Kaip veikia lazeriniai matuokliai
Be statybos ir susijusių inžinerinių tyrimų neapsieina inžineriniai-geodeziniai darbai. Čia ypač praverčia lazeriniai matavimo prietaisai, leidžiantys efektyviau spręsti aktualias problemas. Procesai, kurie tradiciškai atliekami naudojant klasikinius nivelyrus, teodolitus, linijinius matavimo prietaisus, dabar gali parodyti didesnį tikslumą ir dažniausiai gali būti automatizuoti.
Geodeziniai matavimo metodai labai išsivystė atsiradus lazeriniai geodeziniai prietaisai. Lazerio spindulys Jis tiesiogine prasme matomas, skirtingai nei įrenginio tikslinė ašis, kuri palengvina planavimą statybos metu, matavimą ir rezultatų stebėjimą. Spindulys yra orientuotas tam tikru būdu ir tarnauja kaip atskaitos linija arba sukuriama plokštuma, kurios atžvilgiu galima atlikti papildomus matavimus naudojant specialius fotoelektrinius indikatorius arba vizualiai nurodant pluoštą.
Visame pasaulyje kuriami ir tobulinami lazeriniai matavimo prietaisai.Masiškai gaminami lazeriniai nivelyrai, teodolitai, priedai jiems, svambalai, optiniai tolimačiai, tacheometrai, konstrukcinių mechanizmų valdymo sistemos ir kt.
Taigi, kompaktiški lazeriai yra patalpinti į smūgiams ir drėgmei atsparią matavimo prietaiso sistemą, tuo pačiu demonstruojant aukštą veikimo patikimumą ir spindulio krypties stabilumą.Paprastai tokiame įrenginyje lazeris montuojamas lygiagrečiai jo nukreipimo ašiai, tačiau kai kuriais atvejais įrenginyje sumontuotas lazeris, todėl ašies kryptis nustatoma naudojant papildomus optinius elementus. Žiūrėjimo vamzdis naudojamas spinduliui nukreipti.
Norėdami sumažinti lazerio spindulio divergenciją, a teleskopine sistema, kuris sumažina spindulio nuokrypio kampą proporcingai jo padidėjimui.
Teleskopinė sistema taip pat padeda suformuoti fokusuotą lazerio spindulį šimtų metrų atstumu nuo prietaiso. Jei teleskopinės sistemos padidinimas, tarkime, trisdešimt kartų, tada 500 m atstumu bus gautas 5 cm skersmens lazerio spindulys.
Jei padaryta vizualinis spindulio indikatorius, tada parodymams naudojamas ekranas su kvadratų arba koncentrinių apskritimų tinkleliu ir išlyginimo strypas. Šiuo atveju skaitymo tikslumas priklauso ir nuo šviesos taško skersmens, ir nuo pluošto svyravimų amplitudės dėl kintamo oro lūžio rodiklio.
Skaitymo tikslumą galima padidinti į teleskopinę sistemą įdėjus zonines plokštes – skaidrias plokštes su prie jų pritvirtintais kintamaisiais (skaidriais ir nepermatomais) koncentriniais žiedais. Difrakcijos reiškinys skaido spindulį į šviesius ir tamsius žiedus. Dabar sijos ašies padėtį galima nustatyti labai tiksliai.
Vartojant fotoelektrinė indikacija, naudoti įvairių tipų fotodetektorių sistemas. Paprasčiausias dalykas yra perkelti fotoelementą išilgai vertikaliai arba horizontaliai sumontuoto bėgio per šviesos tašką, tuo pat metu įrašant išėjimo signalą. Šio indikacijos metodo paklaida siekia 2 mm 100 m.
Pažangesni yra dvigubi fotodetektoriai, pavyzdžiui, suskaidytų fotodiodų, kurie automatiškai seka šviesos pluošto centrą ir registruoja jo padėtį tuo momentu, kai abiejų imtuvo dalių apšvietimas yra identiškas.Čia paklaida 100 m siekia tik 0,5 mm.
Keturi fotoelementai fiksuoja spindulio padėtį išilgai dviejų ašių, o tada maksimali paklaida 100 m atstumu yra tik 0,1 mm. Moderniausi fotodetektoriai taip pat gali rodyti informaciją skaitmenine forma, kad būtų patogiau apdoroti gautus duomenis.
Dauguma šiuolaikinės pramonės gaminamų lazerinių tolimačių yra impulsiniai. Atstumas nustatomas pagal laiką, per kurį lazerio impulsas pasiekia tikslą ir atgal. O kadangi elektromagnetinės bangos greitis matavimo terpėje yra žinomas, tai dvigubas atstumas iki taikinio yra lygus šio greičio ir išmatuoto laiko sandaugai.
Lazerio spinduliuotės šaltiniai tokiuose atstumams per kilometrą matuoti yra galingi kietojo kūno lazeriai… Puslaidininkiniai lazeriai įrengiami atstumams nuo kelių metrų iki kelių kilometrų matuoti. Tokių prietaisų diapazonas siekia 30 kilometrų su paklaida metro dalimis.
Tikslesnis diapazono matavimas pasiekiamas taikant fazių matavimo metodą, kuris taip pat atsižvelgia į fazių skirtumą tarp etaloninio signalo ir to, kuris nukeliavo išmatuotą atstumą, atsižvelgiant į nešlio moduliacijos dažnį. Tai vadinamieji faziniai lazeriniai tolimačiaiveikiantys 750 MHz dažniais, kur galio arsenido lazeris.
Didelio tikslumo lazeriniai nivelyrai naudojami, pavyzdžiui, projektuojant kilimo ir tūpimo takus. Jie sukuria šviesos plokštumą sukdami lazerio spindulį. Plokštuma sufokusuota horizontaliai dėl dviejų viena kitai statmenų plokštumų. Jautrus elementas juda išilgai strypo, o nuskaitymas atliekamas per pusę tos srities, kurioje priėmimo įrenginys generuoja garso signalą, ribų sumos. Tokių lygių darbinis diapazonas siekia 1000 m, o paklaida iki 5 mm.
Lazeriniuose teodolituose lazerio spindulio ašis sukuria matomą stebėjimo ašį. Jis gali būti nukreiptas tiesiai išilgai prietaiso teleskopo optinės ašies arba lygiagrečiai jai. Kai kurie lazeriniai priedai leidžia naudoti patį teodolito teleskopą kaip kolimavimo įrenginį (sukurti lygiagrečius spindulius – lazerio ir vamzdžio taikiklio ašį) ir įskaityti į paties teodolito skaitymo įrenginį.
Vienas iš pirmųjų antgalių, pagamintų OT-02 teodolitui, buvo LNOT-02 antgalis su helio-neono dujų lazeriu, kurio išėjimo galia buvo 2 mW, o nukrypimo kampas - apie 12 lanko minučių.
Lazeris su optine sistema buvo pritvirtintas lygiagrečiai teodolito teleskopui taip, kad atstumas tarp pluošto ašies ir teodolito nukreipimo ašies būtų 10 cm.
Teodolito tinklelio linijos centras reikiamu atstumu sulygiuotas su šviesos pluošto centru.Kolimacinės sistemos tikslas buvo cilindrinis lęšis, kuris išplėtė spindulį ir sektorius, kurio atidarymo kampas buvo iki 40 lanko minučių, kad būtų galima vienu metu dirbti taškuose, esančiuose skirtinguose aukščiuose, atsižvelgiant į turimą įrenginio išdėstymą.
Taip pat žiūrėkite: Kaip veikia ir veikia lazeriniai termometrai