Дальномеры

Дальномер

ДАЛЬНОМЕРЫ, приборы для определения расстояния между двумя данными точками без непосредственного его измерения и вычисления, причем предполагается, что дальномер установлен в одной из них. Дальномеры применяются при геодезических работах в качестве навигационных инструментов на морских судах и в военном деле. Дальномеры могут быть разделены на следующие группы: акустические, оптические, горизонтально- и вертикальнобазные с базой на местности (механические дальномеры) и микрометры.

Акустические дальномеры. Действие акустических дальномеров основано на применении законов акустики. Первым и наиболее простым представителем этой группы является дальномер системы ле-Буланже.

Оптические дальномеры. Здесь задача определения расстояния сводится к решению прямоугольного треугольника (фиг. 1), одной из вершин которого служит удаленный предмет (цель) С, двумя же другими вершинами служат концы А и В базы дальномера. При этом считается, что база дальномера всегда расположена перпендикулярно к направлению на цель, т. е. угол А - всегда прямой; длина базы АВ между центрами объективов дальномера точно (до 0,1%) известна, и наблюдатель находится в точке А.

Задача определения расстояния сводится к решению прямоугольного треугольника

При наличии этих условий искомое расстояние АС до цели м. б. всегда определено из прямоугольного треугольника АВС, если известен один из острых углов. В целях достижения большей точности измеряется малый угол С = α при цели, т. н. параллактический угол (а не угол В, близкий к 90°), и расстояние определяется по элементарной формуле:

Dalnomery 2

Главной особенностью оптических дальномеров является способ измерения весьма малых углов с точностью, которая недостижима обычным механическим путем.

Профессора Барр и Струд первые разработали прибор, производящий измерение столь малых углов косвенным путем. Представим себе (фиг. 2), что по концам АВ базы дальномера установлены два зеркала аа и bb или две призмы с полным внутренним отражением, отражающие поверхности которых расположены точно под углом 45° к линии АВ базы. Примем, по указанному выше, что рассматриваемый предмет С всегда расположен на одном (левом) из лучей, идущих к концам базы. Если же этот предмет бесконечно далек, то лучи СА и С1В, идущие от него к концам базы, можно считать параллельными между собой и перпендикулярными к базе, почему и по отражении от концевых зеркал лучи эти пойдут вдоль базы АВ. Встретив на своем пути вторую (центральную) систему зеркал а'а' и b'b', соответственно параллельную первым (но в которой зеркало а'а' расположено ниже b'b'), лучи отразятся от них и пойдут так, что в окуляр Оk дальномера верхняя и нижняя половины предмета будут видны лежащими в одной вертикальной плоскости и представляющими точное продолжение одна другой (фиг. 2, D).

Дальномер

Если после этого наблюдаемый предмет придвинулся из бесконечности к наблюдателю, то правый луч С2В окажется наклоненным на некоторый угол С1ВС2 = α к своему первоначальному направлению С1В. Вследствие этого и отражение Вb' этого луча от правого концевого зеркала В пойдет не вдоль базы АВ, а несколько под углом к ней, вследствие чего и изображение в верхней половине поля зрения сдвинется относительно части предмета, видимой в нижней половине поля зрения, оставшейся неподвижной (фиг. 2, Е). Поместим в дальномер (фиг. 3) на пути правого луча, после его отражения от концевого зеркала bb, объектив О2 и призму Р, преломляющую луч к своему основанию вершиной к цели.

Дальномер

Перемещая, в соответствии с расстояниями от цели, призму Р между двумя крайними ее положениями посредством микрометрического винта, вращаемого от измерительного валика дальномера, можно добиться такого положения призмы Р, при котором правый преломленный луч упадет как раз на центр зеркала b'b' и, отразившись от него и пройдя через окуляр Оk, окажется в одной вертикальной плоскости с лучами, идущими от левого отражающего зеркала А. Тогда наблюдатель получит впечатление целого наблюдаемого предмета (например, мачты), верхняя и нижняя половина которого будут точно совпадать. Таким образом, всякому расстоянию до цели С будет соответствовать свое определенное положение призмы Р; величина Δ передвижения призмы Р характеризует собой расстояние цели от дальномера, сама же дистанция отсчитывается по шкале, которая связана с призмой и движется мимо неподвижного индекса. Так как ход призмы Р велик, то даже малое изменение параллактического угла выражается сравнительно большим и точно измеримым передвижением отклоняющей призмы. Фирма Цейсс в своих дальномерах применяет для отклонения правого луча не линейное передвижение одной отклоняющей призмы, а вращение одной отклоняющей призмы относительно другой. Оптические дальномеры делятся на два класса: монокулярные, основанные на зрении одним глазом, и бинокулярные (или стереоскопические) дальномеры, основанные на особенности видения обоими глазами.

Монокулярный дальномер состоит из наружного корпуса и внутреннего остова. Наружный корпус дальномера имеет вид длинной (до 10 м) трубы, расположенной горизонтально и вращающейся на штативе; он служит для защиты внутреннего остова; кроме того, на нем расположены окулярные части и валик, служащий для измерения расстояний. Внутренний остов заключает в себе всю важнейшую внутреннюю оптическую часть дальномера и его внутренний механизм. Оптика монокулярного дальномера была описана выше. Точность показаний дальномера выражается следующей формулой:

Точность показаний дальномера выражается следующей формулой

где ΔD - ошибка в дистанции (в м), D - дистанция (в м), В - величина базы дальномера (в м), w -линейное увеличение, Δδ - угловая ошибка сведения изображений, принимаемая равной 10". На практике величина Δδ изменяется в зависимости главным образом от степени обученности дальномерщика и от условий наблюдений (освещения и видимости предмета, отсутствия дрожания слоев воздуха и пр.). При наилучших условиях Δδ будет около 10", при плохих – 20…30", а в наиболее неблагоприятных случаях (туман, мгла и т. п.) может доходить до 40" (см. табл.).

Теоретические ошибки оптических дальномеров

Бинокулярный (стереоскопический) дальномер для процесса измерения расстояния требует работы обоих глаз одновременно. Как известно, стереоскопичность зрения, позволяющая воспринимать глубину пространства, происходит, во-первых, от того, что изображения одного и того же предмета на ретине обоих глаз не тождественны; во-вторых, при изменении расстояния r (фиг. 4) цели С от глаз А к В, меняется угол α между визирными линиями АС и ВС.

Бинокулярный (стереоскопический) дальномер

Эти изменения инстинктивно отмечаются глазами и вызывают стереоскопичность видения. Однако при очень малых углах α глаза теряют эту способность. Пределом α для хорошего дальномерщика можно считать 10". Расстояние b между глазами у различных лиц меняется в пределах от 58 до 72 мм; в среднем, b = 64 мм. Расстояние r0, при котором глазной параллакс α равен 10", называется радиусом стереоскопического зрения:

Радиус стереоскопического зрения

так как для расстояний, больших r0, все предметы кажутся одинаково удаленными; однако, с увеличением базы В радиус этот увеличивается как отношение расстояния В между объективами прибора к расстоянию b между глазами. Это отношение Р1 = B/b называется удельной пластикой прибора. При введении в прибор еще увеличения w, увеличиваются в w раз и предел глазного параллакса (10") и полная пластика прибора Р = w·B/b. Пусть АС (фиг. 5) стереоскопическая труба, у которой объективы O1, О2 с параллельными осями находятся на расстоянии В друг от друга (В - база инструмента).

Стереоскопическая труба

При помощи комбинаций из призм изображения оборачиваются и подводятся под окуляры Оk1 и Оk2, оси которых между собою параллельны и находятся на расстоянии глаз наблюдателя b друг от друга. Тогда, например, при базе инструмента В = 6,4 м и увеличении в 28 раз, полная пластика Р прибора будет:

Dalnomery 10

Вообразим, что в фокальных плоскостях трубок прибора помещены стереоскопические снимки с ряда вех, находящихся на определенных расстояниях от наблюдателя. Смотря в прибор, увидим, что вехи как бы уходят вглубь пространства, и сможем оценить удаление точек обозреваемого ландшафта в зависимости от того, близ которой из вех они придутся. Такой бинокль был в начале 90-х годов прошлого столетия предложен Грузильером в Германии (Шарлоттенбург). Идея Грузильера была практически осуществлена фирмой Цейсс при участии профессоров Аббе и Пульфриха, разработавших прототип современного стереодальномера. Теоретическая точность стереоскопического дальномера совпадает с таковой монокулярных, ибо в формуле ошибки величины предельного глубинного и бокового параллаксов совпадают, достигая у хороших дальномерщиков, примерно, 10". Преимущество стереоскопических дальномеров перед монокулярными несомненно: первые не требуют для наблюдения предметов с резко выраженными вертикальными контурами и, не искажая изображения предмета, позволяют лучше его наблюдать.

Горизонтальнобазные дальномеры с базой на местности основаны на механическом построении треугольника по известной стороне - базе АС (фиг. 6) и двум прилежащим    к ней углам А и С, причем остальные две стороны АВ и ВС и представляют собой в масштабе искомые расстояния от точек А и С до цели В.

Горизонтальнобазный дальномер с базой на местности

При этом углы А и С определяются с помощью угломеров, а величина базы, которая в целях точности выбирается возможно большей (несколько км), определяется для данного дальномера раз навсегда геодезически с большой точностью. Горизонтальнобазный береговой дальномер системы Лауница с телефонной передачей (фиг. 7) состоит из двух одинаковых отдельных угломеров, устанавливаемых по концам А и В большой горизонтальной базы и соединяемых между собой телефонными линиями.

Горизонтальнобазный береговой дальномер системы Лауница с телефонной передачей

Каждый угломер состоит из горизонтального лимба l, зрительной трубы t, могущей вращаться вокруг центра лимба (A и В), базисного бруска (Аb и аВ) и трех линеек: дистанционной d, засекающей е и вспомогательной f. Базисный брусок Аb и аВ закрепляется неподвижно по нулевому диаметру лимба, справа или слева от его центра, в зависимости от расположения вспомогательного наблюдательного пункта В относительно главного А, от которого и определяют расстояние до цели. Линейки, дальномерная d и вспомогательная f, могут вращаться вокруг центра лимба (A и В), засекающая же линейка е (соединенная всегда параллельно вспомогательной) вращается вокруг той точки (b или а) базисного бруска, которая изображает на нем точку стояния второго угломера. Расстояния определяются по способу засечек, причем направление визирного луча со вспомогательного пункта В (выраженное в делениях угломера) передается по телефону на главный прибор A, после чего на нем строится треугольник Аcb, подобный треугольнику АСВ на местности, и расстояние AС до цели отсчитывается по шкале дистанционной линейки d в месте ее пересечения засекающей е. При стрельбе по движущейся цели нужно знать расстояние не для момента дальномерного определения, а последующего падения снарядов. Исправление направления зрительных труб производится автоматически посредством так называемых упредительных механизмов. Горизонтальные дальномеры с большой базой отличаются по сравнению с оптическими большей точностью, но обладают некоторыми недостатками, главными из коих являются длительность и ненадежность передачи по телефону. Во избежание этого недостатка, телефонная передача установки засекающей линейки вспомогательного угломера на главный заменена электромеханической передачей, при которой засекающая линейка главного прибора движется синхронно с визирной трубкой бокового наблюдателя (французская система Ривальса; итальянская - Браччиалини; русская - Петрушевского и де-Шарьера). Наибольшая дистанция, определяемая горизонтальнобазным дальномером с достаточной для боевых целей точностью, равна приблизительно учетверенной длине базы.

Вертикальнобазные дальномеры с базой на местности. Определение дистанции сводится к решению прямоугольного треугольника АВС на местности (фиг. 8) по известным катету АВ (высота стояния дальномера) и углу α при цели, по формуле D = AB ctg α.

Вертикальнобазный дальномер с базой на местности

Высота стояния дальномера над уровнем моря определяется геодезически и является т. о. постоянной. При наличии сильных приливов и отливов, резко изменяющих высоту стояния дальномера, последняя все время указывается особым прибором и при пользовании дальномером устанавливается соответственно данному моменту. Величина угла α представляет собой наклон визира относительно горизонтальной линии. Для автоматизации решения визирная труба движется по криволинейным направляющим, причем угол наклона α, а, следовательно, и дистанция, определяются непосредственно по положению трубы и отсчитываются на шкале, нанесенной на направляющих. Прибор дает хорошие, в смысле точности, показания при большой высоте базы. Наличие сильных приливов и отливов, особенно при малой высоте стояния дальномера, равно как и колебания рефракции, значительно уменьшают точность показаний. Величина наибольшей дальности в км, измеряемой с достаточной для боевых целей точностью, равняется высоте базы, выражаемой в метрах, деленной на 4.

Микрометры, тип дальномеров, которые собственно измеряют только угол α, под которым видна база (параллактический угол), величина же самого расстояния получается из прямоугольного треугольника АBC (фиг. 9) по формуле: D = h ctg α при известной высоте h вертикальной базы цели.

Микрометры, тип дальномеров, которые собственно измеряют только угол α, под которым видна база (параллактический угол)

Микрометр представляет собой обыкновенную зрительную трубу, объектив которой распилен по вертикали пополам; обе половины его могут двигаться по вертикали независимо одна от другой, давая каждая свое изображение цели. Процесс измерения состоит в следующем.

Сначала на особой шкале с надписью «высота цели» устанавливают высоту цели. Затем, наведя прибор на цель, вращают измерительный винт до тех пор, пока оба изображения цели, передвигаясь по вертикали, не станут точно одно над другим, касаясь друг друга, как показано на фиг. 10.

Dalnomery 15

Подобным совмещением измеряется параллактический угол α, а само расстояние читается на соответственной шкале. Таково устройство микрометров системы Люжаля, Мякишева, Фюсса. В микрометре системы Крылова возможно еще и боковое смещение изображений. Это обстоятельство важно с точки зрения подбора и возможности совмещения наиболее резко видимых точек изображения, например, вершин мачт со срезом башен (фиг. 11), что неосуществимо в микрометрах других систем.

В микрометре системы Крылова возможно еще и боковое смещение изображений

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 6 - 1929 г.

 

Еще по теме: