В лазерных геодезических приборах в качестве излучателя светового потока используют оптические квантовые генераторы (лазеры).
Лазеры бывают твердотельные, газовые, жидкостные и полупроводниковые. В геодезических приборах используют газовые и полупроводниковые лазеры. Полупроводниковые лазеры применяют в основном в приборах для измерения расстоянии - светодальномерах.
103
Газовые же лазеры применяют в приборах, задающих положение вертикальной или опорной линии: лазерных нивелирах, указателях направлений, лазерных центрирах и других приборах различного назначения. В практике геодезического обеспечения строительства используют газовые гелий-неоновые лазеры непрерывного излучения, работающие в видимой части светового диапазона и излучающие узконаправленный пурпурно-красный пучок света.
Лазерные геодезические приборы конструируют таким образом, чтобы лазер был установлен параллельно визирной оси прибора, на котором он смонтирован, или лазерный пучок направлялся через зрительную трубу прибора. Как правило, при измерениях используют визуальную или фотоэлектрическую индикацию лазерного пучка. При визуальной индикации для отсчетов по лучу применяют экран в виде сетки квадратов или концентрических окружностей, а также нивелирную рейку. При более точной фотоэлектрической индикации используют специальные фотоприемные устройства с фотоэлементами.
Рассмотрим некоторые типы известных лазерных приборов, применяемых в строительстве.
Лазерные нивелиры предназначены для измерения превышений и передачи высотных отметок. Нивелир излучает видимый пучок света, относительно которого производят измерения превышений. В одних приборах пучок лазерного излучения направляют по оптической оси зрительной трубы, в других - зрительная труба соединена параллельно с излучателем ОКГ.
В нивелирах с уровнем ось пучка приводят в горизонтальное положение цилиндрическим уровнем, в нивелирах-автоматах - компенсатором. По условиям геометрического нивелирования оси
Рис. 9.1. Лазерный нивелир:
а) - общий вид;
б) - отсчет по рейке;
в) - положение для развертки вертикальной плоскости
104
Рис. 9.2. Лазерный теодолит (
а) и визирная марка (
б):
1, 2 - горизонтальный и вертикальный круги,
3 - опора,
4 - закрепительный винт,
5 - марка,
6 - стержень,
7 - стойка
лазерного пучка и цилиндрического уровня должны быть параллельны.
В настоящее время лазерные нивелиры выпускают в основном с автоматически горизонтирующимся пучком излучения, вращающимся лазерным пучком и другими особенностями.
Примером может служить лазерный нивелир LNA2L фирмы "Вильд" (рис. 9.1, а), задающий вращающуюся световую горизонтальную плоскость. Положение этой плоскости фиксируется на специальной рейке или на стенах зданий (рис. 9.1, б). Нивелир может быть установлен так, чтобы описывалась вертикальная световая плоскость (рис. 9.1, в). Он снабжен вычислительным устройством, выполняющим автоматическое вычисление высот. Кроме того, с помощью этого нивелира по рейке можно определять расстояния до 100 м.
В лазерных теодолитах (рис. 9.2, д), предназначенных для задания створов и измерения углов, вместо визирной оси в пространстве создается узконаправленный пучок света. Наличие горизонтального 1 и вертикального 2 кругов позволяет придавать пучку излучения нужную ориентировку. Как правило, визирная марка (рис. 9.2, б) при применении лазерных теодолитов в условиях строительной площадки совмещена с шаблоном для разметки ориентирных рисок. Марка 5 со стержнем б крепится на опоре 5, а ее высота регулируется стойкой 7 и фиксируется закрепительным винтом 4. Ориентирные риски проводят по щечкам опоры 3.
Многоцелевые приборы, предназначенные для контрольно-измерительных операций при установке конструкций, опалубки, выемке грунта, устройстве земляного полотна, укладке бетона, совмещают в себе визирную оптическую трубу и установленный на нее квантовый генератор. Рассмотрим некоторые из этих приборов.
Прибор ПГЛ-1 состоит из фотоприемного устройства (рис. 9.3, а) и передающей части (рис. 9.3, б). Фотоприемное устройство состоит из фотоприемника импульсных сигналов и измерительной рейки 6. Результаты измерений регистрируются на стрелочном приборе. Фотоприемник перемещают вдоль рейки до появления показаний на стрелочном приборе. Передающая часть включает в себя лазерный передатчик, формирующий излучение в виде световых линий
105
Рис. 9.3. Лазерный геодезический прибор ПГЛ-1:
а - фотоприемное устройство,
б - передающая часть;
7, 5 - корпус,
2 - визирный луч,
3 - штатив,
4 - электропитание,
б - рейка,
7 - вольтметр
и плоскости, блок питания 4 и штатив 3 для установки передатчика.
Конструкция штатива позволяет в широких пределах изменять высоту ПГЛ-1 над местностью. Угол сканирования (поворота) лазерного прибора составляет 180°. Погрешность измерения от лазерного пучка или плоскости до контролируемой поверхности + 3 мм при дальности действия 150 м.
Прибор задания вертикали ПВЗЛ-1 имеет передающую и приемную части. Передающая часть включает в себя лазерный передатчик в виде цилиндра диаметром 120 мм и длиной 382 мм (масса 3,1 кг), горизонтирующее устройство и автономный блок питания размером 200 × 1060 × 138 (масса 2,6 кг) на гальванических элементах. Световой пучок попадает в насадку и, проходя через пентапризму (пятиугольную стеклянную призму), изменяет направление с горизонтального на вертикальное.
Насадка с пентапризмой съемная, что позволяет использовать луч прибора в горизонтальной плоскости. Приемная часть состоит из регистратора и фотомишени, перемещающейся по взаимно перпендикулярным измерительным линейкам.
Лазерный передатчик устанавливают на исходном горизонте по уровням, что формирует в пространстве вертикальную световую линию. Фотомишень с регистратором размещают на монтажном
106
Рис. 9.4. Планировочные работы:
1 - репер,
2 - нивелирная рейка,
3 - лазерный нивелир,
4 - фотоприемник, блок и индикатор решающего устройства на ноже бульдозера,
5 - штанга, по которой перемещается фотоприемник,
HRp,
Hпл,
Hпр - отметки репера, плоскости лазерного прибора и проектная,
h - рабочее превышение
горизонте и по линейкам перемещают до совмещения с центром проекции лазерного пучка. При совмещении показания индикаторов регистратора будут нулевыми. Возможные отклонения от задаваемой вертикали считывают по линейкам фотомишени. Дальность действия прибора с фотоэлектрической регистрацией - 20 м, погрешность измерения отклонения объекта от задаваемой вертикали - 1 мм, а задания вертикали - 2 мм. Некоторые типы лазерных приборов устроены так, что испускаемый луч направляется вертикально вверх, и тогда с помощью насадки с пентапризмой при необходимости изменяют его направление на горизонтальное.
Особую группу приборов составляют лазерные указки.
Рис. 9.5. Выверка по 4 вертикали (
а) и разбивка осей (
б):
1 - лазерный теодолит,
2 - луч,
3 - свая,
4 - разметочная риска оси сваи,
5 - сваебойный агрегат,
6 - визирная марка,
7 - контур здания,
8 - ось
107
К ним относятся лазерные указки укладки труб, визирования, вертикали и др.
Так, лазерная указка укладки труб состоит из корпуса, на одном конце которого прикреплена горизонтирующая основа. В ней устроены оправа с лазером, уровень и шкала уклонов, что позволяет направлять луч под заданным углом к горизонту. Погрешность задания уклона - не более ± 10 мм на 100 м длины.
Лазерные указки просты в обращении, дешевы в изготовлении, имеют автономное питание (12 В) от батареек для карманных фонарей, могут включаться и выключаться с помощью дистанционного управления.
Применение лазерных указок повышает производительность труда пользователей на 50%, машин и механизмов - на 10%.
Некоторые примеры применения лазерных геодезических приборов показаны на рис. 9.4 и 9.5.
108
