激光准直法测水平位移值及其原理与结构

2023-08-20 理论教育版权反馈

【摘要】：图4.20 波带板激光准直法测水平位移值4.5.3 真空管激光准直法真空管激光准直系统分为激光准直系统和真空管道系统两部分，其原理如图4.21所示，其结构如图4.22所示。

激光准直法是指利用激光发射系统发出的激光束作为基准线，在需要监测的点上安置激光束接收装置，从而确定监测点偏离基准线的方法。根据其测定偏离值的原理不同，可以分为激光经纬仪准直法、波带板激光准直法和真空管激光准直法。

4.5.1 激光经纬仪准直法

激光经纬仪准直法是通过望远镜发射激光束，在需要监测的点上用光电探测器接收，常用于施工机械导向的自动化和变形监测中。与活动觇牌法类似，激光经纬仪准直法其实是将活动觇牌法中的光学经纬仪用激光经纬仪代替，望远镜光学视线用可见激光束代替，而觇牌用光电探测器代替。光电探测器能自动探测激光点的中心位置，光电探测器中的两个硅光电池分别接在检流表上，当激光束通过光电探测器中心时，硅光电池左右两半圆上接收相同的激光能量，检流表指针此时归零; 否则，检流表指针就偏离零位，这时移动光电探测器，使检流表指针归零，即可在读数尺上读数。通常利用游标尺读到0.1mm，当采用测微器时，可直接读到0.01mm。

激光经纬仪准直的操作要点如下:

(1)将激光经纬仪安置在端点A上，在另一端点B上安置光电探测器。将光电探测器的读数归零，调整经纬仪水平微动螺旋，移动激光束的方向，使B端光电探测器的检流表指针为零，这时经纬仪的视准面即为基准面，此时经纬仪水平方向不能再转动。

(2)依次将望远镜的激光束投射到安置于每个观测点上的光电探测器上，移动光电探测器，使检流表指针归零，此时读数尺上的读数就是该观测点偏离基准线的偏离值。用同样的方法依次观测各个监测点的偏离值。将各期观测得到的偏离值进行比较，即可确定监测点的水平位移情况。为了提高精度，在每个监测点上观测时，探测器的探测需进行多次，取其平均值作为偏离值。

4.5.2 波带板激光准直法

波带板激光准直系统由激光器、波带板和接收靶三部分组成，如图4.18所示。

图4.18 波带板激光准直系统

激光器是氦-氖激光管发出的激光束经过聚光透镜聚焦在针孔光栅内，形成近似的点光源，照射至波带板，针孔光栅的中心即为固定工作基点的中心。波带板有方形和圆形两种，方形波带板聚焦呈一个明亮的十字线，圆形波带板聚焦呈一个亮点，成像原理与光学透镜类似，如图4.19所示。

如图4.20所示，从发射端①向接收端发射激光束，激光经过布设在各个坝段上的波带板时，发生衍射现象，在接收端形成一个光斑④，当位于测点位置的波带板②随着测点发生水平位移至③时，通过探测仪观测光斑位置⑤的变化，就可通过计算，确定测点③的位移值。

X相=X测×Ln/L

式中，X相为测点位移值; X测为接收端观测值; Ln为发射端至波带板距离; L为发射端至接收端的距离。

图4.19 激光波带板示意图

波带板激光准直测量系统可以把几百米之外的点光源聚焦后形成直径约1mm的点，因此即使在接收屏上用肉眼判断其中心位置，精度也很高。利用光电探测装置不仅精度高，而且还可实现自动观测。实验表明，用这种装置测定偏离值的精度可达测线长度的10－6。

图4.20 波带板激光准直法测水平位移值

4.5.3 真空管激光准直法

真空管激光准直系统分为激光准直系统和真空管道系统两部分，其原理如图4.21所示，其结构如图4.22所示。