Ako fungujú laserové merače

Stavebné a súvisiace inžinierske prieskumy sa nezaobídu bez inžiniersko-geodetické práce. Práve tu sa osvedčili laserové meracie zariadenia, ktoré vám umožňujú efektívnejšie riešiť príslušné problémy. Procesy, ktoré sa tradične vykonávajú pomocou klasických nivelácií, teodolitov, lineárnych meracích prístrojov, môžu teraz vykazovať vyššiu presnosť a zvyčajne sa dajú automatizovať.

Metódy geodetického merania sa výrazne rozvinuli s príchodom r laserové prieskumné prístroje. Laserový lúč je doslova vidieť, na rozdiel od cieľovej osi zariadenia, čo uľahčuje plánovanie pri výstavbe, meranie a sledovanie výsledkov. Lúč je určitým spôsobom orientovaný a slúži ako referenčná čiara alebo je vytvorená rovina, vzhľadom na ktorú je možné vykonať dodatočné merania pomocou špeciálnych fotoelektrických indikátorov alebo vizuálnou indikáciou lúča.

Laserové meracie zariadenia sa vytvárajú a zdokonaľujú po celom svete.Sériovo vyrábané laserové vodováhy, teodolity, nástavce k nim, olovnice, optické diaľkomery, tachyometre, riadiace systémy stavebných mechanizmov atď.

takže, kompaktné lasery sú umiestnené v nárazuvzdornom a vlhkotesnom systéme meracieho zariadenia, pričom sa vyznačujú vysokou spoľahlivosťou činnosti a stabilitou smeru lúča.Obvykle sa laser v takomto zariadení inštaluje rovnobežne s jeho zameriavacou osou, ale v niektorých prípadoch laser je inštalovaný v zariadení, takže smer osi sa nastavuje pomocou dodatočných optických prvkov. Na smerovanie lúča sa používa tubus zameriavača.

Na zníženie divergencie laserového lúča a teleskopický systém, čo zmenšuje uhol divergencie lúča úmerne k jeho nárastu.

Teleskopický systém tiež pomáha vytvárať zaostrený laserový lúč stovky metrov od prístroja. Ak je zväčšenie teleskopického systému povedzme tridsaťnásobné, potom sa získa laserový lúč s priemerom 5 cm na vzdialenosť 500 m.

Ak je hotovo vizuálna indikácia lúča, potom sa na odčítanie používa sito s mriežkou štvorcov alebo sústredných kruhov a nivelačná tyč. V tomto prípade presnosť čítania závisí tak od priemeru svetelného bodu, ako aj od amplitúdy oscilácie lúča v dôsledku premenlivého indexu lomu vzduchu.

Presnosť čítania možno zvýšiť umiestnením zónových platničiek do teleskopického systému – priehľadných platní so striedajúcimi sa (priehľadnými a nepriehľadnými) sústrednými krúžkami, ktoré sú k nim pripevnené. Fenomén difrakcie rozdeľuje lúč na svetlé a tmavé prstence. Teraz je možné s vysokou presnosťou určiť polohu osi lúča.

Pri použití fotoelektrická indikáciapoužívajú rôzne typy fotodetektorových systémov. Najjednoduchšie je pohybovať fotobunkou pozdĺž vertikálne alebo horizontálne namontovanej koľajnice cez svetelný bod a súčasne zaznamenávať výstupný signál. Chyba pri tomto spôsobe indikácie dosahuje 2 mm na 100 m.

Pokročilejšie sú dvojité fotodetektory, napríklad delených fotodiód, ktoré automaticky sledujú stred svetelného lúča a registrujú jeho polohu v momente, keď je osvetlenie oboch častí prijímača zhodné.Tu chyba na 100 m dosahuje len 0,5 mm.

Štyri fotobunky fixujú polohu lúča pozdĺž dvoch osí a potom je maximálna chyba na 100 m iba 0,1 mm. Najmodernejšie fotodetektory môžu zobrazovať informácie aj v digitálnej forme pre pohodlie pri spracovaní prijatých údajov.

Väčšina laserových diaľkomerov vyrábaných moderným priemyslom je pulzná. Vzdialenosť je určená na základe času, ktorý potrebuje laserový impulz na dosiahnutie cieľa a späť. A keďže rýchlosť elektromagnetickej vlny v meracom médiu je známa, potom sa dvojnásobná vzdialenosť k cieľu rovná súčinu tejto rýchlosti a nameraného času.

Zdroje laserového žiarenia v takýchto zariadeniach na meranie vzdialeností nad kilometer sú výkonné pevnolátkové lasery… Polovodičové lasery sú inštalované v zariadeniach na meranie vzdialeností od niekoľkých metrov až po niekoľko kilometrov. Dosah takýchto zariadení dosahuje 30 kilometrov s chybou v zlomkoch metra.

Presnejšie meranie dosahu je dosiahnuté použitím metódy merania fázy, ktorá zohľadňuje aj fázový rozdiel medzi referenčným signálom a tým, ktorý prekonal meranú vzdialenosť, s prihliadnutím na modulačnú frekvenciu nosnej vlny. Ide o tzv fázové laserové diaľkomerypracujúce na frekvenciách rádovo 750 MHz, kde laser arzenidu gália.

Vysoko presné laserové vodováhy sa používajú napríklad pri projektovaní dráh. Otáčaním laserového lúča vytvárajú svetelnú rovinu. Rovina je zameraná horizontálne vďaka dvom navzájom kolmým rovinám. Citlivý prvok sa pohybuje pozdĺž palice a čítanie sa vykonáva v polovici súčtu hraníc oblasti, v ktorej prijímacie zariadenie generuje zvukový signál. Pracovný rozsah takýchto úrovní dosahuje 1000 m s chybou do 5 mm.

V laserových teodolitoch os laserového lúča vytvára viditeľnú os pozorovania. Môže byť nasmerovaný priamo pozdĺž optickej osi teleskopu zariadenia alebo rovnobežne s ňou. Niektoré laserové nástavce vám umožňujú použiť samotný teodolitový ďalekohľad ako kolimačnú jednotku (na vytváranie paralelných lúčov – os laserového a tubusového zameriavača) a počítať s vlastným čítacím zariadením teodolitu.

Jednou z prvých trysiek vyrobených pre teodolit OT-02 bola tryska LNOT-02 s hélium-neónovým plynovým laserom s výstupným výkonom 2 mW a uhlom divergencie asi 12 oblúkových minút.

Laser s optickou sústavou bol upevnený rovnobežne s teodolitovým ďalekohľadom tak, aby vzdialenosť medzi osou lúča a osou zameriavania teodolitu bola 10 cm.

Stred čiary teodolitovej mriežky je zarovnaný so stredom svetelného lúča v požadovanej vzdialenosti.Na objektíve kolimačného systému bola valcová šošovka, ktorá rozširovala lúč a sektor s uhlom otvorenia až 40 oblúkových minút pre súčasnú prácu v bodoch umiestnených v rôznych výškach v rámci dostupného usporiadania zariadenia.

Pozri tiež: Ako fungujú a fungujú laserové teplomery