lazernaya_tekhnika_uchebnik (863459), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Расстояние можно определить по формулеD = (c/2f)φ2D/2π,где φ2D – разность фаз, возникающая при прохождении расстояния, равного 2D; f – частота модуляции лазерной несущей.Данное выражение можно преобразовать к виду, более часто используемому в реальных светодальномерах,D = c/2f(N + φ/2π),где N – число целых полных фазовых циклов модулирующей частотыили целое число длин волн модулирующей частоты, укладывающейся врасстояние 2D; φ/2π – дробная часть фазового набега (0 < φ < 2π).При проведении измерений в фазовых светодальномерах определяется либо величина дробной части фазового цикла при фиксированнойчастоте модуляции f, либо при фиксированном значении дробной частифазы измеряют изменение частоты модуляции.
Независимо от способаполучения измерительной информации для устранения неоднозначности определения целого числа N необходимо проводить измерения нанескольких модулирующих частотах и/или знать приближенное значе108ние измеряемого расстояния. К фазовым лазерным дальномерам можноотнести дальномер СП05, работающий на сверхвысоких частотах порядка 750 МГц, светодальномер «Блеск» СТ5 на полупроводниковомлазере с арсенидом галлия.К группе самостоятельных лазерных приборов можно отнести выпускаемые нашей промышленностью в самом начале применения лазеров в геодезии приборы и системы: лазерный прибор многоцелевого назначения ПИЛ-1, лазерный прибор УНЛЗ-У5, лазерные системыСКП-1, САУЛ-1, УКЛ-1, СЛВ (с прибором ЛВ-78), а также зарубежныеприборы CL3BM, CL4B (Польша).
Более совершенными являются лазерные системы со сканирующим устройством, в том числе разработанные в нашей стране СКП-1, САУЛ-1, УКЛ-1, СЛВ и зарубежные: Геоплейн 300 (Швеция), система Лазерплейн, Ротолайт, LB-2 модель 3900,LAI 2900, LAI 5000 (США), I.AT 5025/26 (CШA), LSSK 611(Польша).Нивелир модели «Лазерплейн» (США) предназначен для нивелирных работ при строительстве взлетно-посадочных полос аэродромов,при ирригационных и дренажных работах и т.д. Вращающийся лазерный пучок создает световую плоскость, фиксируемую в горизонтальном положении с помощью двух взаимно перпендикулярных уровней сценой деления 5ʺ.
В комплект прибора входит специальная нивелирнаярейка, по которой перемещается чувствительный приемный элемент. Взоне облучения приемное устройство вырабатывает звуковые сигналыи отсчет определяется как полусумма двух границ «звучащей» области.Дальность действия прибора может достигать 1000 м, а погрешностьнивелирных работ достигает 5 мм при благоприятных метеоусловиях.Прибор в четыре раза повышает производительность работ по сравнению с классическим нивелированием.
Современные приборы, решающие задачи нивелирования и створофиксации, включают лазерные модули МЛ-04, лазерные струны ЛНС и др.Лазерные теодолиты имеют лазерный источник излучения, осьпучка которого создает визуализированную ось наблюдений. При этомось пучка излучения может быть направлена вдоль оптической оси зрительной трубы теодолита или параллельно ей. Различают собственнолазерные теодолиты, где лазер конструктивно входит в состав прибора,и лазерные насадки, где серийно выпускаемый теодолит комплектуется лазерным источником и узлом согласования лазерного излучения иоптической оси зрительной трубы теодолита. Наиболее перспективным109считают создание высокоэффективных лазерных насадок, позволяющихиспользовать зрительные трубы теодолитов в качестве коллимирующихузлов, а отсчет вести по отсчетным устройствам самого теодолита.Одним из первых известных решений лазерной теодолитной насадки отечественного производства являлась насадка ЛНОТ-02 к теодолиту ОТ-02.
Источником излучения был газовый гелий-неоновый лазерс выходной мощностью 2 мВт и углом расходимости около 12ʹ. Лазерс коллимирующей оптической системой устанавливается параллельнозрительной трубе теодолита с расстоянием 10 см между осью пучка ивизирной осью теодолита. На малых расстояниях (до 100 м) необходимодля каждого измерения совмещать центр перекрестия сетки с центромсветового пучка, а на расстоянии более 500 м это совмещение происходит автоматически. Коллимирующая система лазера позволяет фокусировать его излучение на разные расстояния, а цилиндрическая линзана объективе коллимирующей системы разворачивает пучок и секторс углом раскрыва до 40ʹ для одновременной работы в точках, которыерасположены на разной высоте в пределах створа, обеспечиваемогорасходимостью лазерного пучка после прохождения коллимирующейсистемы (20ʺ). Аналогичное конструктивное решение имеет лазернаятеодолитная насадка фирмы «Wild» (Швейцария) GLA-3, однако используемый лазер имеет большую мощность (5 мВт) и, как следствие,несколько большие габариты излучающей головки лазера.Другой разновидностью лазерных насадок являются насадки, в которых ось лазерного пучка совмещена с визирной осью зрительной трубы теодолита с помощью световода.
В качестве световодов чаще всего используют волоконную оптику, обеспечивающую гибкую оптическую связь с допустимыми потерями. В этом случае лазер необходимой мощности располагается на треноге теодолита, а ввод пучка осуществляется относительнонебольшим узлом, который не нарушает балансировку трубы. В лазерныхнасадках с совмещенными осями пучка и зрительной трубы целесообразно использовать сетки, у которых отсутствует центральное перекрестие,так как в этом случае уменьшаются потери излучения на виньетирование иза счет дифракции.
Гибкие оптические связи могут достигать длины 1,5 м.Схема лазерной окулярной насадки приведена на рис. 4.27.Лазерное излучение из световода 1 с помощью призмы-куба 2 исистемы 4 фокусируется на сетку нитей 5, сопряженную с плоскопараллельной пластиной 3. Изображение сетки нитей и лазерного пятнанаблюдается через окуляр 6. Совмещение осей пучка и зрительной тру1105432671Рис. 4.27. Схема лазерной окулярной насадки со световодом:1 – световод от лазера; 2 – призма-куб; 3 – пластина; 4 – система переносаизображения; 5 – сетка нитей; 6 – окуляр зрительной трубы; 7 – юстировочная линзабы производится линзой 7, имеющей два взаимно перпендикулярныхюстировочных перемещения. Общим недостатком лазерных насадокявляются большие потери мощности при вводе излучения за счет применения полупрозрачных элементов и согласующих линз и призм.Лазерные теодолиты, как правило, конструируются на базе механической осевой системы серийных теодолитов с использованием серийно выпускаемых лазеров.
В отечественной практике ранее использовались лазерные теодолиты ЛТ-75 на базе теодолита ТТ2ʺ/6ʺ с лазеромЛГ-75 и ЛТ-56 на базе горного теодолита ТГ-1 и лазера ЛГ-56. В обоихслучаях теодолитные осевые системы позволили без существенных доработок установить в лагерах лазеры с коллимирующими оптическимисистемами. В ЛТ-75 был использован лазер мощностью более 30 мВт,что позволяло производить работы на больших расстояниях в течениедлительного времени, например, в гидротехническом строительстве идля ограждения морских каналов и фарватеров. Погрешность отсчетапо горизонтальному кругу 2ʺ в пределах 360°, а по вертикальному – 6ʺв пределах ±30°. Лазерный теодолит ЛТ-56 использовался для контроляза движением горнопроходческой техники в тоннелях и имел погрешность отсчитывания горизонтальных углов, равную 30ʺ.
В настоящеевремя в состав электронных тахеометров входят только полупроводниковые лазерные излучатели, резко сократившие габаритные размерылазерных узлов теодолитов или приставок к ним.111В заключение этого раздела перечислим лазерные геодезическиеприборы, которые выпускались в нашей стране. Их можно разделитьна самостоятельные и используемые как дополнительные устройства кгеодезическим приборам классического типа. К первой группе можноотнести лазерный прибор многоцелевого назначения ПИЛ-1, лазерныйприбор УНЛЗ-У5, лазерные системы СКП-1, САУЛ-1, УКЛ-1, СЛВ,ПЗНЛ-01, ЛНС. Ко второй группе относятся лазерный нивелир НЛ-1 илазерные насадки к теодолитам Т1, Т2, Т3, T16.Система СКП-1 состоит из лазерного излучателя, закрепленногов точке с известной высотной отметкой и создающего опорную световую плоскость, фотоприемного устройства, закрепленного на рабочеморгане землеройной машины, и индикатора, который устанавливаетсяв кабине машиниста.
Дальность действия передатчика 500 м, частота вращения пентапризмы 72–108 об/мин. Система САУЛ-1, в отличие от СКП-1, обеспечивает установку световой плоскости с уклономот 0 до 0,03. В качестве излучателя используется лазер ИЛГН-207(в современной модификации ГН-2П-1). Система УКЛ-1 была предназначена для автоматического управления рабочим органом землеройной машины и применялась при строительстве каналов, трубопроводови т.д. В качестве источника излучения использовался лазер ИЛГН-203.Дальность действия системы 500 м, средняя квадратическая погрешность ±5 мм.
Лазерная система СЛВ предназначена для непрерывногоконтроля за движением землеройной строительной машины по заданному направлению и уклону. Она состоит из лазерного визира ЛВ-78,сканирующей насадки, двух фотоприемных устройств и двух индикаторов положения (по направлению и уклону).Построитель зенитно-надирной линии ПЗНЛ-01 предназначен длянивелирования при проведении строительных и отделочных работ.Излучение полупроводникового лазера, работающего на длине волны0,65 мкм, совместно с оптической системой и встроенным двигателемавтоматически задает горизонтальную плоскость и вертикальную линию. Лазерный геодезический прибор ПИЛ-1 предназначен для геодезических измерений, в которых используются задаваемые лазернымлучом горизонтальные и вертикальные линии и плоскости.
Сканирующее устройство позволяет получить световую плоскость или секторрегулируемой величины. Современные образцы прибора такого типаизвестны под марками LG и KLM.1124.10. Когерентные измерители перемещенийС разработкой лазера как источника излучения с высокой когерентностью стало возможным использование методов и приборов оптической интерферометрии в более широких рабочих диапазонах. Учитывая, что длина когерентности лазеров на углекислом газе принципиально может достигать сотен и тысяч километров, возможно построениеинтерференционных приборов с рабочими диапазонами, соизмеримыми с допустимой разностью хода, близкой к длине когерентностииспользуемого излучения.
В настоящее время известны устройства посхеме интерферометра Майкельсона с длиной плеча до 1 км и по схемеинтерферометра Фабри–Перо с расстоянием между зеркалами до 30 м.Лазерные измерители линейных перемещенийВысокая когерентность лазерного излучения обуславливает высокую монохроматичность и направленность используемого лазерногопучка, что позволяет создавать эффективные средства измерения линейных перемещений с использованием когерентных методов обработки информации. Наиболее точные измерения линейных величин производятся с помощью интерферометров.
Обычно измерительная аппаратура строится по схеме двухплечевого интерферометра Майкельсонаили его различных модификаций.В простейшем виде лазерный интерферометр для измерения точных линейных перемещений на значительных расстояниях представляет собой двухплечевой интерферометр Майкельсона, у которого опорное зеркало и светоделительное устройство расположены недалеко отлазера на едином основании, а зеркало измерительного канала находится на стабильном основании на удалении L от лазера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
