Un luminometru de distanță este un dispozitiv geodezic care permite măsurarea distanțelor de zeci (uneori sute) de kilometri cu o precizie ridicată (până la câțiva milimetri).
Deci, de exemplu, distanța de la Pământ la Lună a fost măsurată cu un telemetru cu o precizie de câțiva centimetri (vezi Aplicarea laserelor ).
Distanțele sunt măsurate prin diferența de fază dintre fasciculul emis și cel recepționat, modulând lumina cu frecvențe diferite (gamători de lumini de fază) sau prin momentul în care fasciculul parcurge distanța măsurată (telemetrul de lumină cu puls).
Calibrele ușoare constau din:
Reflectorul poate fi prismă sau oglindă. Cel mai des folosit este un reflector prismatic, format dintr-un număr diferit de prisme de colț (prisme triple ) montate într-o carcasă comună. Instalat la capătul liniei măsurate.
TransceiverEmițătorul-receptor al unui telemetru de lumină de fază constă, în general, din următoarele elemente: o sursă de radiație, un modulator de radiație, un generator de frecvență (la scară) de modulare, sisteme optice de transmitere și recepție și o parte de recepție de fază, inclusiv un receptor de radiație, un contor de fază analog sau digital și un dispozitiv indicator terminal. Ca sursă de radiații, cu rare excepții, fie un laser cu gaz bazat pe un amestec de neon heliu (He Ne), care emite în regiunea roșie a spectrului (lungime de undă de radiație A, = 0,63 μm), fie un LED cu arseniură de galiu (GaAs). ), emitând în regiunea IR (A,=0,9 μm) [8].
În telemetrul cu lasere, o celulă Pockels pe un cristal de tip KDP sau o celulă Kerr cu nitrobenzen este utilizată ca modulator . Telemetrul cu LED-uri utilizează modulația internă a radiației. Receptorul de radiații este, de obicei, fie un tub fotomultiplicator (PMT), fie, mai rar, o fotodiodă: În funcție de tipul de circuit, telemetrul sunt împărțiți în două grupuri:
1) telemetrul de lumină, în care compararea de fază a semnalelor de referință și reflectate are loc la o frecvență înaltă de modulație a luminii și
2) telemetrie de lumină heterodină, în care comparația de fază este transferată la o frecvență joasă, formată ca urmare a amestecării frecvenței de modulație și a frecvenței generatorului auxiliar ( oscilator local ) în canalele de referință și semnal.
Ambiguitatea din dispozitivele moderne este rezolvată, în marea majoritate a cazurilor, prin introducerea unui set de mai multe frecvențe fixe de modulație a luminii. Pentru a elimina influența instabilității corecției constante a dispozitivului în timpul procesului de măsurare, este prevăzută o linie optică de scurtcircuit (OSC).
Măsurătorile de fază se fac fie prin metodă analogică (compensată) fie digitală. În acest din urmă caz, măsurătorile pot fi automatizate până la eliberarea rezultatului pe un afișaj digital electronic și către un dispozitiv extern de stocare a datelor ( bandă perforată , suport magnetic etc.). În cele mai noi dispozitive, sarcinile de control, calcul și control sunt rezolvate cu ajutorul microprocesoarelor sau microcalculatoarelor. Acestea sunt destinate să măsoare laturile în rețele geodezice de stat, precum și bazele triangulației spațiale și triangulației claselor superioare.
O creștere a puterii emițătorului a condus la posibilitatea de a obține un semnal reflectat stabil de pe o suprafață difuză, ceea ce face posibilă măsurarea distanței fără a utiliza un reflector. La rândul său, acest lucru duce la economii de timp.
Telemetrie cu rază scurtă de acțiune, care pot măsura distanțe de până la câțiva kilometri (până la 1 3) cu o eroare de 2 cm.Sunt destinate măsurării distanțelor în rețele geodezice de condensare și pentru efectuarea de ridicări topografice. În unele cazuri, raza de acțiune a dispozitivelor din acest grup poate depăși limita specificată, ajungând la 10 15 km. Telemetru ușoare de precizie sporită și cea mai mare pentru distanțe scurte, cu ajutorul cărora puteți măsura distanțe 0 1 3 km cu o eroare de 2 mm sau mai puțin.
Sunt concepute pentru măsurarea cu precizie a distanțelor în rezolvarea diverselor probleme de geodezie aplicată, în topografie minelor și măsurători cu scop special. În URSS, în conformitate cu GOST 19223 82, grupurilor indicate de telemetrie luminoase li s-au atribuit indicii de litere corespunzători: G (geodezic), T (topografic), P (utilizat în geodezia aplicată ). Aceste litere sunt adăugate la litera C, denotă cuvântul „light range finder”, după care sunt indicate numerele care indică raza de acțiune a dispozitivului. De exemplu, ST-3 înseamnă: telemetru topografic cu o rază de acțiune de 3 km.
Telemetrul luminii din al doilea grup (topografice) sunt adesea realizate sub formă de dispozitive combinate. Aceasta înseamnă că ele pot fi folosite nu numai ca telemetru de lumină de sine stătătoare, ci și ca accesorii de telemetrie pentru teodolit, oferind grupului de instrumente rezultat funcția de stație totală electronică . În acest caz, litera H (duză) este adăugată la denumirea alfanumerice. Versiunea de topografie a dispozitivului este indicată de litera suplimentară M. O categorie separată de dispozitive este formată din taheometre electronice dintr-o singură piesă.
Telemetru cu lumină geodezică: Telemetru cu lumină „Granat”: Telemetru cu laser „Granat” dezvoltat la TsNIIGAiK , o versiune îmbunătățită a telemetrului anterior „Quartz”. Se deosebește de Quartz prin dimensiuni și greutate mai mici, consum redus de energie datorită utilizării tranzistoarelor în locul lămpilor. Un diametru puțin mai mic al opticii a redus raza de acțiune la 20 km în loc de 30 (la telemetrul Quartz în timpul zilei).
Radiația de la laser este direcționată către modulator ( condensator Kerr și analizor polaroid ) și trimisă către un reflector de la distanță cu ajutorul unui sistem optic. Sistemul optic de recepție colectează o parte din fasciculul reflectat și îl concentrează pe catodul fotomultiplicatorului. O pană gri (atenuator de flux luminos) SC și un filtru optic de interferență cu bandă îngustă IF sunt instalate în fața PMT.
Este asigurată posibilitatea de observare vizuală a luminii prin ocularul OK. Instrumentul are o linie de scurtcircuit optic (OCS) în care lumina poate fi direcționată folosind comutatorul OT P OSC. Partea electronică a telemetrului este realizată conform unui circuit heterodin cu conversie de frecvență într-un PMT . Frecvența de modulare fM de la generator este alimentată la modulatorul de lumină și simultan la mixer, unde este amestecată cu frecvența fr de la oscilatorul local, formând un semnal de referință cu o diferență de frecvență mică D \u003d 5 kHz, emis de un amplificator rezonant și alimentat la o intrare a detectorului de fază .
A doua intrare a detectorului de fază primește un semnal cu aceeași diferență de frecvență Af, care se formează prin amestecarea frecvențelor m și r în PMT (frecvența r este alimentată la electrodul extern al fotomultiplicatorului care primește lumină modulată de frecvență. fM) și este izolat de al doilea amplificator rezonant. Indicatorul indicator nul de la ieșirea detectorului de fază arată zero atunci când diferența de fază în canalele de referință și semnal este redusă la 90° sau 270°. Această reducere este realizată de un comutator de fază , pe scara căruia se face o citire.
Telemetrul are patru frecvențe de modulație, alese astfel încât să implementeze un mod pe biți pentru a determina distanța totală. Valoarea primei frecvențe este astfel încât întreaga scară a defazatorului să corespundă la 5 m în condiții standard (temperatura 0°C și presiunea 760 Torr în aer uscat). Prin urmare, măsurătorile la toate cele patru frecvențe vă permit să obțineți fără ambiguitate o distanță de 5 km; numărul de segmente complete de 5 km este determinat de valoarea aproximativă a distanței, care trebuie cunoscută cu o eroare de cel mult ± 2,5 km. Aceste citiri vă permit să obțineți zecimale consecutive de două ori mai mult decât valoarea distanței.
Împărțirea rezultatului la 2 dă distanța totală măsurabilă (în limita a 0,5 km), care este determinată la 1 cm (măsurători „aspre”). Rafinarea ultimei cifre (până la 1 mm) se realizează prin două metode de măsurători la aceeași primă frecvență (măsurători „precise”). O tehnică de măsurare precisă implică luarea unui reflector și a unei citiri de scurtcircuit la fiecare dintre cele patru poziții ale comutatorului de fază, care schimbă faza semnalului de referință în pași de 90° pentru a atenua eroarea ciclică a comutatorului de fază [8].
Telemetru electro-optic, un dispozitiv pentru măsurarea distanțelor în timpul necesar pentru ca distanța măsurată să fie parcursă de undele electromagnetice ale intervalelor optice sau infraroșii. Telemetrele electro-optice sunt împărțite în puls și fază (în funcție de modul în care determină timpul necesar unui impuls de lumină pentru a parcurge distanța până la un obiect și înapoi). Telemetrele electro-optice de primul tip măsoară distanța în timp dintre momentul emiterii pulsului de către emițător și momentul revenirii impulsului provenit de la reflectorul instalat la capătul liniei măsurate, al doilea tip - de către diferența de fază a radiației transmise modulate sinusoidal și a celei primite. Cele mai utilizate telemetrie electro-optice de fază. Sursele de lumină erau odinioară lămpi cu incandescență (3-30 W) și lămpi cu gaz (50-100 W), acum generatoare cuantice optice cu gaz și semiconductor (OQG). În telemetrele electro-optice, se utilizează de obicei modulația de amplitudine cu frecvențe de 10-80 MHz, la care o diferență de fază de 1 ° corespunde unei schimbări de distanță mai mică de 1 cm.Din punct de vedere structural, modulatorul și demodulatorul sunt aceleași, acțiunea lor se bazează pe utilizarea efectului Kerr sau a efectului Pockels . Tensiunea alternativă care modulează fluxul luminos produce un generator de frecvență de scară, numit așa deoarece lungimea de undă corespunzătoare acesteia determină scara conversiei diferenței de fază în distanțe. Lumina modulată este formată dintr-un sistem optic de lentilă sau oglindă într-un fascicul îngust direcționat trimis către reflector. Lumina reflectată este focalizată pe demodulator printr-un sistem optic asemănător celui de transmisie. Intensitatea la ieșirea demodulatorului înregistrată de indicatorul diferenței de fază depinde de raportul de fază în semnalul luminos recepționat și în tensiunea care controlează demodulatorul; defazatorul vă permite să setați un raport dat și să citiți diferența de fază rezultată, în funcție de care se calculează distanța. Ochiul unui observator (telemetrie electro-optice cu indicație vizuală) sau un dispozitiv fotoelectric cu un dispozitiv indicator la ieșire poate servi drept indicator al diferenței de fază [4,8].
Raza de acțiune a telemetrului electro-optice ajunge la 50 km, eroarea pătratică medie este ± (1 + 0,2^D km) cm, unde D este distanța, masa setului este de 30-150 kg, consumul de energie este de 5-150 wați.