Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В этой главе будет рассматриваться дальномерная аппара­тура с использованием оптического излучения — импульсные и фазовые светодальномеры и оптические интерферометры гео­дезического назначения. Прежде чем рассматривать эти уст­ройства, необходимо достаточно подробно познакомиться с тем, как происходят излучение, модуляция и прием электромагнит­ных волн оптического диапазона. Эти вопросы освещаются в первых трех параграфах данной главы.

§ 11. источники ИЗЛУЧЕНИЯ

Тепловые и газоразрядные излучатели

До 1960 г., когда появились первые лазеры, все многооб­разие источников излучения оптического диапазона волн, при­годных для использования в геодезической измерительной ап­паратуре, сводилось по существу к двум категориям излуча­телей: нагретым телам (в основном электрическим лампам накаливания) и газоразрядным источникам излучения.

Тепловые излучатели. Эталоном излучения нагретых тел служит так называемое абсолютно черное тело (АЧТ)—тело, коэффициент поглощения которого при любой температуре ра­вен единице (и, следовательно, коэффициент отражения равен нулю). Хотя АЧТ — физическая абстракция, законы излучения многих реальных нагретых тел (Солнца, ламп накаливания) довольно близки к законам излучения АЧТ, а последние могут быть строго определены теоретически.

Из этих законов следует, что полная излучаемая мощность быстро растет с увеличением температуры (пропорционально 4-й степени последней) и что максимум спектральной плотно­сти излучаемой мощности с ростом температуры смещается в сторону коротких волн.

При вычислении параметров излучения реального нагре­того тела (например, нити лампы накаливания) можно ис­пользовать законы излучения АЧТ, если ввести • понятие цве­товой температуры Тц — температуры АЧТ, которое излучает так же, как данное реальное тело, находящееся при темпера­туре Т>Тц. Неравенство Т и Тц отражает тот факт, что коэф­фициент поглощения реальных тел меньше единицы. Значения Тц для многих излучателей известны (например, для поверх­ности Солнца Гц=5785 К) или задаются для определенных фактических температур (либо электрических режимов работы излучателя, как это часто делается применительно к лампам накаливания).

Для большинства ламп накаливания цветовые температуры при номинальном электрическом режиме работы составляют

2800—3000 К, что дает максимум излучения на волне ~ 1 мкм. Таким образом, в то время как большая часть энергии излу­чения Солнца лежит в видимом, участке спектра (А.=0,38— 0,7 мкм), лампы накаливания наиболее эффективны в ближней инфракрасной (ИК) области. В настоящее время лампы нака­ливания, сыгравшие значительную роль в светодальномерах, уступили место более совершенным излучателям.

Газоразрядные излучатели. Излучение газоразрядных источ­ников по своему спектральному составу обычно сильно отли­чается от излучения АЧТ. Параметры газоразрядных излуча­телей определяются составом газовой смеси и параметрами электрического разряда в ней. Электрический разряд может быть импульсным или стационарным; стационарный разряд подразделяется на тлеющий и дуговой (для первого харак­терна невысокая плотность электрического тока и небольшая степень ионизации газа в разряде, для второго эти параметры на несколько порядков больше). По типу возбуждения разли­чают высокочастотный разряд (ВЧР), возбуждаемый перемен­ным электромагнитным полем высокой частоты (10®—109 Гц) от специального генератора, и разряд постоянного тока (РПТ), при котором через газовую среду пропускается постоянный электрический ток.

При тлеющем разряде, когда температура газа невысока, мощ­ность, излучаемая единицей объема газа, невелика и, следова­тельно, такой источник имеет небольшую яркость. Для дуго­вого разряда характерна высокая температура газа; яркость таких источников может быть весьма значительной — иногда в десятки и даже сотни раз больше, чем у ламп накаливания.

На рис. 20 для примера изобра­жены спектры излучения ртут­ной и ксеноновой дуговых ламп, нередко используемых в аппара­туре, где требуются излучатели особо высокой яркости.

При импульсном разряде плотность тока в газе достигает огромных величин (103—105

А/см2) и тепловое излучение ста­новится преобладающим; такие излучатели характеризуются оп­ределенной, обычно весьма вы­сокой цветовой температурой (5000—20 000 К), хотя в спектре проявляются и отдельные спектральные линии. Длительность импульсов излучения обычно лежит в интервале 10~3—10~6 с, а яркость намного превышает яркость любых источников, работающих в стацио­нарном режиме. На рис. 21 для примера показаны спектр из­лучения и форма импульса ксеноновой импульсной лампы.

В настоящее время газоразрядные излучатели обычно ис­пользуются не как основные источники излучения в светодаль­номерах, а как источники накачки лазеров, играющих роль основных излучателей.

Комментарии запрещены.