A távolságmérő egy geodéziai eszköz, amely több tíz (esetenként száz) kilométeres távolságok nagy pontosságú (akár több milliméteres) mérését teszi lehetővé.
Így például a Föld és a Hold közötti távolságot fénytávmérővel mérték meg, több centiméteres pontossággal (lásd : Lézerek alkalmazása ).
A távolságok mérése a kibocsátott és a vett sugár közötti fáziskülönbséggel történik, a fényt különböző frekvenciákkal modulálva (fázisfény-tartománymérők), vagy azzal, hogy a sugár mennyivel megteszi a mért távolságot (impulzusos fénytartománymérők).
A fénymérők a következőkből állnak:
A reflektor lehet prizma vagy tükörlencse. A leggyakrabban használt prizmás reflektor, amely különböző számú sarokprizmából ( hármas prizmából ) áll, közös házba szerelve. A mért vonal végére szerelve.
Adó-vevőA fázisfény távolságmérő adó-vevője általában a következő elemekből áll: sugárforrás, sugárzás modulátor, moduláló (skálás) frekvenciagenerátor, adó és vevő optikai rendszerek, valamint egy fázis-vevő rész, beleértve a sugárzás vevőt, egy analóg vagy digitális fázismérő és egy termináljelző eszköz. Sugárforrásként ritka kivételektől eltekintve vagy hélium neon (He Ne) keverékén alapuló gázlézer, amely a spektrum vörös tartományában ( sugárzási hullámhossz A, = 0,63 μm), vagy gallium-arzenid LED (GaAs) ), az infravörös tartományban sugároz (A,=0,9 μm) [8].
A lézeres távolságmérőkben modulátorként egy KDP típusú kristályon lévő Pockels-cellát vagy egy nitrobenzolos Kerr-cellát használnak . A LED-es távolságmérők belső sugárzásmodulációt használnak. A sugárzás vevő általában vagy egy fotosokszorozó cső (PMT), vagy ritkábban egy fotodióda: Az áramkör típusa szerint a távolságmérőket két csoportra osztják:
1) fénytávmérők, amelyekben a referencia és a visszavert jelek fázis-összehasonlítása nagy fénymodulációs frekvencián történik, és
2) heterodin fénytávmérők, amelyekben a fázis-összehasonlítást alacsony frekvenciára visszük át, és amely a modulációs frekvencia és a segédgenerátor ( helyi oszcillátor ) frekvenciájának keverése eredményeképpen jön létre a referencia- és jelcsatornákban.
A modern eszközök kétértelműségét az esetek túlnyomó többségében több fix fénymodulációs frekvencia bevezetésével oldják meg. Az eszköz állandó korrekciójának instabilitásának hatásának kiküszöbölésére a mérési folyamat során optikai rövidzárlatot (OSC) biztosítanak.
A fázismérés analóg (kompenzált) vagy digitális módszerrel történik. Ez utóbbi esetben a mérések automatizálhatók egészen az eredmény elektronikus digitális kijelzőre és külső adattároló eszközre ( lyukszalag , mágneses adathordozó stb.) történő kiadásáig. A legújabb készülékekben a vezérlés, számítás és vezérlés feladatait mikroprocesszorok vagy mikroszámítógépek segítségével oldják meg. Állami geodéziai hálózatokban az oldalak, valamint a magasabb osztályok térháromszögelési és háromszögelési alapjainak mérésére szolgálnak.
Az emitter teljesítményének növekedése lehetővé tette, hogy egy diffúz felületről stabil visszavert jelet kapjunk, amely lehetővé teszi a távolság mérését reflektor használata nélkül. Ez viszont időmegtakarításhoz vezet.
Kis hatótávolságú fénytávmérők, amelyek akár több kilométeres (1 3-ig) távolságot is képesek mérni 2 cm-es hibával, kondenzációs geodéziai hálózatok távolságmérésére és topográfiai felmérések elvégzésére szolgálnak. Bizonyos esetekben az ebbe a csoportba tartozó eszközök hatótávolsága meghaladhatja a megadott határt, elérheti a 10 15 km-t. Megnövelt és legnagyobb pontosságú könnyű távolságmérők rövid távolságokra, melyekkel 0 1 3 km távolságokat mérhet 2 mm-es vagy kisebb hibával.
Távolságok precíziós mérésére tervezték az alkalmazott geodézia különböző problémáinak megoldásában, a bányafelmérésnél és a speciális célú méréseknél. A Szovjetunióban a GOST 19223 82 szabványnak megfelelően a fénytávmérők jelzett csoportjaihoz a megfelelő betűindexeket rendelték: G (geodéziai), T (topográfiai), P (alkalmazott geodéziában ). Ezeket a betűket hozzáadjuk a C betűhöz, amely a „fénytávolság kereső” szót jelöli, ami után a készülék hatótávolságát jelző számok jelennek meg. Például az ST-3 jelentése: topográfiai távolságmérő 3 km-es hatótávolsággal.
A második csoport (topográfiai) fénytávmérőit gyakran kombinált eszközök formájában készítik. Ez azt jelenti, hogy nemcsak önálló fénytávmérőként, hanem teodolit távolságmérő tartozékként is használhatók, így az így létrejövő műszercsoport egy elektronikus mérőállomás funkcióját adja . Ebben az esetben a H betű (fúvóka) hozzáadódik az alfanumerikus jelöléshez. A készülék bányamérõ változatát az M kiegészítõ betû jelzi. A készülékek külön kategóriáját alkotják az egyrészes kialakítású elektronikus tacheométerek.
Geodéziai fénytávmérők: "Granat" fénytávmérő: "Granat" lézeres távolságmérő, amelyet a TsNIIGAIK -nál fejlesztettek ki, a korábbi "Quartz" távolságmérő továbbfejlesztett változata. A Quartztól kisebb méretekben és tömegben, a lámpák helyett tranzisztorok használatának köszönhetően kisebb fogyasztásban különbözik. Az optika valamivel kisebb átmérője 30 helyett 20 km-re csökkentette a hatótávot (nappal a Quartz távolságmérőnél).
A lézer sugárzása a modulátorba ( Kerr kondenzátor és polaroid analizátor ) kerül, és egy optikai rendszer segítségével egy távoli reflektorba kerül. A vevő optikai rendszer összegyűjti a visszavert sugár egy részét, és a fénysokszorozó katódjára fókuszálja . A PMT elé egy szürke ék (fényáramcsillapító) SC és egy keskeny sávú interferencia optikai szűrő IF került beépítésre.
Lehetőség van a fény vizuális megfigyelésére az OK okuláron keresztül. A műszer rendelkezik egy optikai rövidzárlati (OCS) vezetékkel, amelybe az OT P OSC kapcsolóval lehet fényt irányítani. A távolságmérő elektronikus része egy heterodin áramkör szerint készül, frekvenciakonverzióval PMT -ben . A generátorból származó fM modulációs frekvencia a fénymodulátorba és egyidejűleg a keverőbe kerül, ahol összekeveredik a helyi oszcillátor fr frekvenciájával, kis D \u003d 5 kHz frekvenciájú referenciajelet képezve, amelyet egy sugárzó bocsát ki. rezonáns erősítő és a fázisérzékelő egyik bemenetére táplálják .
A fázisdetektor második bemenete azonos Af különbségi frekvenciájú jelet kap, amely az m és r frekvenciák keverésével jön létre a PMT-ben (az r frekvenciát a fotomultiplikátor külső elektródájára tápláljuk, amely a frekvenciával modulált fényt fogadja. fM) és a második rezonáns erősítő választja el. A fázisérzékelő kimenetén lévő nulla mutató mutatója nullát mutat, ha a fáziskülönbség a referencia- és jelcsatornákban 90°-ra vagy 270°-ra csökken. Ezt a csökkentést egy fázisváltó hajtja végre, amelynek skáláján leolvasás történik.
A távolságmérőnek négy modulációs frekvenciája van, amelyeket úgy választottak ki, hogy bitenkénti módon határozzák meg a teljes távolságot. Az első frekvencia értéke olyan, hogy a fázisváltó teljes skálája normál körülmények között (0°C hőmérséklet és 760 Torr nyomás száraz levegőben) 5 m-nek felel meg. Ezért a mérések mind a négy frekvencián lehetővé teszik az 5 km-en belüli távolság egyértelmű meghatározását; a teljes 5 km-es szakaszok számát a távolság hozzávetőleges értéke határozza meg, amelyet legfeljebb ± 2,5 km-es hibával kell ismerni. Ezek a leolvasások lehetővé teszik, hogy egymást követő tizedesjegyeket kapjon a távolság kétszeresével.
Az eredményt 2-vel elosztva megkapjuk a teljes mérhető távolságot (0,5 km-en belül), amelyet 1 cm-es pontossággal határozunk meg („durva” mérések). Az utolsó számjegy finomítása (1 mm-ig) két mérési módszerrel történik, ugyanazon az első frekvencián („pontos” mérés). Az egyik precíz mérési technika magában foglalja a reflektor és a rövidzárlat leolvasását a fáziskapcsoló mind a négy pozíciójában, amely 90°-os lépésekben eltolja a referenciajel fázisát, hogy csökkentse a fázisváltó ciklikus hibáját [8].
Elektro-optikai távolságmérő, olyan eszköz, amely a távolságokat méri az optikai vagy infravörös tartományban lévő elektromágneses hullámok által a mért távolság megtételéhez szükséges idő alapján. Az elektro-optikai távolságmérők impulzusra és fázisra vannak osztva (attól függően, hogy hogyan határozzák meg azt az időt, amely alatt a fényimpulzus megteszi a távolságot egy tárgytól és vissza). Az első típusú elektro-optikai távolságmérők az adó által kibocsátott impulzus és a mért vonal végére szerelt reflektorból érkező impulzus visszatérésének pillanata közötti időt mérik, a második típusúak pedig a kiküldött szinuszosan modulált sugárzás és a vett sugárzás fáziskülönbsége. A legszélesebb körben használt fáziselektro-optikai távolságmérők. A fényforrások korábban izzólámpák (3-30 W) és gázlámpák (50-100 W), ma gáz- és félvezető optikai kvantumgenerátorok (OQG-k) voltak. Az elektro-optikai távolságmérőkben általában 10-80 MHz frekvenciájú amplitúdómodulációt alkalmaznak, amelynél 1 °-os fáziskülönbség 1 cm-nél kisebb távolságváltozásnak felel meg. Szerkezetileg a modulátor és a demodulátor azonos, működésük a Kerr-effektus vagy a Pockels-effektus használatán alapul . A fényáramot moduláló váltakozó feszültség egy skálafrekvencia-generátort hoz létre, amit azért hívnak, mert a hozzá tartozó hullámhossz határozza meg a fáziskülönbség távolságokká alakításának mértékét. A modulált fényt egy lencse vagy tükörlencsés optikai rendszer szűken irányított sugárrá alakítja, amely a reflektorba kerül. A visszavert fényt az átvivőhöz hasonló optikai rendszer fókuszálja a demodulátorra. A demodulátor kimenetén a fáziskülönbség-jelző által rögzített intenzitás függ a vett fényjel fázisviszonyától és a demodulátort vezérlő feszültségtől; a fázisváltó lehetővé teszi egy adott arány beállítását és a kapott fáziskülönbség leolvasását, amely szerint a távolság kiszámításra kerül. A fáziskülönbség indikátoraként szolgálhat egy megfigyelő szem (elektro-optikai távolságmérő vizuális jelzéssel) vagy egy fotoelektromos eszköz, amelynek kimenetén mutatóeszköz van [4,8].
Az elektro-optikai távolságmérők működési tartománya eléri az 50 km-t, a négyzetes hiba ± (1 + 0,2^D km) cm, ahol D a távolság, a halmaz tömege 30-150 kg, a fogyasztása 5-150 watt.