Come funzionano i misuratori laser

La costruzione e le relative indagini ingegneristiche non sono complete senza opere ingegneristiche-geodetiche. È qui che i dispositivi di misurazione laser si rivelano particolarmente utili, consentendo di risolvere in modo più efficace i relativi problemi. I processi che tradizionalmente vengono eseguiti utilizzando livelli classici, teodoliti, dispositivi di misurazione lineare possono ora mostrare una maggiore precisione e possono essere solitamente automatizzati.

I metodi di misurazione geodetica si sono sviluppati in modo significativo con l'avvento di strumenti di rilevamento laser. Raggio laser è letteralmente visibile, a differenza dell'asse target del dispositivo, che facilita la pianificazione durante la costruzione, la misurazione e il monitoraggio dei risultati. Il raggio è orientato in un certo modo e funge da linea di riferimento, oppure viene creato un piano, in relazione al quale è possibile effettuare misurazioni aggiuntive utilizzando speciali indicatori fotoelettrici o mediante indicazione visiva del raggio.

I dispositivi di misurazione laser vengono creati e migliorati in tutto il mondo.Livelle laser di serie, teodoliti, relativi accessori, fili a piombo, telemetri ottici, tacheometri, sistemi di controllo per meccanismi di costruzione, ecc.

COSÌ, laser compatti sono collocati in un sistema antiurto e resistente all'umidità del dispositivo di misurazione, dimostrando al contempo un'elevata affidabilità di funzionamento e stabilità della direzione del raggio.Di solito, il laser in tale dispositivo è installato parallelamente al suo asse di puntamento, ma in alcuni casi il laser è installato nel dispositivo, quindi la direzione dell'asse viene impostata utilizzando elementi ottici aggiuntivi. Il tubo di mira viene utilizzato per dirigere il raggio.

Per ridurre la divergenza del raggio laser, a sistema telescopico, che riduce l'angolo di divergenza del raggio in proporzione al suo aumento.

Il sistema telescopico aiuta anche a formare un raggio laser focalizzato a centinaia di metri di distanza dallo strumento. Se l'ingrandimento del sistema telescopico è, diciamo, trenta volte, si otterrà un raggio laser con un diametro di 5 cm a una distanza di 500 m.

Se fatto indicazione visiva del raggio, quindi per le letture si utilizza uno schermo con una griglia di quadrati o di cerchi concentrici e una stadia di livellamento. In questo caso la precisione di lettura dipende sia dal diametro dello spot luminoso che dall'ampiezza dell'oscillazione del fascio dovuta all'indice di rifrazione variabile dell'aria.

La precisione della lettura può essere aumentata posizionando le piastre di zona nel sistema telescopico: piastre trasparenti con anelli concentrici alternati (trasparenti e opachi) attaccati ad esse. Il fenomeno della diffrazione divide il raggio in anelli luminosi e scuri. Ora la posizione dell'asse del raggio può essere determinata con elevata precisione.

Quando si usa indicazione fotoelettrica, utilizzare diversi tipi di sistemi di fotorilevazione. La cosa più semplice è spostare una fotocellula lungo un binario montato verticalmente o orizzontalmente attraverso il punto luminoso registrando contemporaneamente il segnale di uscita. L'errore in questo metodo di indicazione raggiunge i 2 mm per 100 m.

Più avanzati sono i doppi fotorivelatori, ad esempio, di fotodiodi sdoppiati, che tracciano automaticamente il centro del raggio di luce e ne registrano la posizione nel momento in cui l'illuminazione di entrambe le parti del ricevitore è identica.Qui l'errore a 100 m raggiunge solo 0,5mm.

Quattro fotocellule fissano la posizione del raggio lungo due assi, quindi l'errore massimo a 100 m è di soli 0,1 mm. I più moderni fotorivelatori possono anche visualizzare informazioni in forma digitale per comodità nell'elaborazione dei dati ricevuti.

La maggior parte dei telemetri laser prodotti dall'industria moderna sono pulsati. La distanza è determinata in base al tempo impiegato dall'impulso laser per raggiungere il bersaglio e tornare indietro. E poiché la velocità dell'onda elettromagnetica nel mezzo di misurazione è nota, il doppio della distanza dal bersaglio è uguale al prodotto di questa velocità e del tempo misurato.

Le sorgenti di radiazione laser in tali dispositivi per misurare distanze superiori a un chilometro sono potenti laser a stato solido… I laser a semiconduttore sono installati in dispositivi per misurare distanze da diversi metri a diversi chilometri. La portata di tali dispositivi raggiunge i 30 chilometri con un errore in frazioni di metro.

Una misurazione più accurata della portata si ottiene utilizzando il metodo di misurazione della fase, che tiene conto anche della differenza di fase tra il segnale di riferimento e quello che ha percorso la distanza misurata, tenendo conto della frequenza di modulazione della portante. Questi sono i cosiddetti telemetri laser di faseoperanti a frequenze dell'ordine di 750 MHz dove laser all'arseniuro di gallio.

Le livelle laser ad alta precisione vengono utilizzate, ad esempio, nella progettazione delle piste. Creano un piano luminoso ruotando il raggio laser. Il piano è focalizzato orizzontalmente a causa di due piani reciprocamente perpendicolari. L'elemento sensibile si sposta lungo l'asta e la lettura viene effettuata alla metà della somma dei confini dell'area in cui il dispositivo ricevente genera un segnale sonoro. Il raggio d'azione di tali livelli raggiunge i 1000 m con un errore fino a 5 mm.

Nei teodoliti laser, l'asse del raggio laser crea l'asse di osservazione visibile. Può essere diretto direttamente lungo l'asse ottico del telescopio del dispositivo o parallelamente ad esso. Alcuni attacchi laser consentono di utilizzare il telescopio del teodolite stesso come unità di collimazione (per creare raggi paralleli: laser e asse di mira del tubo) e contare sul dispositivo di lettura del teodolite.

Uno dei primi ugelli prodotti per il teodolite OT-02 è stato l'ugello LNOT-02 con un laser a gas elio-neon con una potenza di uscita di 2 mW e un angolo di divergenza di circa 12 minuti d'arco.

Il laser con il sistema ottico è stato fissato parallelamente al telescopio del teodolite in modo che la distanza tra l'asse del raggio e l'asse di puntamento del teodolite fosse di 10 cm.

Il centro della linea della griglia del teodolite è allineato con il centro del raggio di luce alla distanza richiesta.Sull'obiettivo del sistema di collimazione era presente una lente cilindrica che allargava il raggio e un settore con un angolo di apertura fino a 40 minuti d'arco per il lavoro simultaneo in punti posti a diverse altezze all'interno della disposizione disponibile del dispositivo.

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