Принципы измерения расстояний лазерными (квантовыми) дальномерами.
Лазерные дальномеры (лазерные рулетки) − современные электронно-оптические приборы, используемые для определения дальности до любого предмета на местности. Погрешность измерений зависит от конструкции прибора и может колебаться от метра до одного миллиметра. В зависимости от модели прибора, дальномеры могут производить вычисления объемов и площадей помещений, а так же иметь различный набор сервисных функций.
Принцип работы большинства лазерных дальномеров основан на измерении разности фаз отраженного от предмета, до которого измеряется расстояние, лазерного импульса и излученного (рис. 1.6.).
Рис. 1.6. Оптические схемы фазового (слева) и импульсного (справа) дальномеров
Метод измерения разности фаз работает по принципу наложения на несущую частоту модулированного сигнала. Прибор измеряет постоянное смещение фазы, несмотря на неизбежные изменения в излучаемом и принимаемом сигнале. В результате сравнения фаз опорного и получаемого сигнала определяется только величина сдвига фазы, а целое число циклов остается неизвестным и не позволяет сразу получить расстояние. Эта неоднозначность разрешается путем многократных измерений модуляции волны, в результате чего определяется уникальное целое число циклов. Как только целое число циклов определено, то расстояние до цели может быть вычислено очень точно.
Для вычисления расстояний в импульсном методе определяется точное время прохождения импульса до цели и обратно. Импульсный лазер генерирует множество коротких импульсов в инфракрасной области спектра, которые направляются через зрительную трубу к цели. Эти импульсы отражаются от цели и возвращаются к инструменту, где при помощи электроники определяется точное время прохождения каждого импульса. Скорость прохождения света сквозь среду может быть точно определена. Поэтому, зная время прохождения, можно вычислить расстояние между целью и инструментом. Каждый импульс – это однократное измерение расстояния, но поскольку каждую секунду могут быть посланы тысячи таких импульсов, то с помощью усреднения результатов достаточно быстро достигается высокая точность измерений. На рис. 1.7. показано распределение измерений с помощью импульсного дальномера.
|
|
|
Рис. 1.7. Усреднение импульсов
В ходе измерения делается около 20000 лазерных импульсов в секунду. Затем они усредняются для получения более точного значения расстояния.
Точность обычных импульсных дальномеров обычно несколько ниже, чем у фазовых (до 10 мм).
Лазерная рулетка – это компактный прибор. Он прост в использовании; имеет противоударный, пыле- и влагозащитный корпус для работы в любых условиях. Лазерные дальномеры помогают производить замеры в неудобных местах и из углов помещений. Прибор может оснащаться большим количеством дополнительных аксессуаров и принадлежностей, таких как алюминиевые штативы, отражатели, интерфейсные кабели, оптические визиры и т.д. Максимальная дальность определения расстояния индивидуальна для каждой модели лазерного дальномера.
|
|
|
Лазерный дальномер часто называют лазерной рулеткой, потому что он заменил традиционную рулетку во многих отраслях бизнеса и производства. Вычисление площади и объема, сложение и вычитание – эти функции лазерного инструмента стали привычными. Более совершенные модели оснащены такими функциями, как замер угла наклона, вертикального, горизонтального или наклонного расстояния и т.п. Лазерная линейка, измеритель лазерный, измеритель расстояния и дальности – это все синонимы, которые часто используют люди для описания функций лазерного дальномера. Законодателем мод в этом сегменте много лет является швейцарская компания LeicaGeosystems, которая выпускает дальномеры как под своим именем, так и для известнейших торговых марок.
Лазерные дальномеры имеют дальность действия, которая в большей мере зависит от окружающего освещения и отражающей способности визируемой поверхности. Измерения в помещениях обычно не вызывает проблем. Труднее под открытым небом: при слепящем солнечном свете крошечную лазерную точку трудно рассмотреть обычно уже на расстоянии 10 м. Повышают распознаваемость красные очки, улучшающие видимость лазерного луча. С другой стороны, отраженный сигнал может быть настолько слабым, что его уже нельзя будет обработать с нужной степенью точности. В этом случае вместо результата измерений лазерные дальномеры выдают сигнал ошибки.
|
|
|
При измерении больших расстояний до 500 м в яркий солнечный день лучше применять импульсные дальномеры с инфракрасным излучателем. Они обычно снабжены оптическими визирами, т.к. излучаемые ими импульсы находятся в невидимой для человеческого глаза части спектра. Однако точность измерения такими дальномерами существенно ниже и составляет 0,1-0,5 м. На рис. 1.8. представлен дальномер, снабженный двумя лазерными излучателями и использующий оба способа измерения расстояний − импульсный и фазовый.
Методы нивелирования
Тригонометрическое нивелирование выполняют наклонным визирным лучом. При этом измеряют угол наклона линии визирования и горизонтальное (или наклонное) расстояние между точками. Превышение получают из вычислений по тригонометрическим формулам. Точность тригонометрического нивелирования характеризует погрешность порядка 4 см на 100 м расстояния.
|
|
|
Барометрическое нивелирование основано на использовании зависимости значения атмосферного давления от высоты над уровнем моря. На малых и равнинных участках высоты точек определяют с точностью 0,2-0,3 м.
Гидростатическое нивелирование основано на свойстве жидкости устанавливаться на одинаковых уровнях в сообщающихся сосудах. Фиксируют высоты столбов жидкости в сообщающихся сосудах, установленных в точках с разной высотой, и вычисляют превышения h = (𝑙1 − 𝑙2) − (𝑐1 − 𝑐2), (4.1) где l1 и l2 – высоты сосудов; с1 и с2 – расстояния от верха соответствующего сосуда до уровня жидкости в нем. Гидромеханическое нивелирование заключается в измерении давления столба жидкости в гидростатической системе, расположенной между нивелируемыми точками. Превышение определяют как функцию избыточного давления или вакуума, создаваемого столбом жидкости в гидростатической системе.
Механическое нивелирование осуществляют, используя принцип маятника, стремящегося сохранить отвесное положение. Относительно него определяют наклон транспортирующих средств при передвижении. Профиль пути автоматически вычерчивается на поверхности вращающегося цилиндра или записывается на фотопленке. Погрешность измерений составляет несколько сантиметров на 1 км. Стерефотограмметрическое нивелирование основано на измерении превышений по стереоскопической модели местности при помощи стереоприбора по двум перекрывающимся аэрофотоснимкам (АФС) одного и того же участка местности. Погрешность определения высот при наземной стереоскопии 0,1-0,3 м, при АФС» 1:1 500 высоты (H) фотографирования.
Геометрическое нивелирование основано на использовании горизонтальной линии визирования прибора, называемого нивелиром. Разность высот точек определяют из отсчетов по рейкам, вертикально установленным в двух точках. Этот метод является наиболее совершенным и обеспечивает погрешность определения превышений от 0,5 до 50 мм на 1 км хода.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 495; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!