Лазерный профилограф

Для повышения производительности работ при выполнении детального нивелирования трассы в качестве приемного устройства может быть использована линейная матрица фотоэлементов, которая имеет много коммутирующих соединений, и поэтому довольно сложна. В СССР был разработан лазерный профилограф, у которого в качестве приемного устройства использовалась многолинзовая линейная матрица, содержащая 50 линз (рис. 3.29, а).

Рис. 3.29. Лазерный профилограф
а) внешний вид многолинзового фотоприемника лазерного профилографа;
б) схема приемного устройства лазерного профилографа:
1 — оптический визир; 2 — круглый уровень; 3 — неподвижные волоконные световоды; 4 и 5 — неподвижный и подвижный кодирующие диски; 6 — электродвигатель; 7 — линза; 8 — фотоэлектронный умножитель; 9 — лампа подсвета кода; 10 — цилиндрическая линза; 11 — подвижный световод; 12 — фотодиоды; 13 — линза входного зрачка; 14 — бленда приемной линзы

Линзы расположены на рейке в два ряда таким образом, что их главные фокусы находятся на расстоянии 10 мм друг от друга. В свою очередь, рейка установлена в карданном подвесе на подвижном экипаже. В фокусах линз расположены торцы световодов, а противоположные торцы световодов — по окружности на неподвижном диске. Для передачи светового сигнала с торцов световодов служит подвижный световод, вход которого находится на расстоянии примерно 1 мм от неподвижного диска и закреплен на подвижном кодирующем диске, а выходной торец направлен на вход фотоприемника. Фотоприемник состоит из двух светофильтров объектива и фотодетектора. Подвижный и неподвижный диски, а также торцы световодов выполнены таким образом, что при вращении подвижного диска конец подвижного световода последовательно проходит под торцами неподвижных световодов. На кодовом диске сделано 50 отверстий, угловое положение которых соответствует положению световодов на неподвижном диске. Кодовые отверстия служат для определения отсчета в решающем блоке, соответствующего моменту засветки торца подвижного световода лазерным пучком. Регистрация сигнального импульса осуществляется с помощью фотодетектора. Для подсветки кодообразователя служит лампа с цилиндрической линзой, а для приема кодовых импульсов — фотодиод. Подвижный кодовый диск вращается с помощью электродвигателя с частотой 1 с-1. Таким образом, в течение 1 с происходит просмотр всех торцов световодов и определяется, какой порядковый номер имеют освещенные торцы световодов, в соответствии с чем процессор выдает информацию о положении лазерного пучка на индикатор профилографа.

При выполнении нивелирования лазерным профилографом опорный пучок задается с помощью лазерного нивелира, устанавливаемого в начале трассы. При движении приемного устройства профилографа лазерный пучок попадает на вход нескольких линз. С помощью процессора находится отсчет, соответствующий положению геометрического центра пучка. Отсчет отображается на цифровом табло профилографа. Точность отсчета составляет 5 мм. Нулевая плоскость отсчета расположена ниже первого элемента матрицы линз на расстоянии 10 мм от центра первой линзы. Для определения расстояния от излучателя до рейки с колесом тележки связан датчик пути.

Дальность действия лазерного профилографа составляет 500 м. При определении значений отметок пикетов необходимо учитывать расстояние между излучателем и приемником, чтобы в случае необходимости ввести поправку за кривизну Земли.

Для проверки точности определения отметок точек дважды были проведены измерения профиля взлетно-посадочной полосы строящегося аэродрома — один раз с помощью лазерного профилографа и другой — с помощью технического нивелира.

Ниже приведены средние квадратические ошибки определения пикетов трассы для различных расстояний, которые вычисляли на основании сравнения результатов нивелирования, выполненного лазерным профилографом и техническим нивелиром (см. табл. 3.11). Средняя квадратическая ошибка геометрического нивелирования этой же трассы протяженностью 0,5 км составляет 5 мм.

Таблица 3.11 Точность определения отметок точек с помощью лазерного профилографа в зависимости от расстояния

Участок трассы, м	0-100	100-200	200-300	300-400	400-500
Средняя квадратическая ошибка, мм	15,6	22,0	23,7	31,0	35,0

Лазерный профилограф с многоэлементной рейкой из-за небольшого допустимого диапазона измеряемых превышений вдоль профиля трассы может быть использован только на горизонтальных участках, где вертикальная планировка уже проведена. Его целесообразно применять там, где необходима очень детальная вертикальная съемка, например, при определении неровностей дорог и аэродромов с целью определения спектральных характеристик рельефа и эффекта их воздействия на автомобили или самолеты и др. транспортные средства. Причем из-за инерционности электромеханических элементов фотоприемника, скорость его должна быть ограничена до 0,6 м/с (~ 2 км/час). Таким образом, при максимальной скорости движения профилографа отметки пикетов можно получать через каждые 0,6 м, так как частота съема информации равна 1 Гц.

Весьма существенные недостатки такого профилографа — малый диапазон измеряемых превышений, обусловленный размерами линейной матрицы фотоэлементов и невысокая скорость измерений, ограниченная инерционностью механических элементов приемного устройства. По этим причинам были изготовлены только экспериментальные образцы лазерных профилографов подобного типа.