специальных навигационных спутников, которые дают возможность определения непосредственно местоположения объекта на местности.

Давно не секрет — прогресс не стоит на месте. Время, когда измеряли все эти величины по отдельности, да еще и «дедовскими» приборами, ушло безвозвратно в прошлое. В рамках этой статьи не будем рассматривать буссоли, кипрегели и стальные рулетки- только актуальное и наиболее распространенное геодезическое оборудование.

Каждая уважающая себя геодезическая бригада в составе 2-4 человек, чтобы справиться практически с любыми инженерно-геодезическими изысканиями, должна иметь следующие приборы:

.

Понятное дело, измерять углы, длины и высоты разными приборами - не слишком удобно и довольно долго к тому же. Поэтому для тех случаев, когда нужно проводить несколько типов измерений, существуют приборы комбинированные, такие как тахеометр. Это наиболее современный электронно-оптический прибор, который позволяет измерять любые длины, разницы высот и горизонтальные углы.

В большинстве случаев этого прибора достаточно для фиксации всех необходимых измерений на объекте, при условии, что точность прибора соответствует виду работ. Именно подобные приборы, в большинстве своем, Вы можете видеть на стройплощадках, на участках соседей и вдоль дорог нашей страны. на данном этапе развития технологий являются наиболее востребованными и универсальными приборами для проведения геодезических измерений.

Во многих случаях нет необходимости в более громоздких и намного более дорогих и сложных в использовании тахеометрах. В строительстве зданий, дорог и других сооружений после планового определения местоположения объекта нужно лишь контролировать высоту, уровень и вертикальность поверхностей. С этими функциями легко справляется нивелир. Его основная задача — измерять превышения между объектами. Бывают нивелиры электронные, оптические, лазерные, с автоустановкой и прочие. Во многих случаях нивелиры использовать удобнее и целесообразнее —например, при наблюдении за осадками зданий и сооружений используются высокоточные нивелиры с автоустановкой, нежели тахеометры- опять же из-за дороговизны последних . Подводя некую черту по использованию , можно сказать, что чаще всего они используются непосредственно в процессе строительства из- за простоты использования и относительной дешевизны.

-GPS оборудование

GPS модули или приемники сопутствуют нам в повседневной жизни в наших телефонах, навигаторах, планшетах и т.д. Они призваны помочь нам сориентироваться на местности и не потеряться в городских джунглях. Однако они имеют мало общего с геодезическим GPS оборудованием.

Геодезистам эти приборы нужны не для ориентирования на местности, а для точного определения местоположения «тарелки» (обычно такой формы придерживаются производители GPS приемников). Погрешность обычно составляет 0,5-2 сантиметра относительно ближайшего пункта Государственной Геодезической Сети (ГГС). В то время, как обычные навигаторы дают ошибку местоположения около 10-20 метров, что в работе геодезиста недопустимо. Но есть множество факторов, которые весьма часто негативно влияют на величину погрешности геодезических . Поэтому недостаточно просто приобрести дорогостоящую «тарелку», и начать определять местоположение соседних заборов, например, как обычным навигатором. Без должной калибровки и последующей обработки измерений ничего не выйдет.

В общем, если увидите геодезиста с «тарелкой» на вешке, знайте- он определяет точное местоположение точки, над которой стоит приемник.

Очень простой инструмент геодезиста. Многие сталкивались со штативами при съемках фотографий или фильмов с использованием профессионального оборудования. Геодезисты также пользуются специальным оборудованием, которое без штативов обойтись не может. От остальных геодезические отличаются в основном простотой конструкции, неприхотливостью в использовании и «неубиваемостью». Ведь работать приходится совсем не в идеальных условиях. Основная задача геодезического штатива- неподвижно зафиксировать прибор, который на него устанавливается. На штатив сначала ставится трегер- специальное устройство для центрирования над определенной точкой при необходимости и горизонтирования прибора. Потом уже ставится прибор-тахеометр, нивелир и т.д. Различают деревянные, металлические и штативы из композитных материалов. В последнее время самыми «продвинутыми» являются штативы из фибергласса. Они очень легкие, прочные..но пока что неоправданно дорогие.

-Вешка

Тоже достаточно простой геодезический инструмент. Выглядит как круглая палка высотой около 1.8м. Однако многие вешки раздвигаются и могут иметь высоту до 6 метров. Наверху может находиться как отражатель, так и GPS приемник. Отражатель может быть разной формы и конструкции. Главная его задача- отражать сигнал, посланный дальномером. Его особенностью является то, что луч/сигнал, приходящий с прибора-измерителя отражается точно обратно.

В конечном итоге-там где находится отражатель или приемник на геодезической вешке происходит определение местоположения измеряемой точки.

Появилась относительно недавно в геодезических бригадах, так как раньше была довольно дорога и сложна в использовании. И по сей день не является единственным прибором для измерения непосредственно расстояний на объекте. Удобно использовать на коротких расстояниях и в помещениях. В уличных условиях применяется не часто, так как необходимо иметь поверхность, на которую можно навести лазерный луч. Также минус многих моделей без оптического визира- плохая видимость лазерной точки на ярко освещенных поверхностях.

Ввиду этого, сейчас все еще достаточно часто приходится использовать стальные рулетки длиной до 50м. Большей длины не выпускают, поэтому расстояния более 50 метров являются источниками ошибок из-за нескольких этапов измерений. Измерения нужно проводить вдвоем, да и провис ленты доставляет некоторую ошибку в измерения.

В итоге лазерные рулетки используются повсеместно кадастровыми инженерами и геодезистами в тех случаях, когда это целесообразно и возможно. В остальных случаях выручает старая-добрая стальная рулетка.

Прибор, сопутствующий инженерно-геодезическим изысканиям для нанесения подземных коммуникаций на план. Часто в комплект входит генератор, который устанавливается на коммуникацию в ее видимой части. Он генерирует вибрации, которые фиксирует приемник. После обнаружения поворотных точек коммуникации- их наносят на геоподоснову или . Кабелеискатель также может измерить глубину залегания коммуникации с точностью до 0.05м.

Мы рассказали Вам вкратце о геодезических приборах и инструментах, необходимых в прикладной геодезии. Надеемся, что помогли разобраться в тонкостях штативов и «палочек» с которыми работают люди, именующие себя геодезистами.

Полезные статьи:

Дальномер – один из самых необходимых инструментов в арсенале строителя – без него невозможно определить размеры габаритных предметов, расстояния, параметры сооружений. Но это не единственная область применения измерительного прибора – устройства задействуют в различных сферах науки и хозяйственной деятельности. Сегодня используют различные виды электронных рулеток. Прежде чем выбрать инструмент, изучите их особенности, принципы работы, возможности и познакомьтесь с популярными моделями.

Узнав о всех преимуществах, не спешите бежать в магазин за покупкой первого, попавшегося на глаза. Первым делом нужно выяснить, для чего нужен дальномер, где его применяют и каковы его разновидности по типу действия.

Лазерная рулетка в действии

Область применения и основные преимущества

Для начала стоит свериться с толковым словарем и уточнить, что же собой представляет это устройство. Дальномер – измерительный прибор, который применяют для определения расстояния до выбранной цели, то есть, насколько далеко находится объект.

Область применения достаточно широка. Дальномер используют:

в геодезических работах;
разметке на стройплощадке;
военном деле;
мореходстве;
фотографии;
астрономии;
и других областях.

В строительстве чаще всего применяют простой в работе дальномер – лазерный. Этот прибор постепенно переходит из разряда сугубо профессиональных в обязательный набор инструментов строителя. Несмотря на довольно высокий ценник, преимущества этого устройства полностью его оправдывают:

точность показаний;
скорость измерения;
удобство работы.

Быстрые замеры на расстоянии

Классификация по типу работы

По типу работы разделяют две категории дальномеров: активного и пассивного типов. Активный оснащен излучателем и приемником звуковых или световых волн (в зависимости от модели). Устройство подает сигнал, он отражается от объекта и возвращается обратно. Учитывая время, которое было затрачено на путь сигнала туда и обратно, а также его характеристики, прибор вычисляет расстояние до цели.

К приборам измерения расстояния активного типа относят:

звуковые;
световые;
лазерные дальномеры.

Пассивный тип определения дальности присущ:

оптическому;
нитяному дальномеру.

Применение в ремонтных работах

Здесь все построено на геометрии. Прибор производит вычисление высоты им самим построенного равнобедренного треугольника и на основании этого значения выдает данные о расстоянии до объекта.

Виды и принцип работы инструмента

Несмотря на объединяющее понятие «дальномер», каждый отдельный тип вычисляет расстояние разными методами. Выделяют:

ультразвуковой;
фазовый лазерный;
импульсный лазерный;
оптический;
оптический нитяной типы.

Измеритель на основе ультразвука

Самым грубым для измерения расстояния активного типа является ультразвуковой прибор. В основе его работы лежит принцип эхо-локации, которым пользуются даже некоторые животные, например, дельфины. Устройство создает звуковой импульс и улавливает эхо – звуковые волны, которые отражаются от объекта.

Для точности измерения используется звук высокого диапазона частот – 40 кГц. Поскольку скорость звука известна, а время его движения несложно измерить, остается вычислить только расстояние, что и делает ультразвуковой дальномер.

Простая модель на основе ультразвукового датчика

Измерение при помощи лазерного импульса

Если тот же метод применить со световым импульсом, получится точный лазерный дальномер импульсного типа. Дело в том, что скорость света настолько высока (300 000 км/с), что для небольших расстояний, которые измеряются в строительстве (20, 30, 50 м), речь идет о долях наносекунд. Измерить время с такой точностью очень сложно.

Главное преимущество такого устройства – оно посылает короткие световые импульсы, а не постоянный луч. Это значит, что можно использовать лазер высокой мощности. Такой мощный импульс может без особых сложностей «слетать» туда и обратно на расстояние 100 км за доли секунд. Это свойство применяется чаще всего в военной отрасли, а сам прибор стоит гораздо дороже аналогов.

Как работает лазерный импульс

Измерение по сдвигу фазы инфракрасного луча

Принцип работы лазерного дальномера фазового типа основан на сравнении и определении сдвига фазы световой волны. Устройство генерирует световой луч инфракрасного спектра. Луч движется с известной скоростью до цели измерения, отражается и возвращается. Инструмент сравнивает фазу световой волны в начале движения и в конце. Замер производится дважды, после чего устройство выдает результат в метрах.

Одно из преимуществ такого вида измерителей расстояния – цена. Они значительно дешевле импульсных, ведь нет необходимости оборудовать лазерную рулетку сверхточным и дорогостоящим секундомером. Кроме того, при фазовом методе погрешность составляет не больше половины фазы, то есть меньше миллиметра. Это поразительный результат, однако есть у этого устройства и недостатки.

Фазовая лазерная модель

Так как светить приходится не короткими импульсами, а постоянно на протяжении всего измерения, установить мощный лазер не получится. А это значит, что на дальние расстояния устройство не применяется. Однако для строительства дальности его действия более чем достаточно.

Измерение оптическим способом

Оптический дальномер применяется по большей части в геодезии, топографических работах, навигации, фотографии. Он работает по пассивному типу, основываясь на теореме Пифагора. Принцип работы такого прибора тяжело описать на пальцах.

Военный дальномер

Он основан на построении равнобедренного (для стереоскопичечских устройств с двумя окулярами) или прямоугольного (для монокулярных) треугольника и вычислении математическим путем его высоты. Вершиной треугольника является точка, расстояние до которой нужно измерить. Наводка осуществляется вручную.

В некоторых дальномерах нужно сопоставить две части изображения для настройки, в других – устранить двоение картинки. Так или иначе, главным датчиком является человеческий глаз, поэтому погрешность неизбежна.

Схема прибора

Измерение при помощи натянутых нитей

Нитяной дальномер – еще один оптический прибор для измерения расстояния до объекта. Он тоже работает, основываясь на геометрических вычислениях. Для измерения дальности нужна специальная дальномерная рейка – длинная «линейка» с нанесенной разметкой. Расстояние между делениями 2 см. Рейка устанавливается в точке, до которой нужно измерить расстояние.

Внутри зрительной трубы натянуты тонкие нити. Дальномер и рейка выставляются строго по уровню, так, чтобы нулевая отметка обоих была на одной высоте. Далее в линзу смотрит геодезист и считает, сколько делений по 2 см помещаются между натянутыми нитями. Таким образом, строится треугольник с вершиной в фокусе линз прибора.

Длина высоты этого треугольника + фокусное расстояние будут равняться расстоянию между выбранными точками. Такой тип дальномера часто встречается в теодолитах разных моделей.

То, что видит геодезист в глазок

Как пользоваться электронной рулеткой

Чаще всего в продаже встречаются лазерные рулетки или ультразвуковые измерительные приборы с лазерной указкой. Существенной разницы в правилах эксплуатации нет. Если вам нужно получить точные данные о результатах замеров, все измерения нужно производить в строго установленном порядке, придерживаясь инструкции. Если вам предстоит работать с дальномером в помещении, то сложности это не представляет.

Включите прибор.
Выберите нужные настройки: режим работы (простые измерения, вычисления площади, формулы Пифагора, непрерывное измерение, минимальное/максимальное значение или другое), единицы измерения.
Установите дальномер по уровню в точке отсчета.
Проведите замеры, результаты получите на дисплее.

Принцип измерения

Немного сложнее работать с лазерной рулеткой в условиях стройплощадки. На солнце инфракрасный луч плохо видно. Многие используют специальные очки, которые улучшают видимость в инфракрасном спектре.

Если измерения проводятся на больших расстояниях, в солнечный день, да и сам объект выполнен из светопоглощающих материалов, не обойтись без отражающей пластины. Хорошо, когда она есть в комплекте, но это случается редко, чаще ее приходится докупать отдельно.

У пластины две стороны, и они разные по назначению. Светлая служит отражателем при дальности замеров до 30 м, красная – на больших расстояниях.

Опять же, при большой дальности не рекомендуется работать на весу. Лучше, а иногда просто обязательно, пользоваться штативом. Следует соблюдать меры предосторожности при работе с лазерными приборами. Никогда не светите лазером в глаза себе или другим людям, это может вызвать серьезную травму сетчатки глаза.

Правила выбора лазерной рулетки

Чтобы не прогадать с выбором, нужно ознакомиться с главными параметрами и узнать, какими функциями могут быть оснащены такие устройства.

Лазерная рулетка удобнее обычной

Какие параметры важно учитывать

Выбрать электронный дальномер не так просто, как может показаться. Есть ряд параметров, которые должны вас устраивать. Эти критерии являются основополагающими при выборе устройства для измерения дальности:

Класс. Выделяют два класса электронных рулеток: бытовые или профессиональные. Разница между ними заключается в расширенном функционале у профессиональных моделей, надежности и, разумеется, стоимости.
Точность. Самый главный критерий, на который стоит обратить внимание в магазине – точность. Допускается небольшая погрешность в пределах 2-3 мм на каждый метр.
Дальность. В зависимости от мощности лазера допустимая дальность измерения меняется. Инструменты маленькой дальности (от 20 м) пригодны для использования в помещении, для ремонтных работ и замеров небольших предметов. Для работы на стройплощадке желательно обзавестись рулеткой от 40 м.
Надежность. Стройплощадка – не самое безопасное место. Пыль, грязь, вода – все это в избытке присутствует на стройке. Чтобы не повредить дорогую технику, желательно не только следить и ухаживать за ней, но и выбрать такой прибор, который будет оснащен пыле- и водозащитой корпуса. В технических характеристиках этот показатель обозначается аббревиатурой IP. Значение IP не должно быть ниже 54.
Время автономной работы. Поскольку прибор электронный, то ему требуется питание. Нужно учитывать, от какого элемента питания работает устройство, какая его емкость и как долго рулетка сможет непрерывно действовать без замены батареек или зарядки аккумуляторов.

Принцип косвенных вычислений

Дополнительный функционал – полезные опции

Помимо основных параметров, от которых напрямую зависит качество электронного измерения расстояния, существует ряд дополнительных функций, которые делаю работу проще и комфортнее:

Многие дальномеры могут производить несложные вычисления: площадь прямоугольника, объем помещения, сложение и вычитание площадей и другие. Для этого нужно сделать замер в нескольких контрольных точках.
Хорошо, когда модель умеет запоминать несколько последних значений, это избавит от необходимости записывать.
Более продвинутый электронный дальномер имеет функцию вычисления по теореме Пифагора. Это очень пригодится, если вам нужно измерить, например, высоту здания, не приближаясь к нему. Замер производится по двум точкам – верхней и нижней.
Откидная скоба или пятка дает возможность замерять расстояние в труднодоступных местах. Скобу можно выставить в одно из двух положений: перпендикулярно или параллельно. Некоторые модели автоматически переключаются в режим скобы, когда она откинута. Другие нужно переключать вручную.
Иногда на глаз сложно определить, какая точка является наиболее удаленной или максимально приближенной, электронная рулетка сможет определить соответственно максимальное или минимальное значение из полученных. Пригодится для вычисления диагонали помещения или для вычислений по формулам Пифагора.
В условиях хорошей освещенности на улице точку, куда указывает рулетка, не всегда видно невооруженным глазом. Профессиональные электронные дальномеры оснащены специальным оптическим визиром, который позволяет рассмотреть лазер издалека. Дорогие модели имеют цифровой визир с дисплеем, на котором изображено, куда указывает рулетка.

Панель управления лазерной рулетки

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ

Измерения расстояний подразделяются на прямые и непрямые (например, с помощью дальномеров). Прямые измерения расстояний состоят в откладывании мерного прибора на измеряемых расстояниях и осуществляются с помощью мерных лент, рулеток, раньше с этой целью использовались также мерные проволоки и длинно-меры. Косвенные измерения заключаются в измерении других величин, связанных с измеряемым расстоянием некоторой функциональной зависимостью, и вычислении по ним значения расстояния.

Использовавшиеся ранее мерные инварные проволоки позволяли измерять расстояния с максимальной точностью до 1:1 500 000, но по причине чрезвычайно высокой трудоемкости подобного измерения расстояний в настоящее время они не применяются. Мерные ленты являются стальными, имеют длину 20 или 24 м и могут быть штриховыми и шкаловыми (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Мерная лента [а) и шпильки (б)

На концах лент имеются вырезы для шпилек. Метровые деления на лентах оцифрованы, полуметровые деления отмечены заклепками, а дециметровые - отверстиями, сантиметровые деления при измерении линий оцениваются на глаз. Шкаловые ленты на своих концах имеют шкалы с миллиметровыми делениями.

Рулетки могут иметь различную длину (от 2 до 100 м) и могут быть инварными, стальными или тесмяными, использование последних при производстве геодезических измерений не допускается.

Перед измерением линий ленты и рулетки обязательно должны быть прокомпарированы. Компарирование - сравнение длины мерного прибора с эталоном, длина которого известна с высокой точностью. В качестве эталонов используются компараторы или базисы. Компаратор - специальное устройство для сравнения длин мерных приборов. Компараторы могут быть лабораторные (на полу, на бетонных столбах, на полках вдоль стен) и полевые {базисы). На концах компараторов устраиваются шкалы с миллиметровыми делениями. Компарирование мерных приборов сводится к нескольким измерениям длины компаратора. В результате компари-рования должно быть получено уравнение мерного прибора (ленты или рулетки), имеющее вид

где / 0 - номинальная длина прибора ; А/ - поправка мерного прибора за компарирование ; / - фактическая длина прибора. Вычисление поправки мерного прибора за компарирование из нескольких измерений осуществляется по формуле

где О к - фактическое расстояние (длина компаратора); /) ср - среднее значение измеренного расстояния; п - число уложений мерного прибора по длине компаратора.

При компарировании мерных приборов обязательно осуществляется измерение температуры окружающего воздуха; результаты измерения длины компаратора и значения температуры фиксируются в специальном журнале. При отсутствии лабораторных или полевых компараторов компарирование может осуществляться сравнением с компарированным ранее мерным прибором.

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, 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 . 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.

Меряем дальность пассивными методами

Оптический дальномер может быть двух типов – стереоскопический и монокулярный. Несмотря на то, что они отличаются по конструкции деталей, основная схема у них одинаковая, кроме того, принципы работы идентичны. По двум известным углам треугольника, а также одной известной стороне определяется его неизвестная сторона. Два телескопа строят изображение объекта. Кажется, что объект наблюдается в разных направлениях. Кроме того, такие приборы могут быть как с полным наложением полей, так и с половинным – верхняя половина изображения от одного телескопа объединяется с нижней половиной другого.

Монокулярные модели являются разновидностью оптических, работают также по принципу совмещения изображений, очень часто встраиваются в фототехнику для получения более резкого изображения . Преимущества монокулярных дальномеров в том, что нет необходимости в точной горизонтальной наводке, а изображение при измерении смещается как в правом, так и в левом поле. К недостаткам монокулярных приборов относится высокая утомляемость оператора, так как работа производится одним глазом, также с ними практически невозможна работа с движущимися объектами, а объекту нужно иметь четкую образующую, которая расположена на девяносто градусов к линии раздела поля, иначе точность измерения значительно снизится.

Стереоскопические модели также являются разновидностью оптических, имеют двойную зрительную трубу. В фокальной плоскости находятся метки, и изображение объекта совмещается с изображением этих меток, расстояние полностью пропорционально смещению компенсатора. Основное преимущество стереоскопического инструмента над монокулярным – более точные измерения расстояния. Именно они используются для того, чтобы определить дальность, а также высоту полета и его угловые координаты. Самые мощные стереоскопические приборы способны работать на расстояния до 50 000 метров, что же касается измерения высоты, то здесь цифры немного меньше – до 20 000 метров.

Нитяной вариант измерителей дальности – самый простой вид инструмента подобного назначения, имеющий постоянный параллактический угол, именно поэтому можно сделать такой дальномер своими руками, если вдруг вам понадобилось измерить дальность, а бегать по магазинам нет времени, или жаль денег. Он может определять расстояния до 300 метров. В качестве базы у данного устройства используется нивелирная рейка, имеющая сантиметровое деление, а в поле зрения трубы видны специальные линии. Принцип работы: для точного определения расстояния подсчитывается число делений, которые находятся между линиями, а искомым, в конечном итоге, будет расстояние в метрах. Нитяной прибор имеет очень простую конструкцию и очень простой принцип работы, он также способен вычислить расстояние без особых погрешностей. Но электронный дальномер по своей точности всё-таки выигрывает.

Рулетки . Рулетки изготавливают из инвара, стали (нержавеющей) или с полиамидным покрытием, ткани - тесьмяные и фибергласса с капроновым кордом. В настоящее время все более широкое распространение находят лазерные рулетки с дальностью измерений до 100м и более. Стальные рулетки для предохранения от коррозии и истирания изготавливают с полиамидным покрытием. Рулетки выпускают длиной 1,2,5,10, 20,30,50 и 100м. Ширина полотна 10-12мм, толщина – 0,15 – 0,30мм на полотне стальной рулетки наносят штрихи (деления) через 1мм или только на первом дециметре, тогда остальную часть полотна размечают через 1см. Цифры подписывают у каждого дециметрового деления, а у дециметровых делений добавляют букву м - метры. Стальные рулетки выпускают с полотном, намотанным на крестовину (РК) или вилку (РВ) и в закрытом корпусе или футляре. Металлические рулетки 1м и2м делают изогнутыми по ширине – желобковыми (РЖ). Длинномерные рулетки (50м и100м) применяют в комплекте с динамометрами, обычно пружинными, обеспечивающими стандартное натяжение рулетки 100н или 10кг. Тесьмяные (или тесемочные) рулетки изготавливают из плотной ткани с металлическими, обычно медными, прожилками, пропитанной специальным составом и покрытой краской. Полотно тесьмяной рулетки разделено штрихами через 1см, подписаны дециметровые штрихи и выделены метровые. Их хранят свернутыми в пластмассовом корпусе. Ими пользуются для измерений не требующих высокой точности.

Землемерные ленты . Они представляют собой стальную полосу шириной 10-20мм, толщиной 0,4-0,5мм и длиной 20,24,и 50м. Их выпускают двух типов – штриховые (ЛЗ) и шкаловые (ЛЗШ).

Штриховая лента ЛЗ имеет на концах наклепанные латунные наконечники со скошенными вырезами, закругленными в конце. Ширина вырезов 5-6мм, соответствует диаметру шпильки (шпилька – металлический стержень из проволоки длиной 40-50см с заостренным концом и кольцом-ручкой на другом конце). Против центров закруглений вырезов перпендикулярно к продольной оси ленты нанесены штрихи, расстояние между ними соответствует номинальной длине ленты в метрах, подписанной на ней. Оканчивается лента ручками для переноса и натяжения ее при измерениях.

Рис.6.1. Штриховая мерная лента

Лента разделена на дециметровые отрезки пробитыми круглыми отверстиями по оси ленты. Полуметровые деления отмечены заклепками, а метровые – металлическими пластинками с цифрами метров. Оцифровка метров выполнена с двух сторон ленты: на одной стороне метры возрастают в прямом направлении от 1 до конца, а на другой в обратном направлении от 1 в конце до начала. Сумма чисел равна номинальной длине ленты. Отсчет по штриховой ленте берется визуально, с оценкой на глаз 0,1 доли наименьшего деления – дециметра, то есть до 1см. В нерабочем положении лента хранится намотанной на специальное кольцо. В комплект ленты ЛЗ входят 6 или11 шпилек. Они служат для фиксации уложенной на земле ленты. Их вставляют в вырезы уложенной на земле и натянутой ленты и втыкают в грунт. Расстояния такой лентой измеряют последовательной укладкой ее в створе линии на земле и фиксацией начального и конечного штрихов ленты шпильками, втыкаемыми в землю через вырезы на концах ее.

Процесс измерения . Измерение длины линии выполняют два человека – мерщики. Ленту разматывают с кольца так, чтобы оцифровка возрастала по ходу измерения. Используют 6 или 11 шпилек в зависимости от длины измеряемой линии, из них одна у заднего мерщика, остальные у переднего. Задний мерщик совмещает с началом линии нулевой штрих ленты и фиксирует ее, втыкая шпильку через вырез в землю. Передний мерщик растягивает ленту и по указанию заднего мерщика укладывает ее в створе измеряемой линии, затем встряхивает ленту, натягивает ее с усилием 5кг, вставляет шпильку в вырез на конце ее и втыкает в землю. Так фиксируется первое уложение ленты. Одно уложение ленты называется пролет. После этого передний мерщик снимает ленту со шпильки, оставляя ее в земле, а задний вытаскивает шпильку и оба переносят ленту в подвешенном положении вперед вдоль створа линии. Дойдя до передней шпильки задний мерщик вставляет вырез ленты на шпильку, затем ориентирует (направляет) переднего мерщика в створ. Передний мерщик, как и в первом пролете, фиксирует ленту воткнутой шпилькой. Затем работа продолжается в том же порядке, пока передний мерщик не выставит все 5 или10 шпилек, задействованных в измерении. У заднего мерщика окажется 5 или10 шпилек, а у переднего одна воткнутая в землю на конце ленты. Убедившись в наличии комплекта шпилек, задний мерщик передает переднему все собранные шпильки и записывает в журнал измерений одну передачу шпилек. При этом одна шпилька всегда должна оставаться воткнутой в землю, иначе процесс измерения прервется и измерения придется начинать заново. Измеренный отрезок будет равен 5 или 10 пролетам, что при использовании 20м ленты составит 100м или 200м. В конце линии, как правило, получается неполный пролет – остаток . Для его измерения ленту протягивают вперед от последней шпильки в полном пролете до конечной точки линии и отсчитывают по ленте целые метры и дециметры, а сантиметры оценивают на глаз. Результат записывают в журнал. Число шпилек у заднего мерщика соответствует числу уложений ленты от начала 100м или 200м отрезка линии. Вычисляют измеренную длину линии по формуле:

D’ = l o * (n – 1)*N + l o * n’ + r , где l o - номинальная длина ленты; n – число шпилек, участвующих в измерении (6 или 11) ; N - число передач шпилек; n’ –число шпилек у заднего мерщика после последней передачи их; r – остаток. Если используется 20м лента и 6 шпилек, то D’= 20 (n – 1) +20 n’+ r .

Для контроля и повышения точности линию измеряют второй раз, в обратном направлении. При этом мерщики меняются местами, а за начало принимают конечную точку линии.За окончательное значение принимают среднее арифметическое из прямого и обратного результатов измерений. D’cp = (D’пр + D’обр) /2. Вычисляют также относительную погрешность измерения как отношение разности прямого и обратного значения к их сумме: 1/N = (Dпр’ – Dобр’)/ (Dпр’ + Dобр’). Она должна быть меньше допустимой 1:2000. Если это требование не выполнено, то измерения повторяют.

Чтобы избежать грубых ошибок (просчетов) при измерениях необходимо принимать следующие меры: 1) подсчитывать сумму шпилек в руках у заднего и переднего мерщиков; 2) следить, чтобы при измерении остатка лента не была перекручена; 3) следить, чтобы при измерении остатка отсчет производился от заднего конца ленты.

Измерения считаются выполненными правильно, если вычисленная относительная погрешность не превышает допуск: 1/3000 при измерениях по твердому покрытию; 1/2000 при на ровной поверхности грунт; 1/1000 при неблагоприятных условиях измерений – болотистая, кочковатая, заросшая местность, либо измерения по снегу, пашне и т.п. Иногда допускается погрешность 1/800. В большинстве случаев допускают расхождение двух измерений из расчета 2см на каждое уложение 20м ленты. Ленты ЛЗ позволяют измерять длины линий с относительной ошибкой 1:2000 – 1:3000.

Шкаловая мерная лента ЛЗШ предназначена для измерения линий с более высокой точностью, чем штриховая. Она не разделена на метры и дециметры, а имеет только на концах 10-сантиметровые шкалы с миллиметровыми делениями. Номинальной длиной ленты является расстояние между нулевыми штрихами шкал. Измерение расстояний такой лентой производится путем отсчетов по задней З и передней П шкалам одновременно двумя мерщиками по команде: «отсчет». Остатки, превышающие 10см, измеряют стальной или инварной рулеткой. Для измерения ленту подвешивают на специальных блочных штативах с деревянными головками в створе измеряемой линии. Ленту натягивают через блоки динамометром или гирями. Перед взятием отсчетов в головки штативов втыкают тонкие иглы и измеряют температуру воздуха термометром-пращом для последующего введения поправки за температуру, принимая температуру ленты равной температуре окружающего воздуха. Длину измеренной линии D’ вычисляют по формуле: D’ = l * n + S(П – З) + r, где l – уравнение ленты; n – число уложений ленты; П и З - отсчеты по передней и задней шкалам; r – остаток. Шкаловая мерная лента обеспечивает точность измерения линий 1:5000.

Рис.6.2. Шкаловая мерная лента

Рулетками линии измеряют аналогично измерению штриховой лентой, но концы уложенной рулетки фиксируют более точно, иглами или остро заточенным карандашом.

Измеренную длину линии приводят к горизонту. Для этого в среднее значение измеренной линии вводят поправки за компарирование, за температуру и за наклон линии. Фактическая длина мерного прибора (ленты или рулетки) всегда отличается от номинальной, указанной на нем. Это обусловлено погрешностью нанесения штрихов, ограничивающих их длину; измерения производятся при температуре и натяжении мерного прибора отличающихся от тех, которые были при градуировке. Кроме того, от постоянного натяжения при измерениях мерные ленты, рулетки и проволоки с течением времени удлиняются. Поэтому при измерениях с относительной погрешностью 1: 1500 и выше необходимо учитывать разность между номинальной и фактической длиной мерного прибора, которую определяют компарированием. Компарированием называется сравнение рабочего мерного прибора с другим прибором – эталоном, длина которого известна с более высокой точностью. Наиболее просто компарирование производится, если рабочая и эталонная меры одинаковой номинальной длины. В этом случае оба мерных прибора укладывают на плоской поверхности (на полу) параллельно так, чтобы начальные штрихи располагались на одной линии. Натягивают приборы с одинаковой силой и металлической линейкой с миллиметровыми делениями измеряют расстояние между конечными штрихами, которое и будет поправкой за компарирование рабочего прибора. Поправка за компарирование мерного прибора равна разности длин рабочей и эталонной меры: Dlк =lр – lэ. Этот способ приближенный. Более точно фактическую длину мерного прибора определяют на специальных устройствах – компараторах , стационарных или полевых. Полевой компаратор представляет собой закрепленный на ровной местности базис длиной 120м разделенный через 20м и измеренный с высокой точностью. Компарирование производится путем измерения длины компаратора рабочим мерным прибором и сравнением результата D’с длиной компаратора D. Разность между ними, деленная на число уложений n мерного прибора, дает поправку за компарирование Dlк =(D’-D) / n = D’/n – D/n = lр – lэ при нормальной температуре t o (в РФ t o = +20 о С). Обычно длину мерного прибора выражают уравнением l = l o + Dlк +Dl t , где Dl t – поправка за температуру, которая вычисляется по формуле Dl t = a* l o (t - t o) , где a- коэффициент линейного расширения материала мерного прибора (для стали a = 0,000012); t - температура прибора при компарировании, t o - нормальная температура равная +20 о С.