Πώς λειτουργούν οι μετρητές λέιζερ
Οι κατασκευές και οι σχετικές μηχανικές έρευνες δεν είναι ολοκληρωμένες χωρίς αυτό μηχανολογικά-γεωδαιτικά έργα. Εδώ οι συσκευές μέτρησης λέιζερ αποδεικνύονται ιδιαίτερα χρήσιμες, επιτρέποντάς σας να λύσετε πιο αποτελεσματικά τα σχετικά προβλήματα. Οι διεργασίες που παραδοσιακά εκτελούνται με χρήση κλασικών επιπέδων, θεοδόλιθων, γραμμικών συσκευών μέτρησης μπορούν πλέον να δείχνουν μεγαλύτερη ακρίβεια και συνήθως μπορούν να αυτοματοποιηθούν.
Οι μέθοδοι γεωδαιτικής μέτρησης έχουν αναπτυχθεί σημαντικά με την έλευση του τοπογραφικά όργανα λέιζερ. Ακτίνα λέηζερ είναι κυριολεκτικά ορατό, σε αντίθεση με τον άξονα στόχο της συσκευής, που διευκολύνει τον προγραμματισμό κατά την κατασκευή, τη μέτρηση και την παρακολούθηση των αποτελεσμάτων. Η δέσμη προσανατολίζεται με συγκεκριμένο τρόπο και χρησιμεύει ως γραμμή αναφοράς ή δημιουργείται ένα επίπεδο, σε σχέση με το οποίο μπορούν να γίνουν πρόσθετες μετρήσεις χρησιμοποιώντας ειδικούς φωτοηλεκτρικούς δείκτες ή με οπτική ένδειξη της δέσμης.
Οι συσκευές μέτρησης λέιζερ δημιουργούνται και βελτιώνονται σε όλο τον κόσμο.Επίπεδα λέιζερ μαζικής παραγωγής, θεοδόλιθοι, εξαρτήματα για αυτούς, βαρέλια, οπτικοί αποστασιομετρητές, ταχύμετρα, συστήματα ελέγχου μηχανισμών κατασκευής κ.λπ.
Ετσι, συμπαγή λέιζερ τοποθετούνται σε ένα αντικραδασμικό και αδιάβροχο σύστημα της συσκευής μέτρησης, ενώ επιδεικνύουν υψηλή αξιοπιστία λειτουργίας και σταθερότητα της κατεύθυνσης της δέσμης.Συνήθως, το λέιζερ σε μια τέτοια συσκευή εγκαθίσταται παράλληλα με τον άξονα σκόπευσης, αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις το λέιζερ είναι εγκατεστημένο στη συσκευή, επομένως η κατεύθυνση του άξονα ρυθμίζεται χρησιμοποιώντας πρόσθετα οπτικά στοιχεία. Ο οπτικός σωλήνας χρησιμοποιείται για να κατευθύνει τη δέσμη.
Για να μειωθεί η απόκλιση δέσμης λέιζερ, α τηλεσκοπικό σύστημα, που μειώνει τη γωνία απόκλισης της δέσμης ανάλογα με την αύξησή της.
Το τηλεσκοπικό σύστημα βοηθά επίσης στο σχηματισμό μιας εστιασμένης δέσμης λέιζερ εκατοντάδες μέτρα μακριά από το όργανο. Εάν η μεγέθυνση του τηλεσκοπικού συστήματος είναι, ας πούμε, τριάντα φορές, τότε θα ληφθεί μια δέσμη λέιζερ με διάμετρο 5 cm σε απόσταση 500 m.
Αν γίνει οπτική ένδειξη της δέσμης, στη συνέχεια χρησιμοποιείται οθόνη με πλέγμα τετραγώνων ή ομόκεντρων κύκλων και ράβδος ισοπέδωσης για αναγνώσεις. Σε αυτή την περίπτωση, η ακρίβεια ανάγνωσης εξαρτάται τόσο από τη διάμετρο του φωτεινού σημείου όσο και από το πλάτος της ταλάντωσης της δέσμης λόγω του μεταβλητού δείκτη διάθλασης του αέρα.
Η ακρίβεια ανάγνωσης μπορεί να αυξηθεί με την τοποθέτηση πλακών ζώνης στο τηλεσκοπικό σύστημα—διαφανείς πλάκες με εναλλασσόμενους (διαφανείς και αδιαφανείς) ομόκεντρους δακτυλίους συνδεδεμένους σε αυτές. Το φαινόμενο της περίθλασης χωρίζει τη δέσμη σε φωτεινούς και σκοτεινούς δακτυλίους. Τώρα η θέση του άξονα της δοκού μπορεί να προσδιοριστεί με υψηλή ακρίβεια.
Οταν χρησιμοποιείτε φωτοηλεκτρική ένδειξη, χρησιμοποιήστε διαφορετικούς τύπους συστημάτων φωτοανιχνευτών. Το πιο απλό πράγμα είναι να μετακινήσετε ένα φωτοκύτταρο κατά μήκος μιας κάθετα ή οριζόντια τοποθετημένης ράγας κατά μήκος του φωτεινού σημείου ενώ ταυτόχρονα καταγράφεται το σήμα εξόδου. Το σφάλμα σε αυτή τη μέθοδο ένδειξης φτάνει τα 2 mm ανά 100 m.
Πιο προηγμένοι είναι οι διπλοί φωτοανιχνευτές, για παράδειγμα, των διαχωρισμένων φωτοδιόδων, οι οποίοι παρακολουθούν αυτόματα το κέντρο της δέσμης φωτός και καταγράφουν τη θέση του τη στιγμή που ο φωτισμός και των δύο μερών του δέκτη είναι πανομοιότυπος. Εδώ το σφάλμα στα 100 m φτάνει μόνο 0,5 χλστ.
Τέσσερα φωτοκύτταρα καθορίζουν τη θέση της δέσμης κατά μήκος δύο αξόνων και στη συνέχεια το μέγιστο σφάλμα στα 100 m είναι μόνο 0,1 mm. Οι πιο σύγχρονοι φωτοανιχνευτές μπορούν επίσης να εμφανίζουν πληροφορίες σε ψηφιακή μορφή για ευκολία στην επεξεργασία των δεδομένων που λαμβάνονται.
Οι περισσότεροι αποστασιοποιητές λέιζερ που παράγονται από τη σύγχρονη βιομηχανία είναι παλμικοί. Η απόσταση καθορίζεται με βάση το χρόνο που χρειάζεται για να φτάσει ο παλμός λέιζερ στον στόχο και να επιστρέψει. Και εφόσον η ταχύτητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος στο μέσο μέτρησης είναι γνωστή, τότε η διπλάσια απόσταση από τον στόχο είναι ίση με το γινόμενο αυτής της ταχύτητας και του μετρούμενου χρόνου.
Οι πηγές ακτινοβολίας λέιζερ σε τέτοιες συσκευές για τη μέτρηση αποστάσεων πάνω από ένα χιλιόμετρο είναι ισχυρές λέιζερ στερεάς κατάστασης… Τα λέιζερ ημιαγωγών εγκαθίστανται σε συσκευές για τη μέτρηση αποστάσεων από πολλά μέτρα έως πολλά χιλιόμετρα. Η εμβέλεια τέτοιων συσκευών φτάνει τα 30 χιλιόμετρα με σφάλμα εντός κλασμάτων του μέτρου.
Μια πιο ακριβής μέτρηση εύρους επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μέτρησης φάσης, η οποία λαμβάνει επίσης υπόψη τη διαφορά φάσης μεταξύ του σήματος αναφοράς και αυτού που έχει διανύσει τη μετρούμενη απόσταση, λαμβάνοντας υπόψη τη συχνότητα διαμόρφωσης του φορέα. Αυτά είναι τα λεγόμενα αποστασιομετρητές λέιζερ φάσηςλειτουργούν σε συχνότητες της τάξης των 750 MHz όπου λέιζερ αρσενιδίου γαλλίου.
Τα επίπεδα λέιζερ υψηλής ακρίβειας χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, στο σχεδιασμό διαδρόμων. Δημιουργούν ένα επίπεδο φωτός περιστρέφοντας τη δέσμη λέιζερ. Το επίπεδο εστιάζεται οριζόντια λόγω δύο αμοιβαία κάθετων επιπέδων. Το ευαίσθητο στοιχείο κινείται κατά μήκος της ράβδου και η ανάγνωση πραγματοποιείται στο ήμισυ του αθροίσματος των ορίων της περιοχής στην οποία η συσκευή λήψης παράγει ένα ηχητικό σήμα. Το εύρος εργασίας τέτοιων επιπέδων φτάνει τα 1000 m με σφάλμα έως και 5 mm.
Στους θεοδόλιθους λέιζερ, ο άξονας της δέσμης λέιζερ δημιουργεί τον ορατό άξονα παρατήρησης. Μπορεί να κατευθυνθεί απευθείας κατά μήκος του οπτικού άξονα του τηλεσκοπίου της συσκευής ή παράλληλα με αυτό. Ορισμένα εξαρτήματα λέιζερ σας επιτρέπουν να χρησιμοποιήσετε το ίδιο το τηλεσκόπιο θεοδόλιτου ως μονάδα ευθυγράμμισης (για να δημιουργήσετε παράλληλες δέσμες — άξονας θέασης λέιζερ και σωλήνα) και να μετράτε στη συσκευή ανάγνωσης του ίδιου του θεοδόλιτου.
Ένα από τα πρώτα ακροφύσια που κατασκευάστηκαν για τον θεοδόλιθο OT-02 ήταν το ακροφύσιο LNOT-02 με λέιζερ αερίου ηλίου-νέον με ισχύ εξόδου 2 mW και γωνία απόκλισης περίπου 12 λεπτών τόξου.
Το λέιζερ με το οπτικό σύστημα στερεώθηκε παράλληλα με το τηλεσκόπιο του θεοδόλιθου έτσι ώστε η απόσταση μεταξύ του άξονα της δέσμης και του άξονα σκόπευσης του θεοδολίτη να είναι 10 cm.
Το κέντρο της γραμμής του πλέγματος του θεοδολίτη είναι ευθυγραμμισμένο με το κέντρο της φωτεινής δέσμης στην απαιτούμενη απόσταση.Στο αντικείμενο του συστήματος ευθυγράμμισης υπήρχε ένας κυλινδρικός φακός που επέκτεινε τη δέσμη και ένας τομέας με γωνία ανοίγματος έως και 40 λεπτά τόξου για ταυτόχρονη εργασία σε σημεία που βρίσκονται σε διαφορετικά ύψη εντός της διαθέσιμης διάταξης της συσκευής.
Δείτε επίσης: Πώς λειτουργούν και λειτουργούν τα θερμόμετρα λέιζερ