17. Dokonaj podziału laserowych instrumentów geodezyjnych.
niwelatory laserowe
teodolity laserowe
laserowe wskaźniki kierunku
pionowniki laserowe
wyposażenie dodatkowe i uzupełniające
Niwelatory laserowe.
Zasada działania niwelatora laserowego polega na utworzeniu w przestrzeni poziomej lub skierowanej pod określonym kątem wizualnie obserwowanej wiązki światła laserowego w odniesieniu, do której możliwe są bezpośrednie pomiary wysokościowe. W niwelatorze laserowym kieruje się wiązkę światła laserowego wzdłuż osi optycznej lunety celowniczej, albo oś lunety celowniczej zastępuje się osią wiązki emitowanej przez głowicę laserową. Linię łączącą środki przekrojów kołowych wiązki laserowej (środki plamek laserowych) nazywamy osią tejże wiązki.
Przyjmując jako kryterium klasyfikacyjne sposób poziomowania wiązki laserowej niwelatory laserowe możemy podzielić na:
instrumenty z libellą niwelacyjną
niwelatory laserowe samopoziomujące
niwelatory laserowe z płaszczyzną laserową
W zależności od miejsca zamocowania libelli niwelatory laserowe z libellą niwelacyjną można podzielić z kolei na:
niwelatory w których libella jest umieszczona na głowicy laserowej
niwelatory z libellą niwelacyjną przy lunecie celowniczej instrumentu
Laserowe instrumenty samopoziomujące mają różną konstrukcję. W jednym przypadku w układ nadawczy głowicy laserowej wstawiono kompensator automatycznie ustawiający w poziomie oś celową i oś emitowanej wiązki laserowej. W innych przypadkach jest to niwelator o małych wymiarach z automatycznie ustawiającą się poziomo osią celową, który wykorzystywany jest w charakterze nasadki, zakładanej na głowicę laserową niwelatora. Zastępuje on wtedy lunetę nadawczą. Znane są również opracowania fotoelektrycznego niwelatora laserowego, w którym ustawienie w poziomym położeniu wiązki laserowej uzyskuje się za pomocą fotoelektrycznego detektora centrującego. Obok tradycyjnych rozwiązań niwelatorów z wykorzystaniem wiązki laserowej do niwelacji, skonstruowano inne nowe wersje instrumentów niwelacyjnych, które skanując wiązkę laserową w poziomej płaszczyźnie, tworzą świetlna płaszczyznę poziomą. Niwelacja jest wykonywana w odniesieniu do tej płaszczyzny, a pomiar odbywa się na znacznej powierzchni z jednoczesnym wykorzystaniem dowolnej ilości łat. Niwelatory o umownej nazwie „niwelatory laserowe z płaszczyzną laserową” mogą być wyposażone w libellę niwelacyjną do poziomowania tejże płaszczyzny, lub z samoczynnie ustawiającą się w położeniu poziomym płaszczyzną laserową za pomocą kompensatora.
Teodolity laserowe.
Teodolitem laserowym nazywamy taki instrument, w którym równolegle do osi lunety celowniczej lub wzdłuż tejże osi skierowano wiązkę laserową. Jako źródło promieniowania wykorzystywany jest laser gazowy helowo-neonowy, który może być zamocowany równolegle do lunety teodolitu lub w ogóle może ją zastąpić. Występują również i inne konstrukcyjne rozwiązania tego typu instrumentu. W ten sposób, zamiast klasycznej osi celowej powstaje w przestrzeni cienka, odpowiednio skierowana wiązka światła laserowego.
Uwzględniając sposób połączenia lunety celowniczej z głowicą laserową rozróżniamy teodolity laserowe:
z lunetą celowniczą zamocowaną na głowicy laserowej
z głowicą laserową zamocowaną w miejsce lunety teodolitu
Laserowe wskaźniki kierunku.
Do laserowych instrumentów geodezyjnych mogą być zaliczone również przyrządy, które otrzymały nazwę laserowych wskaźników kierunku. Pierwsze przyrządy wykonano konstrukcyjnie w postaci układów laboratoryjnych, w małym stopniu przydatnych dla prac geodezyjnych w warunkach polowych. Jednak już pierwsze doświadczenia wykazały ich zalety i przewagę nad optycznymi przyrządami geodezyjnymi a jednocześnie wskazały na celowość prowadzenia dalszych doświadczeń i opracowań instrumentów geodezyjnych wyposażonych w urządzenia laserowe.
Pionowniki laserowe.
Jednym z ważnych zagadnień geodezyjnych, a równocześnie najbardziej pracochłonnym i stwarzającym najwięcej trudności podczas pomiaru, jest wyznaczanie kierunku pionu w szybach górniczych, czyli tzw. pionowanie. Pionowanie obejmuje czynności pomiarowe związane z doprowadzeniem elementów konstrukcji do pozycji pionowej w czasie ich wznoszenia, jak również z określeniem odchyleń tych elementów od pionu w czasie eksploatacji obiektu. Kierunek pionu można uzyskać metodą mechaniczną lub optyczną.
Pionowniki laserowe można klasyfikować dowolnie w zależności od przyjętego kryterium klasyfikacji.
Kryteriami takimi mogą być:
usytuowanie lasera w stosunku do samego pionownika (laser jest konstrukcyjnie związany z pionownikiem lub stanowi odrębną cześć )
sposób kontroli pionowego ustawienia wiązki laserowej (sam pionownik pozwala na przeprowadzenie kontroli lub wymagane jest posłużenie się dodatkowym sprzętem)
wielkość liniowa, wzdłuż której dokonuje się ustawienie wiązki laserowej w pionie (małe odległości względnie znaczne odległości )
Pionowniki laserowe różnią się względem siebie sposobem skierowania wiązki laserowej w pionowe położenie. W niektórych przyrządach wiązce laserowej nadaje się pionowe położenie za pomocą libeli rurkowej. W innych instrumentach zastosowano system, kierujący automatycznie wiązkę laserową w położenie pionowe. Konstrukcje tego rodzaju przyrządów mogą wykorzystywać albo kardanowe zawieszenie głowicy laserowej lub też optyczno-mechaniczny kompensator do automatycznego utrzymywania zadanego kierunku wiązki laserowej. Opracowano również doświadczalnie instrumenty z fotoelektryczną metodą nadania pionowego położenia wiązce laserowej, wykorzystujące zjawisko dyfrakcji światła. Ponadto zbudowano pionowniki laserowe w oparciu o zasadę autokolimacji wiązki laserowej. Coraz szerzej stosuje się nasadki pryzmatyczne, zakładane na niwelatory w celu zmiany poziomego kierunku wiązki laserowej na kierunek pionowy idący w górę lub w dół. Nasadki te mogą współpracować z niwelatorami libelowymi lub samopoziomującymi.
5. Wyposażenie dodatkowe i uzupełniające.
Nasadki anamorfotyczne (polaryzatory).
Nasadka anamorfotyczna NA-1 do laserowych teodolitów i niwelatorów nakładana na obiektyw lunety nadawczej służy do przekształcenia emitowanej przez głowicę laserową instrumentu, wiązki świetlnej o przekroju kołowym w wachlarzowaty wycinek płaszczyzny laserowej. Nasadka ta w połączeniu z instrumentem laserowym może pracować zasadniczo w jednym położeniu, co oznacza, że umożliwia powtarzalne tworzenie żądanej płaszczyzny laserowej.
Nasadka anamorfotyczna NA-2 nie różni się zasadniczo od nasadki NA-1.Różnica polega tylko na konstrukcji obudowy nasadki. Obudowa składa się z dwóch cylindrycznych współosiowych pierścieni. Na obwodzie jednego z pierścieni naniesiony został podział stopniowy od 0°-360° a na drugiej noniusz. Takie rozwiązanie konstrukcyjne umożliwia po nałożeniu nasadki na obiektyw laserowego instrumentu geodezyjnego na ustawienie wycinka płaszczyzny laserowej w dowolnym nachyleniu względem płaszczyzny wyjściowej przechodzącej przez oś emitowanego promienia laserowego.
Nasadka pryzmatyczna.
Nasadka pryzmatyczna NP-1 jest dostosowana do laserowych instrumentów geodezyjnych i jest nakładana na obiektyw lunety nadawczej instrumentu. Zadaniem jej jest załamanie emitowanej przez głowicę wiązki laserowej pod kątem prostym w dwu kierunkach, zenit lub nadir, z zapewnieniem powtarzalności ustawienia wiązki laserowej w tych dwóch zasadniczych kierunkach.
Nasadka pryzmatyczna NP-2 pozwala na załamanie pod kątem prostym emitowanej wiązki przez głowicę laserową teodolitu lub niwelatora i skierowanie jej w dowolnym kierunku leżącym w płaszczyźnie prostopadłej do promienia wyjściowego. Warunek skierowania wiązki laserowej w żądanym kierunku może być zrealizowany za pomocą naniesionego podziału na obudowie cylindrycznej nasadki.
Nasadka pryzmatyczna NP-3 jest nasadką dwudzielną, tzn. rozdziela emitowaną wiązkę laserową na dwie części. Jedna część wiązki laserowej przechodzi w kierunku pierwotnym bez zmian a druga zostaje załamana pod kątem prostym. Podział na obudowie nasadki pozwala na dowolne skierowanie załamanej części wiązki laserowej w płaszczyźnie prostopadłej do wiązki wyjściowej.
Pryzmat wirujący.
Pryzmat wirujący PW-1 służy do utworzenia płaszczyzny laserowej, wykorzystywanej następnie do sporządzenia przekrojów pomieszczeń i wyrobisk kopalnianych. Może współpracować z dowolnym instrumentem laserowym. Utworzona przez pryzmat wirujący płaszczyzna laserowa może być sfotografowana kamerą fotograficzną a wykonane zdjęcie opracowane następnie metodami fotogrametrycznymi. System ten pozwoli określać współrzędne dowolnego punktu leżącego na przekroju z dokładnością ± 1mm. Przyrząd ten wraz z zaproponowaną metodą może być wykorzystywany do określania przemieszczeń zachodzących w górotworze oraz inwentaryzacji wyrobisk górniczych.
Pryzmat wirujący PW-2 jest udoskonaloną wersją poprzedniego urządzenia. Wirujący pryzmat wraz z silniczkiem powodującym jego ruch obrotowy umieszczono w jednej obudowie. Natomiast całe urządzenie zamocowano na specjalnej spodarce umożliwiającej przesuwanie pryzmatu w lewo lub w prawo oraz w górę lub w dół, ale zawsze w płaszczyźnie prostopadłej do osi wiązki laserowej. Rozwiązanie to pozwala na łatwiejsze i szybsze wprowadzenie pryzmatu wirującego w oś emitowanej wiązki laserowej przez laserowy instrument geodezyjny. Ponadto na obudowie pryzmatu umieszczono wizjer umożliwiający szybkie skierowanie urządzenia na nadajnik laserowy. Ułatwia to zrealizowanie autokolimacji w następstwie, czego mamy możność jednoznacznego utworzenia płaszczyzny laserowej prostopadłej do promienia padającego.
Detektor elektronowy
.
Detektor elektronowy DE-1 dwuobiektywowy pozwala na określanie położenia płaszczyzny laserowej. Detektor ten dostosowany jest do pracy w dwóch zasadniczych położeniach. Położenie pierwsze pozwala na określanie zmian położenia poziomej płaszczyzny laserowej w kierunku góra - dół. Położenie drugie pozwala określać zmiany położenia laserowej płaszczyzny pionowej przemieszczającej się w kierunkach poziomych. Detektor ten w połączeniu z łatą niwelacyjną pozwoli na precyzyjne wykonanie odczytu w celu określenia przewyższenia między stanowiskiem niwelatora laserowego i detektora.
Detektor elektronowy DE-2 jest to detektor czteroobiektywowy, który pozwala na określenie zmian położenia wiązki laserowej o przekroju kołowym w dwu zasadniczych kierunkach prostopadłych do siebie. Zorientowane wielkości określają przemieszczenia promienia laserowego w poziomie i pionie. Wielkość zmian położenia wiązki laserowej względem stałego detektora lub detektora umieszczonego na ruchomym obiekcie względem stałej wiązki laserowej odczytuje się na podziałce za pomocą strzałki wychyłowej na tylnej ściance detektora.
Fotodetektor elektronowy.
Fotodetektor elektronowy w nowej wersji jest urządzeniem znacznie zminiaturyzowanym, ponieważ podzespoły mierzące oparte są na technice elektronowej. Detektor ten pozwala określać wielkości przemieszczenia w tym samym zakresie, co jego poprzednik DE-2. Można natomiast odczytywać obydwie składowe zmian dx i dy równocześnie na oddzielnym urządzeniu pomiarowym połączonym z detektorem tylko przewodem.
Automatyczny rejestrator graficzny.
Automatyczny rejestrator jednopisakowy pozwala na wyeliminowanie stałej obsługi przy niektórych obserwacjach ciągłych, służy, bowiem do automatycznego rejestrowania zmian położenia płaszczyzny laserowej względem stałego detektora DE-1, albo zmian położenia detektora DE-1 względem stałej płaszczyzny laserowej przyjętej jako płaszczyzna odniesienia. Zmiany mogą być rejestrowane w funkcji czasu w postaci wykresu ciągłego na taśmie papierowej. W zależności od ustawienia płaszczyzny laserowej i w związku z tym odpowiedniego ustawienia detektora DE-1 można określać zmiany poziome lub pionowe.
Automatyczny rejestrator dwupisakowy, pozwalający na równoczesne zarejestrowanie zmian położenia wiązki laserowej o przekroju kołowym względem detektora czteroobiektywowego DE-2 lub DE-3 ustawionych w punkcie stałym lub zmian położenia detektorów uprzednio wymienionych umieszczonych na obiekcie podlegającym badaniu względem stałej wiązki laserowej przyjętej jako prosta odniesienia, w dwu podstawowych kierunkach poziomym i pionowym. Rejestrator ten pozwala na wykreślenie profili w funkcji czasu a wielkości przemieszczeń w skali 1:1 lub 2:1.