Wykład

Temat: Konstrukcje przyrządów laserowych.

A w nim: Konstrukcje geodezyjnych przyrządów laserowych. Metody detekcji wiązki laserowej.

 

Pierwszymi konstrukcjami są typowe urządzenia laserowe składające się z lasera i lunety kolimacyjnej (teleskopowej) ogniskującej. W zależności od sposobu ukierunkowania wiązki w przestrzeni przez takie urządzenie wyróżniamy w tej grupie:

• niwelatory laserowe (libelowe i kompensacyjne)

• pionowniki laserowe (libelowe i kompensacyjne)

• teodolity laserowe

• aliniometry

• rzutniki (wskaźniki) laserowe

Ta grupa rozwiązań, szczególnie zaś wskaźniki laserowe, jest najczęściej stosowana w geodezji górniczej do nadawania kierunku wyrobisk, gdyż koszt zakupu tych urządzeń jest znacznie mniejszy od kosztu teodolitu laserowego oraz dzięki temu iż istnieje możliwość lepszego zabezpieczenia takiego wskaźnika przed wpływami atmosfery wyrobiska (zawilgocenie, zapylenie)

Drugą tendencją konstrukcji jest łączenie klasycznych przyrządów optycznych z laserami. Stosuje się tu cztery rozwiązania:

• polega na wprowadzeniu do lunety od strony okularu wiązki laserowej bezpośrednio z lasera za pomocą łączników

• demontuje się okular a na jego miejsce zakłada się konstrukcję z niezależnym układem optycznym (płytka światłodzieląca i okular)

 

• laser umieszczany w środku lunety. Promień lasera przechodzi przez układ płytek, potem przez układ lunety i wychodzi na zewnątrz. Omija okular a rekompensują to układy soczewek, które zastępują zogniskowanie przez okular.

• Luneta, okular, soczewka ogniskująca, na wspornikach laser z zasilaniem (nasadka laserowa)

Cel stosowania laserów

• poszerzają zakres prac

• podnoszą efektywność prac

• obsługują nawet 500 m odcinek

Detekcja - rozumiemy przez to wyznaczanie współrzędnych środka wiązki laserowej. Są trzy metody detekcji:

1) wizualna - polega na ustaleniu środka wiązki za pomocą wzroku. Należy plamkę aproksymować do regularnego kształtu i wyznaczyć środek (koła lub elipsy). Błąd średni detekcji wizualnej m = ±(1-2 mm/100 m). Do detekcji wizualnej stosujemy specjalne ekrany obserwacyjne z naniesionym na nich podziałem.

2) fotoelektryczna - polega na zastosowaniu jako urządzeń odbiorczych fotoprzetworników (fotodiody, fotogniwa, fototranzystory) są to urządzenia zamieniające energię świetlną na prąd elektryczny. Gdy wiązka przemieszcza się to indukowany jest prąd - wartość prądu informuje o wartości przesunięcia osi wiązki. Dokładność metody zależy od:

• stabilności sygnału

• stopnia wzmocnienia

Możliwe są do osiągnięcia dokładności do setnych części milimetra.
Układy takie można stosować do systemów pomiarowych rejestrujących zmianę położenia środka wiązki w czasie. Wykorzystuje się przy tym zasadę, że wartość prądów różnicowych jest proporcjonalna do przemieszczeń środka wiązki laserowej od położenia centralnego. Zależność między wartościami prądów a przemieszczeniem ustalana jest na drodze pomiarów testowych.
Rozkład natężenia w plamce musi być jednorodny. Dokładność tej metody detekcji w warunkach terenowych jest porównywalna do dokładności metody wizualnej.

3) zastosowanie matryc CCD (kamery cyfrowe) - CCD składa się z przetworników, układ do określania środka wiązki jest układem współrzędnych pikseli matrycy. Pomiar odbywa się na zasadzie zliczania pikseli zajętych przez plamkę i uśrednienia położenia środka plamki w układzie pikseli.

Rys.2 Schemat systemu detekcji wiązki laserowej

Rys.3 Położenie elementu na matrycy CCD

 

Metodę tą stosuje się do:

• pomiaru wychyleń budynków wysokich

• pomiaru ugięć mostów

• pomiaru refrakcji wiązki laserowej




Literatura:

A.Płatek "Geodezyjne dalmierze elektromagnetyczne i tachimetry elektroniczne"

A.Płatek "Elektroniczne techniki pomiarowe w geodezji"

Holejko "Precyzyjne elektroniczne pomiary w geodezji"

Przydatne linki związane z powyższą tematyką:

---