Полевой дальномер

ПОЛЕВОЙ ДАЛЬНОМЕР, прибор для определения дистанций без непосредственного их измерения, применяемый в полевых войсках (см. также Дальномеры).

Требования, к ним предъявляемые:

1) возможность измерять дистанцию до подвижных и неподвижных целей одному наблюдателю с одной точки стояния;

2) простота и удобство обращения;

3) легкость обучения пользованию ими;

4) простота и прочность конструкции;

5) несложная и быстрая выверка и исправление прибора;

6) портативность и

7) дешевизна.

Наиболее совершенными являются оптические полевые дальномеры с базой внутри прибора, которые имеются 2 типов: монокулярные и стереоскопические (бинокулярные).

1) Монокулярный дальномер представляет собой двойную зрительную трубу с одним окуляром Ок (фиг. 1); базой прибора В является расстояние между центрами входных окошек А₁ и А₂.

Измерение дистанции D сводится к решению на местности ? A₁ A₂ M, у которого вершина у цели M, а основание равно базе В. Т. к. поле зрения трубы не превышает 4°, углы при основании ? близки к прямым, а угол ?, т. наз. параллакс базы, очень мал, то в выражении для расстояния до цели

можно

заменить

через выраженный в радианах (радиан =57°,3); если измерять угол ? в секундах, то

Т. обр., измерение дистанции D сводится к измерению параллакса базы ?.

Схема Устройства (фиг. 2, план): на концах базы, под углом 45° к ней, установлены плоские зеркала S₁ и S₂ — концевые отражатели.

Лучи от предмета, до которого измеряется дистанция, отразившись от этих зеркал, проходят через объективы Ob₁ и Ob₂ встречают на своем пути зеркала S'₁ и S'₂ — окулярные отражатели, параллельные соответствующие концевым отражателям. Зеркала S'₁ и S'₂ установлены одно над другим; поэтому стоящее ниже оптической оси прибора зеркало S'₁, отражает только половину лучей, идущих от предмета, и именно только от верхней его половины (труба дает перевернутое изображение цели), а верхнее зеркало S'₂ отражает лучи только от нижней половины предмета; изображение это рассматривается через окулятор О одним глазом.

Если предположить для наглядности, что рассматриваемый предмет (мачта с флагом) находится на перпендикуляре к левому концу базы, то изображение a от левого объектива (верхняя часть предмета) получится в середине поля зрения трубы, а изображение в от правого объектива (нижняя часть предмета) будет смещено влево (пунктир в поле в), т. к. лучи от зеркала S'₂ идут не параллельно базе, а несколько отклонены от неё вперед.

Для уничтожения сдвига нижней части изображения относительно верхней на пути лучей между S₂ и Ob₂ ставят клинообразную призму T, отклоняющую лучи к своему основанию. Передвиганием клина T вдоль базы направляют лучи правой части трубы под таким наклоном к зеркалу S’₂, что сдвиг верхней части изображения относительно нижней уничтожается (сплошная линия в поле в).

Чем меньше измеряемая дистанция, тем сильнее отклонение лучей правого объектива Ob₂ и тем ближе к нему д. продвигаться призма T для уничтожения сдвига.

Т. к. каждой дистанции отвечает определенное положение клина T, то дистанции можно читать по прикрепленной к клину шкале М, перемещаемой им относительно неподвижного указателя N.

Все оптические части дальномера помещены в прочной оболочке — металлической трубе.

Для устранения вследствие прогиба трубы неправильностей в показаниях дальномера, в первых образцах все эти части заключались в двойную металлическую трубу, что, однако, сильно увеличивало вес дальномера.

В новейших образцах (на начало I Мировой войны) роль концевых отражателей, вместо зеркал S₁ и S₂ (фиг. 2), выполняют 5-гранные призмы (пентапризмы) P₁ и P₂ (фиг. 3), у которых грани, наклонены друг к другу под углом 45°, высеребрены снаружи и служат отражателями; иногда же вместо пентапризм просто устанавливают 2 плоских зеркала под углом 45°. При таком устройстве концевых отражателей дальномер менее чувствителен к изгибу в горизонтальной плоскости: некоторый поворот пентапризмы около её вертикальной оси не изменяет направления и взаимного положения лучей, входящих и выходящих из пентапризмы. Пентапризмы дают, кроме того, возможность несколько уменьшить вес дальномера: внутренняя труба делается теперь короткой, служа для помещения в ней только объективов и окулярных отражателей, а остальные части помещаются в наружной трубе. Окулярные отражатели устраиваются различно в зависимости от того, каково д. б. даваемое ими изображение, по характеру которого монокулярные дальномеры разделяются на 2 типа:

а) дальномеры с одиночным (прямым) изображением (тип Koincidenz), пересечением горизонтальной линией раздела (фиг. 4). Нижняя часть изображения получается смещенной относительно верхней (неподвижной) и при измерении дистанции помощью измерит. клина приводится в совпадение с верхней частью в одно полное прямое изображение. Этот тип дальномера удобен для измерения дистанций до целей с резкими вертик. очертаниями. Таким дальномером удобно пользоваться также, как трубой большого увеличения, для ориентировки в окружающей местности. Окулярными отражателями у них служат 2 треугольные призмы Р'₁ и Р'₂ (фиг. 3), расположенные одна над другой и снабженные крышеобразными отражающими гранями, которые (см. ст. Панорама, фиг. 4), отражая лучи под прямым углом, вместе с тем выпрямляют изображение, даваемое объективом, которое было бы иначе перевернутым. б) Дальномеры с двойным изображением (тип Invert), из коих верхнее (фиг. 5) обратное (опрокинутое), а нижнее — прямое и оба касаются горизонт. линии раздела. Здесь также нижнее изображение, смещенное относительно верхнего неподвижного, при измерении дистанции перемещается измерит. клином до совпадения соответствующих его точек с верхним изображением. Для совмещения вершин изображения цели пользуются горизонт. линией раздела, а для совмещения каких-нибудь боковых заметных точек цели — вертикальной чертой (фиг. 7), имеющейся у некоторых дальномеров в левой части поля зрения. Для применения такого дальномера в качестве зрит. трубы пригодна только нижняя часть поля зрения (с прямым изображением), поэтому для увеличения этого поля иногда линию раздела поднимают (фиг. 6) приблизительно на ¹/₆ диаметра (сист. Герца), или же помещают обратное изображение в небольшой окнообразной вырез (фиг. 7) над линией раздела (сист. Цейсса). Второй способ имеет то преимущество, что точки совмещения изображений находятся близ оптической оси трубы, где изображения получаются наиболее резкими и неискаженными.

Окулярными отражателями в дальномере с оконообразным вырезом служит крышевидная треугольная призма Р'₁ (фиг. 8) и призма Р'₂ с тройным отражением. Крышевидная призма дает от левого объектива прямое изображение предмета, а призма P'₂, вследствие нечетного числа отражений в горизонтальной плоскости, только восстанавливает правильность положения правой и лев. сторон в изображении, которое получается в окошечке, а по высоте это изображение остается опрокинутым, при чем оно получается только от лучей, отражаемых небольшой высеребренной частью в грани призмы Р'₂.

В новейших образцах полевых дальномеров измерительный клин T (фиг. 3), перемещающийся поступательно, заменяется системой 2 вращающихся клиньев T₁ и Т₂ (фиг. 8 и 9), при чем, когда оба клина обращены своими преломляющими углами ? в одну сторону (фиг. 9а), то преломляющий угол системы будет наибольший (2?), а при повороте каждого клина на 90° в противоположные стороны система обратится в пластинку с параллельными гранями (фиг. 9в), не изменяющую направления проходящих через нее лучей; в промежуточных положениях клиньев преломляющий угол системы изменяется от 2? до 0°. Дальнейшее вращение клиньев до 180° вызывает вновь постепенное увеличение преломляющего угла от 0° до 2?, но с отклонением лучей уже в другую сторону. Каждый из клиньев соединен с конической зубчаткой (фф. 8 и 10), приводимыми во вращение общим зубчатым приводом. К левому клину прикреплен целлулоидный диск M со шкалою и около него неподвижный указатель N. Деления шкалы и указатель прозрачны (на черном фоне) и, освещаемые лучами из окна с (фиг. 8), отражаемыми призмой D, дают свое изображение помощью особого объектива f и отражательной призмы g в поле зрения сбоку (фиг. 7), где и рассматриваются через окуляр О. Каждый дальномер снабжается еще выверочными приспособлениями, позволяющими устранять ошибки по высоте и по дальности, происходящие от расстройства самого дальномера. Выверочное приспособление по дальности состоит из клина R (фф. 3 и 8), вращающегося около оси дальномера и соединенного с особой выверочной шкалой.

Выверка дальномера производится:

1) по предметам на известном расстоянии,

2) по звездам и

3) при помощи поверочной линейки.

При выверке по 1-му способу шкалу устанавливают на известное расстояние до предмета, на который дальномер наводят, и совмещают изображения при помощи выверочного приспособления.

Выверка по звездам возможна только ночью, при чем шкала устанавливается на бесконечность.

Поверочная линейка заменяет собой бесконечно удаленный предмет и имеет (фиг. 11) на концах 2 указателя в виде черных полос на белом фоне на расстоянии базы дальномера. Линейку помощью её оптического визира устанавливают параллельно базе дальномера; тогда в поле зрения последнего получается изображение, представленное на фиг. 12, и т. к. при этом лучи параллельны между собой, то изображения полос в средней части поля, при установке шкалы на бесконечность, д. б. совмещенными; если же этого нет, то показания дальномера д. б. исправлены выверочным клином R.

При расстройстве дальномера по высоте оба изображения располагаются несимметрично к линии раздела (ср. фф. 4 и 13).

Неисправность, путем поднятия или опускании одного из изображений, исправляется либо вращением внутренней трубы дальномера вокруг оси, проходящей через оптический центр объективов, либо установкой на пути лучей 2-ой системы из 2 вращающихся клиньев. Выверка по высоте производится после выверки по дальности, т. к. последняя сама вызывает некоторую ошибку по высоте.

Точность показаний монокулярного дальномера.

Измерение дистанции сводится к измерению угла ?, которое производится косвенно посредством совмещения 2 изображений, при чем ошибка при самых благоприятных условиях для невооруженного глаза не м. б. меньше 10-12 сек.

Углу ?' определенному с ошибкой ±??=±12 сек., соответствует ошибочная: дистанция

где ?'= ?±??; отсюда

Т. к. D и D' весьма мало отличаются друг от друга, то приблизительно

т.-е. абсолютная ошибка

в определении дистанции при данных ?? и B, пропорциональна квадрату её, а относительная ошибка т.-е. пропорциональна самой дистанции. При дальномере с трубой V-кратном увеличения угловой ошибки по сравнению с невооруженным глазом уменьшаются в V раз; поэтому формула для определения относительной ошибки принимает такой вид:

В таблице приведены относит. ошибки, вычисленные по этой формуле для 11-кратных полевых дальномеров пехотного (B = 70 см.) и артиллерийского (B = 1 м) при ?? — 12 сек., а также указаны предельные значения относительных ошибок, допускаемые техническими условиями на прием полевых дальномеров.

Примечание: Дистанции для пехотного дальномера в шаг., для артиллерийского — в сж.

Характерные данные монокулярных полевых дальномеров: увеличение 11-кратное; поле зрения 4°; диаметр глазного кружка 2,25 мм.; база у пехотного дальномера 70 см., у артиллерийского — 1 м; шкала пехотного — от 400 до 10 т. шаг., артиллерийского — от 400 до 10.000 сж. Вес без чехла — соответственно 12 и 14 фн., вес треног к ним 6 и 12 фн.

Для производства одного измерения требуется ^? - 1 мин. На фиг. 14 показан дальномер системы Цейсса.

2) Стереоскопический дальномер фирмы К. Цейсс, построенный по идее инженера Грузильера, разработанной Пульфрихом, представляет собой стерео-трубу (см. Трубы зрительные) с неизменной базой (фиг. 15).

В фокальных плоскостях объективов, где получаются действительные (прямые и уменьшенные) изображения рассматриваемых предметов, установлены стеклянные пластинки S₁ и S₂ со стереоскопическими изображениями измерительной шкалы.

При одновременном рассматривании каждого из этих изображений соответствующим глазом, "наблюдатель видит в пространстве ряд значков, расположенных вдоль зигзагообразной ломаной линии, с цифрами над ними (например, от 200 до 10 т. сж. на фиг. 16), указывающими соответствующие дистанции.

Измерение дистанций стереоскопическими полевыми дальномерами производится так: установив дальномер в направлении цели, наводят его сначала на небо над целью и приспособляют окуляры по глазам так, чтобы шкала была ясно видима стереоскопически; после этого поворачивают дальномер около его горизонтальной оси, пока какой-нибудь значок шкалы своим нижним острым концом не подойдет к вершине цели.

Дистанция прочитывается по этому значку непосредственно.

Стереоскопическое видение предметов обоими глазами обусловливается тем, что на обоих сетчатках получаются неодинаковые изображения, отвечающие углу между осями глаз в 10-12 сек., служащему мерой остроты стереоскопического зрения. Зависимость между дистанцией D (фиг. 17), базой дальномера B и углом между осями глаз Е, — бинокулярным параллаксом, — будет того же вида, что и для монокулярного дальномера, т.-е.

Острота стереоскопического зрения при пользовании двойной трубой V-кратного увеличения соответственно в V раз больше; поэтому ошибка ?D при измерении дистанции выразится формулой:

Точность измерений стереоскопическим и монокулярным дальномерами при одинаковых базах и увеличении теоретически д. б. одинаковой (?E=??). Опыт же показывает, что ошибки при измерении дистанции стереоскопическим дальномером превышают ошибки не только теоретические, но и предельные, допускаемые условиями; например, для полевого дальномера с базой 1 м при 12-кратн. увеличении относительные ошибки получаются:

Стереоскопический дальномер менее удобен, чем монокулярный, т. к. требует для обучения наблюдателей более продолжительных упражнений. В опытных же руках стереоскопический дальномер весьма ценный прибор для определения дистанций до быстро движущихся целей (например, воздушный флот): время, необходимое для определения дистанции, около 30 сек.

По своим оптическим данным и размерам стереоскопические дальномеры одинаковы с монокулярными с той же базой.

См. также статью:

• Барр и Струд