Měřič vzdálenosti je geodetické zařízení, které umožňuje měřit vzdálenosti desítek (někdy i stovek) kilometrů s vysokou přesností (až několik milimetrů).
Tak například vzdálenost Země k Měsíci byla měřena světelným dálkoměrem s přesností na několik centimetrů (viz Aplikace laserů ).
Vzdálenosti se měří fázovým rozdílem mezi vyzařovaným a přijímaným paprskem, modulací světla různými frekvencemi (zaměřovače fázového světla) nebo časem, kdy paprsek urazí měřenou vzdálenost (pulsní zaměřovače).
Světloměry se skládají z:
Reflektor může být hranol nebo zrcadlový objektiv. Nejčastěji používaný je hranolový reflektor, skládající se z různého počtu rohových hranolů ( trojité hranoly ) osazených ve společném pouzdře. Instaluje se na konec měřeného vedení.
TransceiverTransceiver detektoru fázového světla se obecně skládá z následujících prvků: zdroj záření, modulátor záření, modulační (škálový) frekvenční generátor, vysílací a přijímací optické systémy a část pro příjem fáze, včetně přijímače záření, analogový nebo digitální fázový měřič a terminálový indikátor. Jako zdroj záření až na vzácné výjimky poslouží buď plynový laser na bázi směsi helium neonu (He Ne), emitující v červené oblasti spektra (vlnová délka záření A, = 0,63 μm), nebo gallium arsenidová LED (GaAs). ), vyzařující v IR oblasti (A,=0,9 μm) [8].
V dálkoměrech s lasery se jako modulátor používá Pockelsův článek na krystalu typu KDP nebo Kerrův článek s nitrobenzenem . Dálkoměry s LED diodami využívají vnitřní modulaci záření. Přijímačem záření je obvykle buď fotonásobič (PMT), nebo vzácněji fotodioda: Podle typu obvodu se dálkoměry dělí do dvou skupin:
1) světelné dálkoměry, ve kterých k fázovému srovnání referenčního a odraženého signálu dochází při vysoké frekvenci modulace světla a
2) heterodynové světelné dálkoměry, ve kterých je fázové srovnání přeneseno na nízkou frekvenci, vytvořenou jako výsledek směšování modulační frekvence a frekvence pomocného generátoru ( lokálního oscilátoru ) v referenčním a signálním kanálu.
Nejednoznačnost moderních zařízení je v naprosté většině případů vyřešena zavedením sady několika pevných frekvencí modulace světla. Pro eliminaci vlivu nestability konstantní korekce zařízení během procesu měření je zajištěno optické zkratové vedení (OSC).
Měření fáze se provádí buď analogovou (kompenzovanou) nebo digitální metodou. V druhém případě lze měření automatizovat až do předání výsledku na elektronický digitální displej a na externí zařízení pro ukládání dat ( děrná páska , magnetická média atd.). V nejnovějších zařízeních jsou úlohy řízení, výpočtu a řízení řešeny pomocí mikroprocesorů nebo mikropočítačů. Jsou určeny pro měření stran ve státních geodetických sítích, dále základny vesmírné triangulace a triangulace vyšších tříd.
Zvýšení výkonu emitoru vedlo k možnosti získat stabilní odražený signál od difuzního povrchu, což umožňuje měřit vzdálenost bez použití reflektoru. To zase vede k úspoře času.
Světelné dálkoměry krátkého dosahu, které dokážou měřit vzdálenosti do několika kilometrů (do 1 3) s chybou 2 cm, jsou určeny pro měření vzdáleností v geodetických sítích kondenzace a pro provádění topografických průzkumů. V některých případech může dosah zařízení této skupiny překročit stanovený limit, dosahující 10 15 km. Lehké dálkoměry se zvýšenou a nejvyšší přesností na krátké vzdálenosti, se kterými můžete měřit vzdálenosti 0 1 3 km s chybou 2 mm nebo menší.
Jsou určeny pro přesné měření vzdáleností při řešení různých problémů aplikované geodézie, při důlním měřictví a účelových měřeních. V SSSR byly v souladu s GOST 19223 82 označeným skupinám zaměřovačů světel přiřazeny odpovídající písmenové indexy: G (geodetické), T (topografické), P (používané v aplikované geodézii ). Tato písmena se přidávají k písmenu C, označujícímu slovo „zaměřovač světelného dosahu“, za kterým jsou označena čísla označující dosah zařízení. Například ST-3 znamená: topografický dálkoměr s dosahem 3 km.
Světelné dálkoměry druhé skupiny (topografické) se často vyrábějí ve formě kombinovaných zařízení. To znamená, že je lze použít nejen jako samostatné světelné dálkoměry, ale také jako dálkoměrné nástavce pro teodolit, čímž výsledný sdružený přístroj plní funkci elektronické totální stanice . V tomto případě je k alfanumerickému označení přidáno písmeno H (tryska). Důlněměřická verze přístroje je označena doplňkovým písmenem M. Samostatnou kategorii přístrojů tvoří elektronické tachyometry jednodílného provedení.
Geodetické světelné dálkoměry: Světelný dálkoměr "Granat": Laserový dálkoměr "Granat" vyvinutý v TsNIIGAiK , vylepšená verze dřívějšího dálkoměru "Quartz". Od Quartzu se liší menšími rozměry a hmotností, nižší spotřebou díky použití tranzistorů místo výbojek. O něco menší průměr optiky snížil dosah na 20 km místo 30 (u Quartz dálkoměru ve dne).
Záření z laseru je směrováno do modulátoru ( Kerrův kondenzátor a polaroidový analyzátor ) a pomocí optického systému je posíláno do vzdáleného reflektoru. Přijímací optický systém sbírá část odraženého paprsku a zaostřuje jej na katodu fotonásobiče. Před PMT je instalován šedý klín (atenuátor světelného toku) SC a úzkopásmový interferenční optický filtr IF.
Je zajištěna možnost vizuálního pozorování světla okulárem OK. Přístroj má optické zkratové vedení (OCS), do kterého lze směrovat světlo pomocí spínače OT P OSC. Elektronická část dálkoměru je vyrobena podle heterodynního obvodu s frekvenčním převodem v PMT . Modulační frekvence fM z generátoru je přiváděna do modulátoru světla a současně do směšovače, kde se mísí s frekvencí fr z lokálního oscilátoru a vytváří referenční signál o nízkém rozdílovém kmitočtu D \u003d 5 kHz, emitovaný rezonanční zesilovač a přiveden na jeden vstup fázového detektoru .
Druhý vstup fázového detektoru přijímá signál o stejné rozdílové frekvenci Af, která vzniká smícháním frekvencí m a r v PMT (frekvence r je přiváděna na vnější elektrodu fotonásobiče, která přijímá světlo modulované frekvencí fM) a je izolován druhým rezonančním zesilovačem. Indikátor nuly na výstupu fázového detektoru ukazuje nulu, když se fázový rozdíl v referenčním a signálním kanálu sníží na 90° nebo 270° . Toto snížení se provádí fázovým posuvníkem , na jehož stupnici se odečítá.
Dálkoměr má čtyři modulační frekvence, zvolené tak, aby implementoval bitový způsob určení celkové vzdálenosti. Hodnota první frekvence je taková, že celá stupnice fázového posuvníku odpovídá za standardních podmínek 5 m (teplota 0°C a tlak 760 Torr v suchém vzduchu). Proto měření na všech čtyřech frekvencích umožňuje jednoznačně získat vzdálenost do 5 km; počet úplných 5 km úseků je určen přibližnou hodnotou vzdálenosti, která musí být známa s chybou nejvýše ± 2,5 km. Tyto hodnoty umožňují získat po sobě jdoucí desetinná místa ve dvojnásobné hodnotě vzdálenosti.
Vydělením výsledku 2 získáme celkovou měřitelnou vzdálenost (v rámci 0,5 km), která je určena s přesností 1 cm ("hrubá" měření). Zpřesnění poslední číslice (do 1 mm) se provádí dvěma způsoby měření na stejné první frekvenci („přesná“ měření). Jedna přesná měřicí technika zahrnuje měření reflektoru a zkratu v každé ze čtyř poloh fázového spínače, což posouvá fázi referenčního signálu v krocích po 90°, aby se zmírnila cyklická chyba posouvače fáze [8].
Elektrooptický dálkoměr, zařízení pro měření vzdáleností za dobu, za kterou měřenou vzdálenost urazí elektromagnetické vlny optické nebo infračervené oblasti. Elektrooptické dálkoměry se dělí na pulsní a fázové (podle toho, jak určují dobu, kterou světelný puls potřebuje k překonání vzdálenosti k objektu a zpět). Elektrooptické dálkoměry prvního typu měří časovou vzdálenost mezi okamžikem vyslání impulzu vysílačem a okamžikem návratu impulzu vycházejícího z reflektoru instalovaného na konci měřeného vedení, druhý typ - fázový rozdíl vysílaného sinusově modulovaného záření a přijímaného. Nejpoužívanější fázové elektrooptické dálkoměry. Světelnými zdroji byly dříve žárovky (3-30 W) a plynové výbojky (50-100 W), nyní plynové a polovodičové optické kvantové generátory (OQG). V elektrooptických dálkoměrech se obvykle používá amplitudová modulace s frekvencemi 10-80 MHz, při které fázový rozdíl 1° odpovídá změně vzdálenosti menší než 1 cm Konstrukčně jsou modulátor a demodulátor stejné, jejich působení je založen na použití Kerrova efektu nebo Pockelsova efektu . Střídavé napětí, které moduluje světelný tok, vytváří generátor stupnicového kmitočtu, tzv. proto, že jemu odpovídající vlnová délka určuje měřítko převodu fázového rozdílu na vzdálenosti. Modulované světlo je tvořeno čočkovým nebo zrcadlovým optickým systémem do úzce směrovaného paprsku vysílaného do reflektoru. Odražené světlo je zaostřeno na demodulátor optickým systémem podobným tomu vysílacímu. Intenzita na výstupu demodulátoru zaznamenaná indikátorem fázového rozdílu závisí na fázovém poměru v přijímaném světelném signálu a v napětí ovládajícím demodulátor; fázový posuvník umožňuje nastavit daný poměr a odečíst výsledný fázový rozdíl, podle kterého se vypočítá vzdálenost. Jako indikátor fázového rozdílu může sloužit oko pozorovatele (elektrooptické dálkoměry s vizuální indikací) nebo fotoelektrické zařízení s ukazovacím zařízením na výstupu [4,8].
Dosah elektro-optických dálkoměrů dosahuje 50 km, střední kvadratická chyba je ± (1 + 0,2^D km) cm, kde D je vzdálenost, hmotnost soupravy je 30-150 kg, spotřeba energie je 5-150 wattů.