Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Найбільш просто референтну лінію можна задати в просторі за допомогою лазера. Це обумовлено тим, що промінь лазера при певних умовах добре видно в просторі за ра­хунок розсіювання світла на частках пилу, вологі, туману та інше, і при цьому зберігається вузька діаграма направленості, висока спектральна яскравість, щільність світлового пото­ку, стан поляризації променя. Задають референтний напрям лазерним променем з обо — вязковим застосуванням колімаційних оптичних систем. При цьому можливі дві схеми ко­лімації: телескопічною системою Кеплера (рис. 6.6 а), де обєктивом і окуляром є позитив­ні лінзи, і телескопічною системою Галілея (рис. 6.6. б), де окуляр є негативна лінза, зав­дяки чому оптична система будує пряме зображення. Телескопічна система дозволяє зменшити кутову розбіжність променя лазера а, викликану дифракцією на вихідній апер­турі дзеркала резонатора. На виході телескопічної системи пучок лазерних променів буде мати розбіжність в Гх меншу, чим на виході із лазера, а діаметр пучка при цьому відпо­відно збільшиться в теж число разів.

Р = а/Г*; D = d Г*, (6.5)

де: Р, D — кут розбіжності і діаметр лазерного променя на виході телескопічної

системи;

а, d — кут розбіжності і діаметр лазерного променя на виході із лазера;

Гх — збільшення телескопічної системи.

За звичаєм приймають: d = 1 -1.5 мм, a =10′ -15′, а Гх =ЗО н — 60х.

Якщо врахувати збільшення розбіжності випромінювання із-за розсіювання на мікро — частинах розташованих уздовж траси, то діаметр плями променя лазера на поверхні фо- топриймального пристрою можна обчислити за формулою

Офп = D + 2а — І, (6.6)

де: / — відстань від вихідної зіниці телескопічної системи до чутливої поверхні фото­приймача.

Можна показати, що для кожної конкретної відстані / з точки зору максимальної кон­центрації енергії випромінювання лазера при роботі в паралельних пучках променів і міні­мальних розмірах вхідної зіниці приймальної оптичної системи, оптимальне збільшення телескопічної системи відповідає значенню, яке може бути обчислене за формулою

Для збільшення перешкодозахищеності приймального тракту від фонових засвічу­вань використовують модуляцію випромінювання лазера. Любий вид модулятора — меха­нічний, електрооптичний, модулятор повного внутрішнього відбиття установлюють на ви­ході лазера перед телескопічною системою. Застосування модулятора дозволяє підвищи­ти точність побудови референтної лінії.

На точність формування референтних напрямів, особливо на великих відстанях, сут­тєво позначається вплив рефракції атмосфери. З цього погляду розглянуті найпростіші лазерні системи не завжди забезпечують високу точність і продуктивність праці. Підвище­ну точність формування референтного напряму, особливо при виконанні підземних робіт, має схема лазерного покажчика напряму [164], представлена на рис. 6.7.

Випромінювання лазера 1 проходить через отвори в параксіальній області оптично­го клинка 2 і лінзової системи 3, розташованих перед коліматором 4 . Клинок служить для відхилення випромінювання на невеликі кути, а лінзова система керує джерелом жив­лення лазера. В склад приладу входить джерело інфрачервоного випромінювання 5 оп­тично зв’язане через коліматор, лінзову систему і клинок з фотоприймачем інфрачервоно­го випромінювання 6. Грубе наведення лазера на необхідний напрям здійснюється по ін­фрачервоному джерелу випромінювання розташованому в кінці підземної виробки. В свою чергу інфрачервоне випромінювання поступає в коліматор і оптичною системою та клин­ком відхиляється в бік фотоприймача. Фотоприймач формує сигнал керування блоком живлення лазера, завдяки якому промінь лазера після виходу із коліматора зберігає більш стабільне положення в просторі.

Референтний напрям з урахуванням впливу рефракції атмосфери уздовж траси мо­же бути заданий лазерною системою (рис. 6.8.).

Система містить передатний і приймальний канали, з’єднані в єдину конструкцію. Передатний канал включає в себе лазер 1, перше напівпрозоре дзеркало 2, коліматор З, пентапризму 4 і блок корекції положення променя у вигляді оптичного клинка 5 з змінним кутом заломлення. Приймальний канал лазерного випромінювання, додатково до першого, включає друге напівпрозоре дзеркало б, розташоване під кутом 90° по відно­шенню до першого і виконане з можливістю переміщення перпендикулярно променю, два позиційно-чутливих датчики 7 і 8, блок управління 9 і виконавчий механізм 10 керуван­ням блоком корекції.

Випромінювання лазера, після проходження першого напівпрозорого дзеркала і формування паралельного пучка променів коліматором, направляється пентапризмою че­рез оптичний, клинок уздовж траси на відбивач 11. Відбившись від кутового поворотного відбивача під тим же кутом, що дорівнює куту падіння, лазерне випромінювання буде зареєстроване датчиком 7. Якщо відбитий пучок променів не збігається з центром датчика, то блок управління відпрацює сигнал на переміщення виконавчим механізмом оптичного клинка (до нульового сигналу). Таким чином, датчик 7 реєструє інструменталь­ну похибку формування референтної прямої, а корекція просторового положення пучка променя здійснюється шляхом переміщення оптичного клинка, яке приводить до кутового відхилення променя.

Для врахування впливу рефракції атмосфери застосоване додаткове джерело ви­промінювання 12 і фільтр 13. Пропускання фільтру погоджено по довжині хвилі з спек­тральною чутливістю фотоприймача позиційно-чутливого датчика 8. Іншими словами, датчик 8 не чутливий до інструментальної похибки формування референтної прямої, але чутливий до похибки впливу рефракції. Виключення похибки за рефракцію здійснюється за допомогою того ж оптичного клинка 5 шляхом відпрацювання блоком управління роз — узгодження сигналу, відносно нульового, з датчика 8. Таким чином, принцип корегування просторового положення лазерного променя за вплив рефракції полягає в різному функ­ціональному призначенні двох позиційно-чутливих датчиків і їх селективності. Для селекції двох типів похибок застосовані випромінювачі і приймачі з різними довжинами хвиль.

Застосування пасивної стабілізації просторового положення енергетичного центру лазерного променя можливо за допомогою схеми пристрою [97], приведеної на рис. 6.9.

Для створення стабілізованого в просторі опорного напряму промінь лазера 1 після коліматора 2 паралельним пучком падає на світлорозділювач 3, яким ділиться на два промені — А і Б. В промені А розташовується призма Дове, після проходження якої світ­лові хвилі променя А обертаються на 180°, а світлові хвилі променя Б після відбиття від поворотних дзеркал 4 і б не змінюють свого положення. Таким чином, якщо на виході ла­зера буде спостерігатись просторове коливання енергетичного центру, то після змішувача 7 промінь А і промінь Б будуть рівні по величині, але будуть мати різні напрями просто­рового зміщення. Після складання променя енергетичній центр сумарного променя 8 бу­де визначатись симетричними плечами променів А і Б. Тому, незважаючи на окремі ко­ливання променя на виході із лазера, в просторі промінь буде залишатись стабільним для формування референтного напряму при роботі пристроїв з фотоелектричними приймача­ми, які працюють по енергетичному центру.

При проектуванні автоматичних систем створення референтного напряму променя лазера виникає питання визначення енергетичного співвідношення сигналу фотоприйма­ча при взаємному лінійному зміщенні оптичної осі лазера і центру фотоприймача. Такі розрахунки можна знайти в багатьох джерелах. В [94] визначення енергії сигналу на чут­ливій площадці фотоприймача обчислюється за формулою

(6.8)

де: Рл — енергія випромінювання лазера;

тдтм — коефіцієнт світлопоглинання енергії атмосферою на трасі довжиною /;

т1 — інтегральний коефіцієнт світлопоглинання оптики передатного і приймального каналів;

гпі — поточний радіус пучка випромінювання лазера;

гп — характерний радіус перетину пучка випромінювання лазера;

S — діаметр вхідної зіниці приймального каналу;

(Pj — кут в поперечному перетині променя лазера створеного перехрещенням лінії центрів вихідної зіниці телескопічної системи і вхідної зіниці фотоприй­мача з напрямом зміщення променя лазера.

Комментарии запрещены.