ДАЛЬНОМЕР Советский патент 1928 года по МПК G01C3/22 

При помощи предлагаемого дальномера можно определять расстояние как от наблюдательного пункта, расположенного на значительной высоте на берегу, до плавающей на поверхности моря цели, так и от произвольно расположенного наблюдательного пункта. В первом случае измерительным базисом служит высота наблюдательного пункта над уровнем моря, во втором - некоторая известная высота, находящаяся у визируемого об′екта.

При поворачивании особого кулачного диска с криволинейными краями, радиусы-векторы которого суть показательные функции углов поворота этого диска, угол наклона зрительной трубы, качающейся в вертикальной плоскости, изменяется так, что, при установке визирования, расстояние до визируемого предмета может быть непосредственно отсчитано по неподвижному указателю на логарифмически разделенной шкале, соединенной с упомянутым кулачным диском. При этом, кроме того, учитываются влияния кривизны земной поверхности и средней рефракции, тогда как при незначительных высотах точек стояния предлагаемое изобретение может применяться в качестве дальномера «с базисом у визируемого об′екта», т.-е. по известным высотам визируемых предметов. Для этого, как при установке угла визирования (когда базисом является высота над уровнем моря), так и при установке угла стеклянного клина (когда базисом служит высота визируемого предмета) применяется кулачный диск, служащий упором для зрительной трубы. Радиусы-векторы этого диска являются показательными функциями углов его поворота, так что расстояния отсчитываются не на равномерном делении круга, как у известных дальномеров этого рода, а на логарифмическом, при чем последнее, при надлежащем выборе соотношения делений, может быть использовано и как шкала для отсчета высот при целесообразно уменьшенной единице длины, если не желают применять специальной шкалы для отсчета высот. Для учета влияния кривизны земной поверхности и среднего преломления лучей, это деление круга соединено неизменно с вторым кулачным диском, который по отношению к первому диску может поворачиваться и устанавливаться по особому указателю, в каждом отдельном случае, на высоту точки стояния и закрепляться в этом положении. Оба кулачных диска опираются своими цилиндрическими поверхностями на неподвижный лезвиеобразный упор, так что при каждом повороте кулачных дисков, происходящем при установке на линию нулевого уровня визируемого предмета, угол визирования является функцией суммы тех радиусов обоих кулачных дисков, которые соответствуют опорным точкам.

Фиг. 1 изображает вид сбоку (отчасти в разрезе) предлагаемого дальномера; фиг. 2 - вид его сверху; фиг. 3 - вид ого сзади (отчасти в разрезе), фиг. 4 - вид его спереди; фиг. 5 - вид его сбоку с делениями и индексами; фиг. 5 - вид сбоку части дальномера с установленным спереди стеклянным клином и двойным зеркалом в разрезе; фиг. 7 - вид сверху на части, изображенные на фиг. 6 (отчасти в разрезе).

На вертикальной цапфе 1 штатива 2 (фиг. 1 и 2) установлена вращательно снабженная крестообразным уровнем 3а нижняя часть 3 подставки дальномера, на вилкообразном конце 3b которой имеются две цапфы 4, с общей геометрической осью. На (фиг. 2) цапфах 4 укреплена качательно рама 5, имеющая форму двойной вилки. Рама 5 несет опорный валик 6, ось которого параллельна горизонтальной оси цапф 4 и который может получать вращение от захватной головки 6а. На валик 6 наглухо насажен кулачный диск 7 (фиг. 1, 3, 4). На том же валике 6, в непосредственной близости от диска 7, укреплен вращательно второй кулачный диск 8, снабженный червячной нарезкой 9, с которой сцепляется червячный шпиндель 11, получающий вращение от головки 10 (фиг. 1). Этот червячный шпиндель, с целью быстрого вывода его из зубчатого зацепления, укреплен вращательно в обойме 12, прикрепленной, в свою очередь, колебательно к наглухо сидящей в кулачном диске 7 лобовой цапфе 13. Кроме того, обойма 12 находится под действием растянутой пружины 14, прикрепленной к кулачному диску 7, так что червячный шпиндель сцепляется без зазора с червячной зубчатой нарезкой 9. Кулачный диск 8 опирается своей цилиндрической поверхностью на упорное лезвие 15 части 3, расположенное параллельно оси валика 6. Цилиндрическая поверхность кулачного диска 7 служит опорой для упорного лезвия 16, сидящего на держателе 17, укрепленном вращательно на двух цапфах 4 и несущем зрительную трубу 18. Оптическая ось зрительной трубы 18 расположена так, что она пересекает под прямым углом геометрическую ось цапф 4 в середине опорной вилки 3b. Рядом с кулачным диском 8 помещается неизменно скрепленный с ним круг 19, снабженный на своей окружности логарифмическими круговыми делениями 19а (фиг. 3, 5), которые соответствуют, например, делениям шкалы логарифмической линейки, навернутой на окружность. Цыфры этого кругового деления дают при отсчете посредством индекса 20, укрепленного на раме 5, непосредственно расстояние до визируемого предмета. При целесообразном выборе параметрического отношения делений этой шкалы расстояний и расцыфровки в соответственных единицах длины, например, в гектометрах, можно применять эту же самую шкалу делений 19а, вследствие ее логарифмического характера, так же как и шкалу высот для установки высоты точки стояния инструмента при помощи плеча 7а, прикрепленного к кулачному диску 7 и несущего указатель 21. Цыфры шкалы дают тогда устанавливаемую высоту точки стояния инструмента в метрах.

Как. известно, угол α, составляемый визирной осью с горизонтом, при точном визировании с высоты h точки, плавающей на расстоянии х на поверхности моря, с достаточной точностью определяется следующей, формулой:

где k обозначает постоянную, зависящую от кривизны земной поверхности и среднего преломления лучей, и α₀ - угол визирования без учета влияния кривизны земли и преломления лучей.

Следовательно, приспособление, которое имеет целью определять верное расстояние при различных высотах стоянки инструмента, должно автоматически же давать сумму двух слагаемых, из которых первое прямо пропорционально имеющейся в данном случае высоте стоянки инструмента h и обратно пропорционально измеряемому расстоянию х, тогда как второе слагаемое пропорционально только измеряемому расстоянию х и прямо пропорционально ему.

Первое слагаемое:

или

образуется механическим приспособлением, в котором зрительная труба, с одной стороны, вращается около неподвижной горизонтальной оси 4, а с другой стороны - опирается на кулачный диск 7, радиусы-векторы которого изменяются по закону

В этой формуле S₀ обозначает радиус основной окружности, а r представляет неизменное расстояние между осью вращения зрительной трубы и упором 16, покоющимся на кулачном диске.

Если теперь для отсчета различных высот стоянок инструмента h, кулачный диск должен получить те же деления круга, как и деления для расстояний, то величина поворота диска φ для какого-либо определенного расстояния до визируемого предмета должна определяться уравнением:

то-есть

Здесь а обозначает постоянную, которую рекомендуется выбрать так, чтобы интервал для углов поворота кулачного диска для желательных крайних значений h и х был несколько менее 2π. Тогда можно будет, следовательно, деления для h и х об′единить на одной единственной шкале, если цифровые отсчеты для величин высот и расстояний будут отнесены, как уже было упомянуто, к различным единицам, например, если величины высот будут отсчитываться в метрах, а расстояний - в гектометрах; угловое протяжение шкалы может быть при этом также сделано меньшим 2π. Так как деления для углов поворота диска соответствуют разностям lgh-lgx, то они могут быть использованы в качестве обыкновенной логарифмической линейки, навернутой на окружность. Следовательно, поворот шкалы делений на интервал lgh, отнесенный к окружности круга делений, относительно указателя 21, неподвижно скрепленного с кулачным диском, при установке этого указателя на данную высоту стоянки инструмента h, дает при отсчете по неподвижному указателю 20 на той же самой шкале делений расстояние до визируемого предмета в форме lgx без учета влияния кривизны земли и среднего преломления лучей.

Для учета же механическим путем этого последнего, довольно незначительного влияния, прямо пропорционального расстоянию до визируемого об′екта, осуществляемого путем изменения соответствующим образом угла визирования, ось вращения упомянутого кулачного диска 7 опирается не непосредственно на находящееся на неизменной высоте упорное лезвие, а при посредстве второго промежуточного включенного кулачного диска 8, который должен поэтому соответствовать параметрическому уравнению:

Здесь обозначает выбираемый с практической точки зрения радиус основного круга, а k - уже упомянутую постоянную.

В виду логарифмического характера делений шкалы расстояний х - аΨ, следовательно, угол поворота

так что полярное уравнение этого кулачного диска определяется формулой:

Так как величина этого члена поправки kаΨ при практически определяемых расстояниях достигает только величины около 0,45 мм, то форма этого кулачного диска очень мало отклоняется от круговой формы.

Если высота стоянки инструмента лежит ниже предела, необходимого для точности измерения, то измерение с базисом у визируемого предмета может производиться с сохранением применения имеющихся кулачных дисков и шкалы расстояний при помощи следующего приспособления.

При таком измерении перед одной боковой половиной об′ектива вводится, как известно, стеклянный клин с переменным углом отклонения. Вследствие этого в поле зрения появляется двойное изображение и оба частичные изображения визируемого предмета дают разность высот h′, зависящую от величины угла образуемого в данный момент стеклянным клином γ и коэффициента преломления стекла n; при чем эта разность высот определяется из формулы

где

Под α′ подразумевается угол между визирующими лучами непреломленным и преломленным в стеклянном клине.

Если это сдвижение высот изображений визируемого предмета равно некоторой известной высоте, то расстояние до визируемого предмета определяется из формулы

При этом (учитывая возможность применения одной шкалы для всех могущих встретиться на практике высот у визируемых предметов) величина угла γ клина должна также устанавливаться при помощи некоторого кулачного диска, подобного кулачному диску 7, при посредстве логарифмически разделенной шкалы, так как и в этом случае, вполне аналогично предыдущему,

Поэтому, для определения угла стеклянного клина может быть использован тот же самый кулачный диск, который служит для установки угла визирования, равно как и шкала делений для расстояний и высот; только лишь устройство указателя высот визируемых предметов или его постоянное угловое расстояние от указателя высот стояния инструмента будет зависеть от чисто конструктивных соображений. Для установки требуемого угла отклонения α′, непосредственно перед об′ективом (фиг. 6 и 7) укреплена срезанная по меридиональной прямой половина сферической плосковогнутой линзы (полулинза) 22 таким образом, что она прикрывает одну боковую половину об′ектива. Центр кривизны этой установленной впереди полулинзы 22 лежит точно в точке пересечения оптической оси зрительной трубы 18 с геометрической осью обеих цапф 4. В этой же точке находится также центр кривизны плоско-выпуклой, также меридионально срезанной полулинзы 23, укрепленной на раме 5 таким образом, что ее шаровая поверхность в точности соприкасается с шаровой поверхностью полулинзы 22. Из чертежа видно, что тогда угол отклонения α′ клина, образованного обеими поверхностями полулинз, будет зависеть от угла наклонения оптической оси зрительной трубы 18. Для того, чтобы, несмотря на это наклонение, иметь возможность наблюдать находящийся на горизонте предмет, перед системой отклоняющих полулинз помещена пара зеркал 24, 25, скрепленных со зрительной трубой. Одно из этих зеркал 24 сохраняет постоянный угол по отношению к оптической оси, равный приблизительно 45°, в то время как угол наклона второго зеркала 25 может настолько изменяться от руки поворотом захватной головки 26, что можно сделать видимым в поле зрения наклоненной вниз зрительной трубы наблюдаемый предмет, находящийся на горизонте (или, при наблюдении предметов находящихся в воздухе, даже висящих выше горизонта). При помощи этого приспособления возможно определять величину отклоняющего угла стеклянного клина, измеряющего дальность визируемого предмета, величиной наклона зрительной, трубы по отсчету на логарифмически разделенной шкале круга, т.-е. точно таким же образом, как и при измерении при помощи высоты над уровнем моря точки стояния инструмента, как базиса. Из аналогичности уравнений, при помощи которых определяется величина расстояния, видно, что и при этом методе измерения можно пользоваться той же самой шкалой расстояний, с тою лишь разницей, что индекс 27, устанавливаемый на высоту при визируемом предмете, должен быть сдвинут на некоторый определенный угол, величина которого зависит от коэффициента преломления относительно индекса 21, по которому производится установка на высоту стояния инструмента и который неизменно скреплен с кулачным диском 7.

Если возможно визировать наблюдаемый предмет с точки стояния инструмента, имеющий достаточно большую и точно известную высоту, то сначала нужно привести в точное вертикальное положение цапфу штатива инструмента при помощи крестообразного уровня 3а, находящегося на части 3. Далее, нужно установить величину высоты точки стояния инструмента по индексу 21 на логарифмической шкале круговых делений 19а вращением шпинделя червячной передачи 11; при этом цыфры шкалы делений дают высоту в метрах. После этого, поворачиванием кулачного диска 7 при помощи захватной головки 6а, устанавливают визуру на наблюдаемый предмет, при чем стеклянный клин 22-23 должен быть снят. Тогда отсчет круговых делений на шкале 19а по индексу 20 даст расстояние в гектометрах.

Если высота точки стояния инструмента недостаточно велика, чтобы ею можно было пользоваться как базисом, то нужно воспользоваться известной (или приблизительно оцениваемой) высотой при визируемом предмете. В этом случае, вращением того же самого шпинделя червячной передачи 11, эта высота по индексу высоты у цели 27 устанавливается на шкале круговых делений. Затем, по включении перед об′ективом стеклянного клина 22-23, при помощи обоих установленных впереди зеркал 24-25, вращением последнего, устанавливается визирование на наблюдаемый предмет. При этом в поле зрения появляется двойное изображение с относительным сдвижением по направлению высоты. Далее, нужно одновременным вращением валика 6, при помощи захватной головки 6а и переднего зеркала 25, это относительное сдвижение изменить таким образом, чтобы нижний край одного изображения в точности совпал с верхним краем второго изображения, после чего искомое расстояние до визируемого предмета может быть отсчитано в гектометрах на шкале круговых делений 19а по индексу 20.

1. Дальномер, в котором базой служит или высота наблюдательного пункта над уровнем моря, или известная высота, находящаяся у пикируемого предмета, и при котором поворотная в горизонтальной и вертикальной плоскостях зрительная труба опирается на поворотный в вертикальной плоскости кулачный диск таким образом, что поворот этого диска служит для установки оптической оси трубы, отличающийся тем, что очертание кулачного диска 7 выбрано таким, что радиусы-векторы его являются показательной функцией угла поворота диска, с той целью, чтобы при наклоне оси зрительной трубы, по логарифмическим делениям на диске 19, соединенном с кулачным диском 4, возможно было отсчитывать непосредственно расстояние до наблюдаемого предмета (фиг. 1 и 2).

2. Дальномер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью учета влияния кривизны земной поверхности и преломления лучей, на оси кулачного диска 7, поддерживающего держатель 17 зрительной трубы, укреплен второй кулачный диск 8, опирающийся на упорное лезвие 15, прикрепленное к поворачивающейся в боковых направлениях нижней части 3 прибора (фиг. 1 и 2).

3. Дальномер по п.п. 1 и 2, отличающийся тем, что кулачный диск 7, поддерживающий держатель 17 зрительной трубы, снабжен плечом 7а, несущим указатель 21, служащий для отсчета по круговой логарифмической шкале высоты наблюдательного пункта над уровнем моря (фиг. 5).

4. Дальномер по п.п. 1-3, отличающийся тем, что кулачный диск 7, поддерживающий держатель 17 зрительной трубы, соединен с расположенным параллельно ему кулачным диском 8, несущим круг 19 с логарифмическими делениями 19а, посредством червячной передачи 11, которая может быть выключаема и при помощи которой производится установка на круговой шкале 19а индекса 21 высот места наблюдения (фиг. 3 и 5).

5. Дальномер по п.п. 1-4, отличающийся тем, что при определении расстояний по базе, расположенной у визируемого предмета, зрительная труба 18, опирающаяся на кулачный диск 7, снабжена стеклянным, с переменным углом преломления, клином 22, 23, помещенным перед об′ективом и закрывающим половину его, с целью получения в поле зрения трубы двух изображений наблюдаемого предмета, которые могут быть сдвинуты по высоте до совпадения верхнего края одного изображения визируемого предмета с нижним краем второго его изображения, при чем величина вызывающего это перемещение движения может быть непосредственно отсчитана, как расстояние до визируемого предмета на логарифмической круговой шкале 19а при известной высоте визируемого предмета (фиг. 6 и 7).

6. Дальномер по п.п. 1-5, отличающийся тем, что стеклянный клин 22, 23, прикрывающий одну половину об′ектива, состоит из плосковогнутой и плосковыпуклой полулинз, каждая из которых срезана по меридиональной плоскости, и из которых одна полулинза 22 неизменно соединена с оправой об′ектива зрительной трубы 18, другая же полулинза 23 неизменно соединена с рамой 5, несущей ось 6 кулачного диска 8, при чем общий центр кривизны обеих полулинз 22 и 23 лежит в точке пересечения оптической оси зрительной трубы 18 с геометрической осью оси вращения 4 держателя 17 зрительной трубы (фиг. 6 и 7).

7. Дальномер по п.п. 1-5, отличающийся тем, что кулачный диск 7, поддерживающий держатель 17 зрительной трубы, снабжен указателем 27, служащим для установки на известную высоту визируемого предмета по логарифмической круговой шкале 19а (фиг. 5).

8. Дальномер по п.п. 1-6, отличающийся тем, что перед стеклянным клином 22, 23, установленным перед об′ективом зрительной трубы 18, расположено двойное зеркало 24, 25 таким образом, что при значительном наклоне визирной оси вниз, имеющем место при малых расстояниях до визируемого предмета и при значительной высоте последнего, является возможность визировать по горизонтальной или даже по идущей вверх прямой повертыванием одного зеркала, например, верхнего 25 по отношению к нижнему 24 (фиг. 6 и 7).