Какие существуют косвенные методы измерения расстояний?

Нередко при проложении теодолитных ходов строны пересекают препятствия (реки, болота, и т.д.), через которые невозможно измерить линии лентой или рулеткой. Другие приборы (светодальномеры, радиодальномеры), которые по точности могли бы заменить рулетку отсутствуют.

а) в)

b)

Рис.6.4. Схемы определения неприступного расстояния между точками А и В

На рис. 6.4 а) приведен случай, наиболее часто встречающийся на практике при определении высоты сооружения, когда расстояние до него недоступно для непосредственного измерения. В этом случае длину линии АВ вычисляют по измеренному базису АС = b и двум углам α и β по теореме синусов

d_AB = b Sinα / Sin(α + β). (6.14)

Для контроля аналогичные измерения и вычисления выполняют в другом, примыкающем к первому, треугольнике. Если имеется возможность измерить третий угол треугольника γ, то такое измерение повышает точность вычисления стороны АВ. Угол γ не должен быть менее 30º и не более 120º. Расхождение между двумя результатами вычисления длины стороны не должно превышать в относительной мере требований к точности сторон в теодолитном ходе.

На рис.6.4 б) приведен случай, когда в створе измеряемой линии АВ расположено здание или какое-либо другое препятствие. В этом случае расстояние можно вычислить через измеренные длины линий треугольника (b₁ = АС и b₂ = ВС), а также угол β по формуле косинусов

d²_AB = b²₁ + b²₂ - 2b₁ b₂ Cos β. (6.15)

Для контроля расстояние АВ вычисляют из решения другого треугольника. Расхождение не должно превышать допусков, установленных для измерения линий в данном построении.

6.15. Расскажите о принципе измерения линий с помощью электромагнитных колебаний?

В настоящее время основными приборами для измерения длин линий являются светодальномеры и радиодальномеры. Принцип измерения длин линий этими приборами заключается в определении времени распространения электромагнитных волн вдоль трассы измеряемой линии. Для этого на одном конце измеряемой линии устанавливают приемно-передающее устройство, а на другом конце – отражатель. Электромагнитные колебания, формируемые генератором, направляются на отражатель, который в свою очередь направляет их в приемник. Если обозначить скорость распространения электромагнитных колебаний через υ, а время их прохождения от передатчика к приемнику через τ, то длина линии D равна

D = υ τ /2. (6.16)

В зависимости от несущей частоты, приборы подразделяются на светодальномеры и радиодальномеры.

Время τ прохождения световых волн от передатчика до отражателя и обратно может быть измерено или непосредственно или косвенным способом. В зависимости от этого различают импульсные и фазовые дальномеры. Но в любом случае одна часть одного и того же сигнала (опорный сигнал) от передатчика направляется сразу в приемник, а вторая часть (дистанционный) сюда же направляется после прохождения измеряемой линии в прямом и обратном направлениях. В приемнике опорный и дистанционный сигналы сравниваются по параметру, выбор которого определяет метод измерения расстояния.

Временной, связанный с импульсным излучением и измерением времени прохождения импульсом измеряемой линии прямо и обратно.

Фазовый, в котором используют непрерывное излучение с модуляцией гармоническим сигналом. Измеряют разности фаз излучаемых и принимаемых колебаний

Частотный, в котором применяют непрерывное или импульсное частотно-модулированное излучение. Измеряют в этом случае разности мгновенных частот, излучаемых и принимаемых колебаний.

6.16. Расскажите подробнее о фазовых светодальномерах?

Принцип работы фазовых светодальномеров основан на определении времени τ распространения электромагнитных колебаний косвенным путем, то есть измерением разности фаз незатухающих колебаний на нескольких диапазонах частот. Пусть генератор излучает колебания

φ = 2πƒ + φ_○. (6.17)

где φ_○ и φ – фазы гармонического колебания в начальный момент времени t.

На фазометр в момент времени t поступают колебания опорного сигнала в фазе

φ_оп = 2πƒ t + φ _○, (6.18)

и колебания, возвратившиеся от отражателя в фазе

φ_отр = 2πƒ(t-τ) + φ_○. (6.19)

Рис. 6.5. Схема измерения линии светодальномером

1 – генератор; 2 – приемник; 3 – фазометр; 4 – линия опорного сигнала; 5 – отражатель

Разность фаз опорного и дистанционного сигналов равна

Δφ = 2πƒτ. (6.20)

Откуда τ = Δφ / 2πƒ. (6.21)

Подставив в формулу (6.16) значение τ, получим

D = (λ/2) (N + Δ). (6.22)

Таким образом, для вычисления длины линии по формуле (6.22) необходимо измерить разность фаз и определить целое число периодов длин полуволн, укладывающихся в измеряемом расстоянии.

В современных светодальномерах управление, вычисление и контроль измерения выполняются микропроцессором по заданной программе. Измерение линий таким прибором состоит в установке над концами измеряемого отрезка светодальномера и отражателя, наведении светодальномера на отражатель и нажатия кнопки «пуск».