Cómo funcionan los medidores láser

Los estudios de construcción e ingeniería relacionados no están completos sin obras de ingeniería-geodésicas. Aquí es donde los dispositivos de medición láser demuestran ser particularmente útiles, permitiéndole resolver de manera más efectiva los problemas relevantes. Los procesos que tradicionalmente se llevan a cabo con niveles clásicos, teodolitos, dispositivos de medición lineal ahora pueden mostrar una mayor precisión y, por lo general, pueden automatizarse.

Los métodos de medición geodésica se han desarrollado significativamente con la llegada de instrumentos topográficos láser. Rayo laser es literalmente visible, a diferencia del eje objetivo del dispositivo, lo que facilita la planificación durante la construcción, la medición y el seguimiento de los resultados. El haz se orienta de cierta manera y sirve como línea de referencia, o se crea un plano, en relación con el cual se pueden realizar mediciones adicionales utilizando indicadores fotoeléctricos especiales o mediante indicación visual del haz.

Los dispositivos de medición láser se están creando y mejorando en todo el mundo.Niveles láser de producción masiva, teodolitos, accesorios para ellos, plomadas, telémetros ópticos, taquímetros, sistemas de control para mecanismos de construcción, etc.

Entonces, láseres compactos se colocan en un sistema a prueba de golpes y a prueba de humedad del dispositivo de medición, al tiempo que demuestran una alta confiabilidad de operación y estabilidad de la dirección del haz.. Por lo general, el láser en dicho dispositivo se instala paralelo a su eje de puntería, pero en algunos casos el láser está instalado en el dispositivo, por lo que la dirección del eje se establece mediante elementos ópticos adicionales. El tubo de mirilla se utiliza para dirigir el haz.

Para reducir la divergencia del rayo láser, un sistema telescópico, que reduce el ángulo de divergencia del haz en proporción a su aumento.

El sistema telescópico también ayuda a formar un rayo láser enfocado a cientos de metros de distancia del instrumento. Si el aumento del sistema telescópico es, digamos, treinta veces, se obtendrá un rayo láser con un diámetro de 5 cm a una distancia de 500 m.

si se hace indicación visual del haz, luego se utiliza para las lecturas una pantalla con una cuadrícula de cuadrados o círculos concéntricos y una varilla niveladora. En este caso, la precisión de la lectura depende tanto del diámetro del punto de luz como de la amplitud de la oscilación del haz debido al índice de refracción variable del aire.

La precisión de la lectura se puede aumentar colocando placas de zona en el sistema telescópico: placas transparentes con anillos concéntricos alternos (transparentes y opacos) adheridos a ellas. El fenómeno de la difracción divide el haz en anillos brillantes y oscuros. Ahora la posición del eje del haz se puede determinar con gran precisión.

Cuando usas indicación fotoeléctrica, utiliza diferentes tipos de sistemas de fotodetectores. Lo más simple es mover una fotocélula a lo largo de un riel montado vertical u horizontalmente a través del punto de luz mientras se registra simultáneamente la señal de salida. El error en este método de indicación alcanza los 2 mm por 100 m.

Más avanzados son los fotodetectores dobles, por ejemplo, de fotodiodos partidos, que rastrean automáticamente el centro del haz de luz y registran su posición en el momento en que la iluminación de ambas partes del receptor es idéntica.Aquí el error a 100 m alcanza sólo 0,5 mm.

Cuatro fotocélulas fijan la posición del haz a lo largo de dos ejes, y luego el error máximo a 100 m es de solo 0,1 mm. Los fotodetectores más modernos también pueden mostrar información en forma digital para facilitar el procesamiento de los datos recibidos.

La mayoría de los telémetros láser producidos por la industria moderna son de pulsos. La distancia se determina en función del tiempo que tarda el pulso del láser en llegar al objetivo y regresar. Y dado que se conoce la velocidad de la onda electromagnética en el medio de medición, entonces el doble de la distancia al objetivo es igual al producto de esta velocidad y el tiempo medido.

Las fuentes de radiación láser en tales dispositivos para medir distancias de más de un kilómetro son poderosas láseres de estado sólido… Los láseres semiconductores se instalan en dispositivos para medir distancias desde varios metros hasta varios kilómetros. El alcance de tales dispositivos alcanza los 30 kilómetros con un error de fracciones de metro.

Se logra una medición de rango más precisa utilizando el método de medición de fase, que también tiene en cuenta la diferencia de fase entre la señal de referencia y la que ha recorrido la distancia medida, teniendo en cuenta la frecuencia de modulación de la portadora. Estos son los llamados telémetros láser de faseoperando en frecuencias del orden de 750 MHz donde láser de arseniuro de galio.

Los niveles láser de alta precisión se utilizan, por ejemplo, en el diseño de pistas de aterrizaje. Crean un plano de luz girando el rayo láser. El plano está enfocado horizontalmente debido a dos planos perpendiculares entre sí. El elemento sensible se desplaza a lo largo del pentagrama, y ​​la lectura se realiza a la mitad de la suma de los límites del área en la que el dispositivo receptor genera una señal sonora. El rango de trabajo de dichos niveles alcanza los 1000 m con un error de hasta 5 mm.

En los teodolitos láser, el eje del rayo láser crea el eje visible de observación. Puede dirigirse directamente a lo largo del eje óptico del telescopio del dispositivo o paralelo a él. Algunos accesorios láser le permiten utilizar el propio telescopio de teodolito como una unidad de colimación (para crear haces paralelos: láser y eje de mira del tubo) y contar con el propio dispositivo de lectura del teodolito.

Una de las primeras toberas producidas para el teodolito OT-02 fue la tobera LNOT-02 con un láser de gas helio-neón con una potencia de salida de 2 mW y un ángulo de divergencia de unos 12 minutos de arco.

El láser con el sistema óptico se fijó paralelo al telescopio del teodolito de modo que la distancia entre el eje del haz y el eje de orientación del teodolito fuera de 10 cm.

El centro de la línea de rejilla del teodolito se alinea con el centro del haz de luz a la distancia requerida.Sobre el objetivo del sistema colimador se contó con una lente cilíndrica que expandía el haz y un sector con un ángulo de apertura de hasta 40 minutos de arco para trabajar simultáneamente en puntos ubicados a diferentes alturas dentro del arreglo disponible del dispositivo.

Ver también: Cómo funcionan y funcionan los termómetros láser.