Jak fungují laserové měřiče
Stavební a související inženýrské průzkumy se neobejdou inženýrsko-geodetické práce. Právě zde se osvědčují laserová měřicí zařízení, která vám umožní efektivněji řešit příslušné problémy. Procesy, které se tradičně provádějí pomocí klasických nivelací, teodolitů, lineárních měřicích zařízení mohou nyní vykazovat vyšší přesnost a lze je obvykle automatizovat.
Metody geodetického měření se výrazně rozvinuly s příchodem laserové měřicí přístroje. Laserový paprsek je doslova vidět, na rozdíl od cílové osy zařízení, což usnadňuje plánování při stavbě, měření a sledování výsledků. Paprsek je určitým způsobem orientován a slouží jako referenční čára, případně je vytvořena rovina, vůči které lze provádět doplňková měření pomocí speciálních fotoelektrických indikátorů nebo vizuální indikací paprsku.
Laserová měřicí zařízení jsou vytvářena a zdokonalována po celém světě.Sériově vyráběné laserové vodováhy, teodolity, nástavce k nim, olovnice, optické dálkoměry, tachyometry, řídicí systémy stavebních mechanismů atd.
Tak, kompaktní lasery jsou umístěny v nárazuvzdorném a vlhkotěsném systému měřícího zařízení, přičemž vykazují vysokou spolehlivost provozu a stabilitu směru paprsku.Obvykle je laser v takovém zařízení instalován rovnoběžně s jeho zaměřovací osou, ale v některých případech laser je instalován v zařízení, takže směr osy se nastavuje pomocí přídavných optických prvků. Zaměřovací tubus se používá k nasměrování paprsku.
Chcete-li snížit divergenci laserového paprsku, a teleskopický systém, který zmenšuje úhel divergence paprsku úměrně jeho zvětšení.
Teleskopický systém také pomáhá vytvářet zaostřený laserový paprsek stovky metrů od přístroje. Pokud je zvětšení teleskopického systému řekněme třicetinásobné, pak se získá laserový paprsek o průměru 5 cm na vzdálenost 500 m.
Pokud je hotovo vizuální indikace paprsku, pak se pro odečítání používá clona s mřížkou čtverců nebo soustředných kruhů a nivelační tyč. V tomto případě závisí přesnost čtení jak na průměru světelné skvrny, tak na amplitudě kmitání paprsku v důsledku proměnného indexu lomu vzduchu.
Přesnost čtení lze zvýšit umístěním zónových destiček do teleskopického systému – průhledných destiček se střídajícími se (průhlednými a neprůhlednými) soustřednými kroužky, které jsou k nim připevněny. Fenomén difrakce rozděluje paprsek na světlé a tmavé prstence. Nyní lze polohu osy paprsku určit s vysokou přesností.
Při použití fotoelektrická indikace, používat různé typy fotodetektorových systémů. Nejjednodušší je pohybovat fotobuňkou po svisle nebo vodorovně namontované kolejnici přes světelnou skvrnu a současně zaznamenat výstupní signál. Chyba při tomto způsobu indikace dosahuje 2 mm na 100 m.
Pokročilejší jsou dvojité fotodetektory např. dělených fotodiod, které automaticky sledují střed světelného paprsku a registrují jeho polohu v okamžiku, kdy je osvětlení obou částí přijímače shodné.Tady chyba na 100 m dosahuje pouze 0,5 mm.
Čtyři fotobuňky fixují polohu paprsku podél dvou os a pak je maximální chyba na 100 m pouze 0,1 mm. Nejmodernější fotodetektory mohou také zobrazovat informace v digitální podobě pro pohodlí při zpracování přijatých dat.
Většina laserových dálkoměrů vyráběných moderním průmyslem je pulzní. Vzdálenost je určena na základě doby, za kterou laserový puls dosáhne cíle a zpět. A protože je známa rychlost elektromagnetické vlny v měřicím prostředí, pak se dvojnásobná vzdálenost k cíli rovná součinu této rychlosti a naměřeného času.
Zdroje laserového záření v takových zařízeních pro měření vzdáleností přes kilometr jsou výkonné pevnolátkové lasery… Polovodičové lasery jsou instalovány v zařízeních pro měření vzdáleností od několika metrů do několika kilometrů. Dosah takových zařízení dosahuje 30 kilometrů s chybou ve zlomcích metru.
Přesnějšího měření vzdálenosti je dosaženo použitím metody měření fáze, která bere v úvahu i fázový rozdíl mezi referenčním signálem a tím, který urazil měřenou vzdálenost, s přihlédnutím k modulační frekvenci nosné. Jedná se o tzv fázové laserové dálkoměrypracující na frekvencích řádově 750 MHz kde gallium arsenidový laser.
Vysoce přesné laserové vodováhy se používají například při navrhování drah. Vytvářejí světelnou rovinu otáčením laserového paprsku. Rovina je zaostřena vodorovně díky dvěma vzájemně kolmým rovinám. Citlivý prvek se pohybuje podél osnovy a čtení se provádí v polovině součtu hranic oblasti, ve které přijímací zařízení generuje zvukový signál. Pracovní dosah takových hladin dosahuje 1000 m s chybou do 5 mm.
U laserových teodolitů vytváří osa laserového paprsku viditelnou osu pozorování. Může být nasměrován přímo podél optické osy dalekohledu zařízení nebo rovnoběžně s ní. Některé laserové nástavce umožňují používat samotný teodolitový dalekohled jako kolimační jednotku (k vytváření paralelních paprsků – osa laserového a tubusového zaměřovače) a počítat proti vlastnímu čtecímu zařízení teodolitu.
Jednou z prvních trysek vyrobených pro teodolit OT-02 byla tryska LNOT-02 s helium-neonovým plynovým laserem s výstupním výkonem 2 mW a úhlem divergence asi 12 obloukových minut.
Laser s optickou soustavou byl upevněn rovnoběžně s teodolitovým dalekohledem tak, aby vzdálenost mezi osou paprsku a osou zaměřování teodolitu byla 10 cm.
Střed čáry teodolitové mřížky je zarovnán se středem světelného paprsku v požadované vzdálenosti.Na objektivu kolimačního systému byla válcová čočka rozšiřující paprsek a sektor s úhlem otevření až 40 obloukových minut pro současnou práci v bodech umístěných v různých výškách v rámci dostupného uspořádání zařízení.
Viz také: Jak fungují a fungují laserové teploměry