Kako delujejo laserski merilniki

Brez gradbenih in sorodnih inženirskih raziskav ni popolnega inženirsko-geodetska dela. Tu se še posebej izkažejo laserske merilne naprave, ki vam omogočajo učinkovitejše reševanje zadevnih problemov. Procesi, ki se tradicionalno izvajajo s klasičnimi libelami, teodoliti, linearnimi merilnimi napravami, lahko zdaj pokažejo večjo natančnost in jih je običajno mogoče avtomatizirati.

Geodetske merilne metode so se močno razvile s pojavom laserski merilni instrumenti. Laserski žarek je dobesedno viden, za razliko od ciljne osi naprave, kar olajša načrtovanje med gradnjo, merjenje in spremljanje rezultatov. Žarek je usmerjen na določen način in služi kot referenčna črta ali pa se ustvari ravnina, glede na katero lahko opravimo dodatne meritve s posebnimi fotoelektričnimi indikatorji ali z vizualno indikacijo žarka.

Laserske merilne naprave nastajajo in izboljšujejo po vsem svetu.Serijsko proizvedeni laserski niveliri, teodoliti, nastavki zanje, viski, optični merilniki razdalje, taheometri, krmilni sistemi za konstrukcijske mehanizme itd.

Torej, kompaktni laserji so vgrajeni v sistem merilne naprave, odporen proti udarcem in vlagi, hkrati pa izkazujejo visoko zanesljivost delovanja in stabilnost smeri žarka.Običajno je laser v takšni napravi nameščen vzporedno s svojo ciljno osjo, v nekaterih primerih pa Laser je nameščen v napravi, zato se smer osi nastavi z dodatnimi optičnimi elementi. Merilna cev se uporablja za usmerjanje žarka.

Da zmanjšate razhajanje laserskega žarka, a teleskopski sistem, ki zmanjša kot divergence žarka sorazmerno z njegovim povečanjem.

Teleskopski sistem tudi pomaga oblikovati fokusiran laserski žarek več sto metrov stran od instrumenta. Če je povečava teleskopskega sistema recimo tridesetkratna, potem dobimo laserski žarek premera 5 cm na razdalji 500 m.

Če je narejeno vizualna indikacija žarka, potem se za odčitavanje uporablja zaslon z mrežo kvadratov ali koncentričnih krogov in nivelirna palica. V tem primeru je natančnost odčitavanja odvisna tako od premera svetlobne točke kot od amplitude nihanja žarka zaradi spremenljivega lomnega količnika zraka.

Natančnost odčitavanja lahko povečate tako, da v teleskopski sistem postavite conske plošče – ​​prozorne plošče, na katere so pritrjeni izmenično (prozorni in neprozorni) koncentrični obroči. Pojav difrakcije razcepi žarek na svetle in temne obroče. Zdaj je mogoče z visoko natančnostjo določiti položaj osi žarka.

Pri uporabi fotoelektrična indikacija, uporabljajo različne vrste fotodetektorskih sistemov. Najenostavneje je premikanje fotocelice vzdolž navpično ali vodoravno nameščene tirnice čez svetlobno točko ob hkratnem snemanju izhodnega signala. Napaka pri tej metodi indikacije doseže 2 mm na 100 m.

Naprednejši so dvojni fotodetektorji, na primer razcepljene fotodiode, ki samodejno sledijo središču svetlobnega žarka in registrirajo njegov položaj v trenutku, ko je osvetlitev obeh delov sprejemnika enaka.Tukaj napaka na 100 m doseže le 0,5 mm.

Štiri fotocelice fiksirajo položaj žarka vzdolž dveh ose, nato pa je največja napaka na 100 m le 0,1 mm. Najsodobnejši fotodetektorji lahko prikažejo informacije tudi v digitalni obliki za udobje pri obdelavi prejetih podatkov.

Večina laserskih daljinomerov, ki jih proizvaja sodobna industrija, je impulznih. Razdalja je določena na podlagi časa, ki je potreben, da laserski impulz doseže cilj in nazaj. In ker je hitrost elektromagnetnega valovanja v merilnem mediju znana, je dvakratna razdalja do cilja enaka produktu te hitrosti in izmerjenega časa.

Viri laserskega sevanja v takih napravah za merjenje razdalj nad kilometrom so močni polprevodniški laserji… Polprevodniški laserji so nameščeni v napravah za merjenje razdalj od nekaj metrov do nekaj kilometrov. Domet takšnih naprav doseže 30 kilometrov z napako v delcih metra.

Natančnejšo meritev dometa dosežemo z metodo faznega merjenja, ki upošteva tudi fazno razliko med referenčnim signalom in tistim, ki je prepotoval izmerjeno razdaljo, ob upoštevanju modulacijske frekvence nosilca. To so t.i fazni laserski daljinomerki delujejo na frekvencah reda 750 MHz, kjer galijev arzenidni laser.

Visoko precizni laserski nivoji se uporabljajo na primer pri načrtovanju vzletno-pristajalnih stez. Z vrtenjem laserskega žarka ustvarijo svetlobno ravnino. Ravnina je usmerjena vodoravno zaradi dveh med seboj pravokotnih ravnin. Občutljivi element se premika vzdolž palice, odčitavanje pa se izvaja na polovici vsote meja območja, v katerem sprejemna naprava ustvarja zvočni signal. Delovno območje takih nivojev doseže 1000 m z napako do 5 mm.

Pri laserskih teodolitih os laserskega žarka ustvarja vidno os opazovanja. Lahko je usmerjen neposredno vzdolž optične osi teleskopa naprave ali vzporedno z njo. Nekateri laserski priključki vam omogočajo uporabo samega teodolitskega teleskopa kot kolimatorske enote (za ustvarjanje vzporednih žarkov – laser in cevna os) in štetje glede na lastno bralno napravo teodolita.

Ena prvih šob, proizvedenih za teodolit OT-02, je bila šoba LNOT-02 s helij-neonskim plinskim laserjem z izhodno močjo 2 mW in divergenčnim kotom približno 12 ločnih minut.

Laser z optičnim sistemom je bil pritrjen vzporedno s teodolitskim teleskopom tako, da je bila razdalja med osjo žarka in ciljno osjo teodolita 10 cm.

Središče črte mreže teodolita je poravnano s središčem svetlobnega žarka na zahtevani razdalji.Na objektivu kolimatorskega sistema je bila nameščena cilindrična leča, ki je razširila žarek in sektor z odprtim kotom do 40 ločnih minut za hkratno delo na točkah, ki se nahajajo na različnih višinah v razpoložljivi postavitvi naprave.

Poglej tudi: Kako laserski termometri delujejo in delujejo