Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Автоматичне установлення лазерного променя (лінії візування) в вискове положення з високою точністю по двох координатах можна забезпечити, застосовуючи в приладах вертикального проектування спеціальні компенсатори. В теперішній час відомо багато конструкцій компенсаторів які діють на різних фізичних принципах. Значна кількість тех­нічних рішень базується на принципі тяжіння. Серед них досить розповсюдженою є стабі­лізатор напряму, виконаний у вигляді пентапризми 1 (рис. 4.40), підвішеної на обертовій в шарикопідшипнику 2 осі 3, яка лежить в площині симетричній головному перетину пен­тапризми перпендикулярно вхідній грані [153].

Стабілізатор має пристрій 4 для юстування. Він забезпечує вискове положення оп­тичної осі лазера на виході із пентапризми при горизонтальній оптичній осі пучка лазера на вході. Вертикальність напряму лазерного променя по другій координаті забезпечується автоматично, виходячи із властивості пентапризми, і залежить тільки від точності виготов­лення кута 45° між відбиваючими гранями пентапризми.

Відомі конструкції стабілізації [94] в візуальному режимі спостережень, які базуються на принципі побудови вертикалі від ртутного горизонту, потребують автоматизації. Можли­ва схема такого пристрою приведена на рис. 4.41.

Рис. 4.41. Схема автоматичної вертикалізації лазерного променя від ртутного горизонту

Лазер 1 установлюють на юстувальному механізмі 2 над посудиною 3, яка напов­нена ртуттю 4. Знизу юстувального механізму закріплені фотоприймачі 5, чутливі пло­щадки яких направлені до поверхні ртуті. За допомогою механізму 2 нахиляють лазер до отримання рівних сигналів фотоприймачів, які реєструються після відбиття лазерних про­менів від поверхні ртуті. Сигнали після підсилення підсилювачами б порівнюються по схе­мі віднімання блоком 7 і фіксуються пристроєм індикації 8. Така схема вертикалізації мо­же бути застосована для наукових досліджень і при виконанні особливо прецизійних робіт з дотриманням всіх положень техніки безпеки. Це викликано тим, що ртуть має високу ток­сичність. Застосування таких приладів в будівництві в широких межах представляється неможливим.

Із оптичних рідинних компенсаторів найбільш точною і технологічною є конструкція [37], де підвищення точності вертикалізації і зберігання стабільного положення променя при нахилах приладу здійснюється за рахунок зменшення похибки із-за наявності залиш­кових клинків плоскопаралельних пластин. На рис. 4.42 зображено цю конструкцію ком­пенсатора, який має корпус 1 із двох кілець, коефіцієнти лінійного розширення яких і про­зорих плоскопаралельних пластин 2 + 4 рівні між собою, конструкційні елементи — стовп­чики 5, прозору рідину б і 7 з тим же показником заломлення що і пластини, мітки 8, що нанесені по краю виконавчих поверхонь 2 + 4. Для спрощення малюнку прийнято, що міт­ки 8 збігаються з основою залишкових клинків пластин 2 + 4.

Нехай вхідна грань прозорої пластинки 2 займає горизонтальне положення. Тоді висковий промінь світла S, після проходження головного перетину її залишкового клину, змінить свій напрям до основи клину на величину

у = (п-і)5,

де: п — показник заломлення матеріалу плоскопаралельної пластини;

S — залишкова величина клину в кутовій мірі.

Поверхня рідини б і вихідна грань пластини 3, завдяки рівній висоті стовпчиків 5, будуть паралельні і уявляють собою однорідну в оптичному відношенні плоскопаралельну пластину, так як рідина б і пластина 3 мають однаковий показник заломлення п. Тому промінь світла S, після проходження через неї, не змінить свого напряму. Поверхня ріди-
ни 7 і вихідна грань прозорої пластини 4 уявляють еквівалентний залишковий клин з ос­новою, що розгорнута на 180° по відношенню до залишкового клину верхньої пластини 2 величиною 8. Тому промінь світла S буде заломлений еквівалентним клином на ту ж ве­личину у, але в протилежну від верхнього клину сторону. Таким чином, промінь світла

після виходу із оптичного рідинного компенсато-ра залишається в кінцевому варіанті вер­тикальним. *

При нахилі корпуса компенсатора на кут от промінь світла, що направлений перпен­дикулярно до вихідної грані прозорої пластини 2, після проходження через головний пе­ретин залишкового клину першої прозорої пластини змінить свій напрям до основи клину на величину

у, =(п-і)8. (4.13)

Поверхня рідини б і нижня грань прозорої пластини 3 уявляють еквівалентний клин з кутом а і основою, розгорнутою на 180° відносно клину верхньої пластини 2, після проходження якого промінь світла відхилиться до його основи на величину

Уг=-(п~1)а — (4.14)

Поверхня рідини 7 і вихідна грань прозорої пластини 4 уявляють еквівалентний клин величиноюа + £, тому промінь світла відхилиться їм в тому ж напрямку, що і через середній еквівалентний клин на величину

Уз^(п-іХа + 8). (4.15)

Після виходу із оптичного рідинного компенсатора промінь світла відхилиться в кін­цевому варіанті на величину

Г*г =Г1+Гг+Гз= ~(п — 1)2а. (4.16)

Щоб світловий промінь, після проходження через оптичний рідинний компенсатор зайняв вискове положення необхідно виконання наступної умови:

Гзаг=-<Х■ (4.17)

Тоді — (п — 1)2а = — а, звідки п-1.5, тобто показник заломлення прозорої рідини і прозорих плоскопаралельних пластин дорівнює 1.5. Таким чином, в цьому оптичному компенсаторі використовуються три прозорі плоскопаралельні пластини, що дозволяють мати два резервуари для рідини, так як конструкції компенсаторів, що мають один резер­вуар, три і більше, не вилучають похибку із-за залишкової клиновидності прозорих плоско — паралельних пластин.

Спосіб виготовлення оптичного рідинного компенсатора базується на одночасній об­робці з однієї установки поверхонь оптичних деталей, включаючи основні етапи виготов­лення прозорих плоскопаралельних пластин і конструкційних елементів — стовпчиків. Кпи — новидність пластин виникає при обробці виконавчих поверхонь за рахунок неточностей базування і наклеювання заготівок. На кінцевому етапі обробки пластин — поліруванні дру­гої виконавчої поверхні, похибка виникає за рахунок клиновидності пристосування для за­кріплення пластин, яка може мати клин відносно своєї нижньої поверхні в межах 1-2".

Для отримання необхідної клиновидності під заготівки оптичних клинків при обробці підкладають пристосування для закріплення — плашки з величиною клиновидності, яку по­винні мати оптичні клинки. В випадку з плоскопаралельними пластинами в ролі таких пла­шок виступає безпосередньо сама основа, що уявляє пристосування для закріплення за­готівок. Тоді залишкові клиновидності пластин, що знаходяться на пристосуванні, будуть рівні між собою і паралельні напряму залишкового клину пристосування для закріплення, але направлені в протилежний бік.

Спосіб закріплення заготівок пластин до скляного пристосування — оптичний контакт — вносить мінімальну похибку закріплення по відношенню до відомих способів і дозволяє величини і напрям кпиновидностей і плоскопаралельних пластин зберігати максимально схожими між собою. По наших даних, в цьому випадку величина розходження клиновид­ності трьох суміжних плоскопаралельних пластин складає 0.2 -5- 0.3".

Рис. 4.43. До способу виготовлення оптичних елементів компенсатора

Із вищесказаного витікає, що площини головних перетинів залишкових клинків ABCD прозорих плоскопаралельних пластин 2-5-4 (рис. 4.43), що знаходяться на скля­ному пристосуванні 1 (для оптичного контакту), орієнтовані паралельно один одному в на­прямі протилежному напряму залишкового клину 5. Після операції полірування другої ви­конавчої поверхні, не порушуючи оптичного контакту пластин і пристосування, наносять на верхні виконавчі поверхні пластин мітки 6, відносно яких площини головних перетинів ABCD залишкових клинків всіх трьох пластин розгорнуті на рівні кути в площині обробки відносно напряму КМ, закріпленого мітками. Особливості обробки прозорих плоскопара­лельних пластин приведені в [37].

Конструкційні оптичні елементи — стовпчики, що з’єднують прозорі плоскопарапельні пластини між собою і мають розмір в поперечному перерізі в декілька разів менший діа­метра пластин, оброблюються по вищеприведеній технології. При цьому при шліфуванні стовпчики розміщують на мінімальній відстані один від одного, а при збиранні оптичного компенсатора їх розносять на максимальну відстань один від одного в межах пластин. Це дозволяє зменшити вплив різниці висоти стовпчиків в більшій мірі, чим якби цим способом оброблялись поверхні кільцевих прокладок діаметром, що дорівнює діаметру самої плос — копаралельної пластини. Така технологія зменшує похибку, що приводить до непаралель — ності нижньої і верхньої пластин, в К разів

де: Д — діаметр плоскопаралельної пластини;

d — діаметр стовпчика;

а — кут розміщення стовпчиків в вершинах рівностороннього трикутника, що вписується в коло плоскопаралельної пластини.

Наприклад, для реальної конструкції оптичного компенсатора при Д = 50 мм, d = 8мм, а = 30°, К = 3,7.

ОПН-3, який забезпечив передачу вертикального напряму на монтажні горизонти до 70 м з похибкою 1 мм [52].

Діапазон роботи компенсатора складає ± 20′.

Одним із недоліків, що заважає широкому впровадженню рідинних компенсаторів, є складність забезпечення рівності показників заломлення рідини і матеріалу посудини і під­тримки стабільним значення показника заломлення вибраної рідини при зміні характерис­тик зовнішнього середовища. Крім цього, суттєвим є і зміна в’язкості рідини при зміні тем­ператури.

-Пошук шляхів, що виключають вплив показника заломлення рідини на точність побу­дови вертикального напряму привели до створення в МІІГАіК рідинного компенсатора з двокомпонентною оптичною системою регулювання збільшення (рис. 4.44). Це дозволяє

шляхом юстування виключити похибку із-за зміни показника заломлення рідини. Суть дії компенса­тора полягає в наступному. При нахилі компенса­тора вертикальний промінь входить в оптичну систему під кутом а і виходить з неї під кутом

а’ = Гха,

де Гх — збільшення оптичної системи.

Величина кутового відхилення променя ла­зера клином, утвореним горизонтальною поверх­нею рідини і дном посудини компенсатора, обчис­люється за формулою (4.12). Так як кут 6 = а, то для отримання умови компенсації, тобто, щоб кут а" = 0, необхідно виконати співвідношення:

Із (4.21) стає зрозумілим, що умова компенсації може бути забезпечена зміною збільшення оптичної системи у відповідності з показником заломлення рідини в посудині компенсатора. Необхідно зазначити, що для стабілізації напряму променя в зеніт або на-

дир збільшення оптичної системи повинно мати різні знаки: для зеніта мінус (система Кеп­лера), а для надира — плюс (система Галілея). Такий компенсатор застосований в комп­лекті лазерного ПВП типу "Зеніт-Надир”. Перехід від проектування в зеніт до проектування в надир здійснюється заміною оптичного блоку. Прилад забезпечує установлення проме­ня лазера в вертикальне положення з похибкою ± 2". Діапазон дії компенсатора обмеже­ний кутом 2°. *

Нижче розглянемо схему створення вертикального напряму без застосування ком­пенсаторів. Наприклад, стає вертикальним безпосередньо промінь лазера у якого глухе дзеркало є пасивним створювачем вертикалі (рис. 4.45).

Кювета 1 з активною речовиною постача­ється одним напівпрозорим дзеркалом 2 з кое­фіцієнтом відбиття т1 = 99,98%. Кювета підвіше­на в кардановому підвісі 3, який дозволяє скану­вати простір віссю симетрії розрядного проміжку

або, що те ж саме, нормаллю N2 до відбиваючої поверхні дзеркала 2. При такому скануванні нор­маль N2 в деякі моменти часу буде збігатися з висковою лінією. Під кюветою розташоване глухе лазерне дзеркало 4 з коефіцієнтом відбиття т2 = 99,89%. В той же час це дзеркало пасивно зберігає горизонт, нормаль до відбиваючої по­верхні якого N1 завжди знаходиться по напряму вискової лінії. В моменти колінеарності векторів N1 і N2 на виході напівпрозорого дзеркала 2 бу­де генерація променя лазера, який розповсюджу­ється строго по висковій лінії. Підбором частоти сканування легко здійснити режим спостереження оператором безперервної вертикальної лазерної лінії.

Комментарии запрещены.