Etäisyysvalomittari on geodeettinen laite, jolla voidaan mitata kymmenien (joskus satojen) kilometrien etäisyyksiä suurella tarkkuudella (jopa useisiin millimetreihin).
Joten esimerkiksi etäisyys Maan ja Kuun välillä mitattiin valoetäisyysmittarilla useiden senttimetrien tarkkuudella (katso lasereiden käyttö ).
Etäisyydet mitataan lähetetyn ja vastaanotetun säteen välisellä vaihe-erolla, moduloimalla valoa eri taajuuksilla (vaihevalon etäisyysmittarit) tai sillä hetkellä, kun säde kulkee mitatun matkan (pulssivaloetäisyysmittarit).
Valomittarit koostuvat:
Heijastin voi olla prisma tai peililinssi. Yleisimmin käytetty on prismaattinen heijastin, joka koostuu eri määrästä kulmaprismoja ( kolmoisprismoja ), jotka on asennettu yhteiseen koteloon. Asennettu mitatun rivin loppuun.
Lähetin-vastaanotinVaihevalon etäisyysmittarin lähetin-vastaanotin koostuu yleensä seuraavista elementeistä: säteilylähde, säteilymodulaattori, moduloiva (skaala)taajuusgeneraattori, lähettävä ja vastaanottava optinen järjestelmä sekä vaiheen vastaanotto-osa, mukaan lukien säteilyvastaanotin, analoginen tai digitaalinen vaihemittari ja pääteilmaisinlaite. Säteilylähteenä harvinaisia poikkeuksia lukuun ottamatta joko heliumneonin (He Ne) seokseen perustuva kaasulaser , joka säteilee spektrin punaisella alueella (säteilyn aallonpituus A, = 0,63 μm), tai galliumarsenidi-LED (GaAs) ), säteilee IR-alueella (A, = 0,9 μm) [8].
Lasereilla varustetuissa etäisyysmittauksissa modulaattorina käytetään Pockels-kennoa KDP-tyyppisellä kiteellä tai Kerr-kennoa , jossa on nitrobentseeniä . LEDeillä varustetut etäisyysmittarit käyttävät sisäistä säteilymodulaatiota. Säteilyvastaanotin on yleensä joko valomonistinputki (PMT) tai harvemmin valodiodi: Piirin tyypin mukaan etäisyysmittarit jaetaan kahteen ryhmään:
1) valoetäisyysmittarit, joissa referenssi- ja heijastuneiden signaalien vaihevertailu tapahtuu suurella valomodulaatiotaajuudella, ja
2) heterodyne-valoetäisyysmittarit, joissa vaihevertailu siirretään matalalle taajuudelle, joka muodostuu modulaatiotaajuuden ja apugeneraattorin ( paikallisoskillaattorin ) taajuuden sekoittamisen tuloksena referenssi- ja signaalikanavassa.
Nykyaikaisten laitteiden epäselvyys ratkaistaan useimmissa tapauksissa ottamalla käyttöön useita kiinteitä valon modulaatiotaajuuksia. Laitteen jatkuvan korjauksen epävakauden vaikutuksen eliminoimiseksi mittausprosessin aikana on järjestetty optinen oikosulkulinja (OSC).
Vaihemittaukset tehdään joko analogisella (kompensoidulla) tai digitaalisella menetelmällä. Jälkimmäisessä tapauksessa mittaukset voidaan automatisoida aina tuloksen lähettämiseen elektroniselle digitaaliselle näytölle ja ulkoiselle tallennuslaitteelle ( rei'itysnauha , magneettinen tietoväline jne.). Uusimmissa laitteissa ohjauksen, laskennan ja ohjauksen tehtävät ratkaistaan mikroprosessorien tai mikrotietokoneiden avulla. Niillä on tarkoitus mitata tilageodeettisten verkostojen sivuja sekä korkeampien luokkien avaruuskolmioinnin ja kolmiomittauksen perusteita.
Emitterin tehon kasvu johti mahdollisuuteen saada stabiili heijastuva signaali hajapinnalta, mikä mahdollistaa etäisyyden mittaamisen ilman heijastinta. Tämä puolestaan säästää aikaa.
Lyhyen kantaman valoetäisyysmittarit, jotka pystyvät mittaamaan etäisyyksiä useiden kilometrien (jopa 1 3) etäisyyksille 2 cm:n virheellä. Ne on tarkoitettu etäisyyksien mittaamiseen geodeettisissa kondensaatioverkostoissa ja topografisten mittausten suorittamiseen. Joissakin tapauksissa tämän ryhmän laitteiden kantama voi ylittää määritetyn rajan ja saavuttaa 10 15 km. Kevyet etäisyysmittarit, joilla on parannettu ja suurin tarkkuus lyhyille matkoille, joilla voit mitata etäisyyksiä 0 1 3 km 2 mm tai pienemmällä virheellä.
Ne on suunniteltu etäisyyksien tarkkuusmittaukseen sovelletun geodesian eri ongelmien ratkaisemisessa, kaivosmittauksissa ja erikoismittauksissa. Neuvostoliitossa GOST 19223 82:n mukaisesti ilmoitetuille valoetäisyysmittareiden ryhmille annettiin vastaavat kirjainindeksit: G (geodeettinen), T (topografinen), P (käytetään sovelletussa geodesiassa ). Nämä kirjaimet lisätään C-kirjaimeen, joka tarkoittaa sanaa "valoetäisyysmittari", jonka jälkeen näytetään laitteen kantamaa osoittavat numerot. Esimerkiksi ST-3 tarkoittaa topografista etäisyysmittaria, jonka kantama on 3 km.
Toisen ryhmän (topografiset) valoetäisyysmittarit valmistetaan usein yhdistettyjen laitteiden muodossa. Tämä tarkoittaa, että niitä voidaan käyttää paitsi itsenäisinä valoetäisyysmittaina myös teodoliitin etäisyysmittauslaitteina, jolloin tuloksena oleva mittaristo toimii elektronisena takymetrinä . Tässä tapauksessa kirjain H (suutin) lisätään aakkosnumeeriseen merkintään. Laitteen miinanmittausversio on merkitty lisäkirjaimella M. Erillisen laitekategorian muodostavat yksiosaiset elektroniset takeometrit.
Geodeettiset valoetäisyysmittarit: "Granat" valoetäisyysmittari: "Granat" laseretäisyysmittari, joka on kehitetty TsNIIGAIKissa , päivitetty versio aikaisemmasta "Quartz"-etäisyysmittarista. Se eroaa Quartzista pienemmillä mitoilla ja painolla, pienemmällä virrankulutuksella johtuen transistorien käytöstä lamppujen sijasta. Hieman pienempi optiikan halkaisija pienensi kantaman 20 kilometriin 30:n sijasta (Quartz-etäisyysmittarissa päiväsaikaan).
Laserin säteily ohjataan modulaattoriin ( Kerr-kondensaattori ja polaroidianalysaattori ) ja lähetetään etäheijastimeen optisen järjestelmän avulla. Vastaanottava optinen järjestelmä kerää osan heijastuneesta säteestä ja fokusoi sen valomonistimen katodille. PMT:n eteen on asennettu harmaa kiila (valovuonvaimennin) SC ja kapeakaistainen optinen häiriösuodatin IF.
Mahdollisuus visuaaliseen valon havainnointiin OK-okulaarin kautta. Laitteessa on optinen oikosulkujohto (OCS), johon valo voidaan ohjata OT P OSC -kytkimellä. Etäisyysmittarin elektroninen osa on valmistettu heterodynepiirin mukaan taajuusmuunnolla PMT :ssä . Generaattorista tuleva moduloiva taajuus fM syötetään valomodulaattoriin ja samanaikaisesti sekoittimeen, jossa se sekoitetaan paikallisoskillaattorin taajuuteen fr muodostaen referenssisignaalin, jonka taajuus on pieni D \u003d 5 kHz ja jonka lähettää resonanssivahvistin ja syötetään vaiheilmaisimen yhteen tuloon .
Vaiheilmaisimen toinen sisääntulo vastaanottaa samalla erotaajuudella Af signaalin, joka muodostuu sekoittamalla taajuudet m ja r PMT:ssä (taajuus r syötetään valomonistimen ulkoiselle elektrodille, joka vastaanottaa taajuudella moduloitua valoa fM) ja se eristetään toisella resonanssivahvistimella. Osoittimen nollan merkkivalo vaiheilmaisimen lähdössä näyttää nollaa, kun referenssi- ja signaalikanavien vaihe-ero pienenee 90° tai 270°. Tämä vähennys suoritetaan vaiheensiirtimellä , jonka asteikolla lukema otetaan.
Etäisyysmittarissa on neljä modulaatiotaajuutta, jotka on valittu toteuttamaan bittikohtainen tapa määrittää kokonaisetäisyys. Ensimmäisen taajuuden arvo on sellainen, että koko vaiheensiirtimen asteikko vastaa 5 m:n standardiolosuhteissa (lämpötila 0°C ja paine 760 Torr kuivassa ilmassa). Siksi mittaukset kaikilla neljällä taajuudella antavat sinun saada yksiselitteisesti etäisyyden 5 km:n sisällä; kokonaisten 5 km:n osien lukumäärä määräytyy etäisyyden likimääräisen arvon perusteella, jonka tulee olla tiedossa enintään ± 2,5 km:n virheellä. Näiden lukemien avulla voit saada peräkkäiset desimaalit kaksinkertaisella etäisyysarvolla.
Jakamalla tuloksen kahdella saadaan mitattava kokonaisetäisyys (0,5 km:n sisällä), joka määritetään 1 cm:n tarkkuudella ("karkeat" mittaukset). Viimeisen numeron tarkennus (enintään 1 mm) suoritetaan kahdella mittausmenetelmällä samalla ensimmäisellä taajuudella ("tarkat" mittaukset). Eräs tarkka mittaustekniikka sisältää heijastimen ja oikosulkulukeman ottaminen kussakin vaihekytkimen neljästä asennosta, mikä siirtää vertailusignaalin vaihetta 90° askelin vaiheensiirtimen syklisen virheen vähentämiseksi [8].
Sähköoptinen etäisyysmittari, laite, joka mittaa etäisyyksiä ajan perusteella, joka kuluu, kun optisen tai infrapuna-alueen sähkömagneettiset aallot kulkevat mitatun matkan. Sähköoptiset etäisyysmittarit on jaettu pulssiin ja vaiheeseen (riippuen siitä, kuinka ne määrittävät ajan, joka kuluu valopulssilta kulkeakseen etäisyys kohteeseen ja takaisin). Ensimmäisen tyypin sähköoptiset etäisyysmittarit mittaavat aikaetäisyyttä sen hetken välillä, kun lähettimen lähettämä pulssi lähtee pulssin paluuhetkeen, joka tulee mitatun linjan loppuun asennetusta heijastimesta, toisen tyypin - mittauslinjan päähän asennetusta heijastimesta tulevan pulssin paluuhetken välillä. lähetetyn sinimuotoisesti moduloidun säteilyn ja vastaanotetun säteilyn vaihe-ero. Yleisimmin käytetyt vaihesähköoptiset etäisyysmittarit. Valonlähteet olivat ennen hehkulamppuja (3-30 W) ja kaasulamppuja (50-100 W), nykyään kaasu- ja puolijohdeoptisia kvanttigeneraattoreita (OQG). Sähköoptisissa etäisyysmittareissa käytetään yleensä amplitudimodulaatiota taajuuksilla 10-80 MHz, jolloin vaihe-ero 1° vastaa alle 1 cm:n etäisyyden muutosta. Rakenteellisesti modulaattori ja demodulaattori ovat samat, niiden toiminta perustuu Kerr - efektin tai Pockels - efektin käyttöön . Valovirtaa moduloiva vaihtojännite tuottaa skaalaustaajuusgeneraattorin, ns. koska sitä vastaava aallonpituus määrää vaihe-eron etäisyydeksi muuntamisen asteikon. Moduloitu valo muodostetaan linssi- tai peili-linssi-optisella järjestelmällä kapeasti suunnatuksi säteeksi, joka lähetetään heijastimeen. Heijastunut valo kohdistetaan demodulaattoriin lähettävän kaltaisella optisella järjestelmällä. Vaihe-eron ilmaisimen tallentama intensiteetti demodulaattorin lähdössä riippuu vastaanotetun valosignaalin vaihesuhteesta ja demodulaattoria ohjaavasta jännitteestä; vaiheensiirtimen avulla voit asettaa tietyn suhteen ja lukea tuloksena olevan vaihe-eron, jonka mukaan etäisyys lasketaan. Vaihe-eron indikaattorina voi toimia tarkkailijasilmä (sähköoptiset etäisyysmittarit visuaalisella osoituksella) tai valosähköinen laite, jonka lähdössä on osoitinlaite [4,8].
Sähköoptisten etäisyysmittareiden toiminta-alue on 50 km, neliövirhe on ± (1 + 0,2^D km) cm, missä D on etäisyys, sarjan massa on 30-150 kg, virrankulutus on 5-150 wattia.