Приведены основные параметры ротационного лазерного нивелира, такие как рабочий радиус, скорость вращения, угол раствора в линейном режиме, длина волны и выходная мощность лазера, диаметр и расходимость лазерного луча, сведения о классах используемых лазеров.
Ключевые слова: ротационный лазерный нивелир, рабочий радиус, скорость вращения, угол раствора, длина волны лазера.
Нивелиром называют геодезический инструмент для определения разности высот между несколькими точками земной поверхности. Соответственно лазерный нивелир использует прямолинейный луч лазера как средство указания горизонтальности расположения точек, то есть что точки находятся на одной высоте. Ротационный лазерный нивелир формирует вращающийся лазерный луч и автоматически удерживает плоскость его вращения строго горизонтальной. Этот луч и служит источником информации о горизонтальности расположения тех или иных объектов. Лазерные нивелиры получили широкое распространение в строительстве жилья, дорог, выравнивании поверхности земли под площадки различного назначения.
Рассмотрим основные параметры ротационного лазерного нивелира на примере устройств Bosch [1].
- Рабочий радиус без лазерного приемника (working radius without laser receiver) — максимально возможное расстояние от оси вращения нивелира до места применения лазерной отметки без специального лазерного приемника. Относится к случаю, когда положение лазерной отметки оценивается визуально, без применения дополнительных электронных устройств. Так как этот параметр крайне зависим от многих внешних условий, следует считать его значение приблизительным. Иногда указывается рабочий диаметр, то есть значение, равное удвоенному радиусу. В маркетинговых целях изготовители применяют также термин «рабочий диапазон» (working range), иногда не указывая, радиус или диаметр понимается под словом «range». В настоящей работе будем ориентироваться на значение этого радиуса 50 м.
- Рабочий радиус с лазерным приемником (working radius with laser receiver) — максимально возможное расстояние от оси вращения нивелира до места применения лазерной отметки с использованием специального лазерного приемника. Электронные лазерные приемники обнаруживают лазерную отметку на значительно больших расстояниях, чем зрение. Поэтому значение этого параметра значительно больше, чем предыдущего. В настоящей работе будем исследовать параметры луча до расстояний порядка 250 м.
- Скорость вращения (rotational speed). Данный параметр указывает скорость вращения (обороты). Ротационный режим работы (Rotational Operation Mode) является основным для ротационных нивелиров. В этом режиме лазерный луч вращается с постоянной угловой скоростью, сканируя все 360°.
Максимальная скорость вращения у некоторых моделей достигает 900 и 1200 об/мин, но у большинства составляет 600 об/мин. Многие модели поддерживают несколько скоростей, наиболее часто это ряд 150, 300, 600 об/мин. Для работы без лазерного приемника предпочтительны низкие скорости вращения. Высокие скорости вращения позволяют при использовании лазерных приемников достичь большого рабочего радиуса и улучшить динамические свойства автоматических систем, ориентирующихся по лучу нивелира. В настоящей работе будем считать максимальную скорость вращения равной 900 об/мин = 15 об/с (Гц).
- Угол раствора в линейном режиме (scan angle for line operation). Многие модели нивелиров поддерживают линейный режим работы (Line Operation Mode). В этом режиме лазерный луч перемещается только в пределах ограниченного сектора. Это увеличивает видимость лазерного луча по сравнению с ротационным режимом. Угол раствора (раскрытия) сектора может переключаться, позволяя пользователю выбирать наиболее удобное значение из некоторого ряда.
- Класс лазера (laser class) — понятие, сформулированное в международных стандартах по безопасности лазеров. В рассмотренных спецификациях ротационных нивелиров встречались упоминания только классов 2 и 3a.
Класс 2 — видимые лазеры, способные причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если специально смотреть непосредственно на луч на протяжении длительного периода времени. Такие лазеры не следует использовать на уровне головы. Лазеры с невидимым излучением не могут быть классифицированы как лазеры 2 класса. К классу 2 относят видимые лазеры мощностью до 1 мВт [2].
Класс 3a — видимые лазеры, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на лазер невооружённым взглядом только на протяжении кратковременного периода (как правило, за счет моргательного рефлекса глаза). Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на них через оптические инструменты. К классу 3a относят видимые лазеры мощностью до 5 мВт.
- Длина волны лазера (laser wavelength).
В ротационных нивелирах в настоящее время применяют лазеры с длиной волны 635 нм (красный) и 532 нм (зеленый). Зеленый луч дает значительно лучшую видимость из-за свойств зрения, что увеличивает радиус работы без приемника. Радиус работы с приемником, наоборот при равной мощности лазера может оказаться выше для красного луча, так как чувствительность полупроводниковых фотоприемников к зеленому свету несколько хуже, чем к красному.
- Выходная мощность лазера (laser output power) — это оптическая мощность лазерного луча.
В целях безопасности в нивелирах применяют лазеры с мощностью не более 5 мВт.
В технических характеристиках нивелиров почти всегда указывается только порог, который не превышается соответственно классу безопасности лазера (не более 5 мВт, не более 1 мВт). Конкретное указание выходной мощности лазера в открытых документах изготовителей нивелиров встречается крайне редко. Поэтому для целей настоящей работы необходимо ориентироваться на некоторый диапазон, например от 0,5 до 5 Вт.
- Диаметр лазерного луча у отверстия выхода (laser beam diameter at the exit opening). В технических характеристиках нивелиров этот параметр обычно не указывается, хотя представляет большой интерес. Для большинства тех моделей, для которых он указан, диаметр луча составляет 4 или 5 мм, но для некоторых моделей достигает 8 мм. Луч с малым диаметром дает лучшую видимость и удобнее для работы без приемника. Луч с большим диаметром теоретически может иметь лучшее расхождение, а это может повысить точность работы систем, использующих приемники. В данной работе в расчетах будем полагать диаметр луча в пределах 4...8 мм.
- Расходимость лазерного луча (divergence of laser line) — это угловая мера увеличения диаметра луча по мере удаления от самого лазера. Аналогично предыдущему параметру изготовители ротационных нивелиров редко указывают расходимость. Однако для настоящей работы этот параметр представляет большой интерес.
Литература:
1. GRL800–20HV/GRL900–20HV/GRL1000–20HV Rotary Laser Owner's Operating instructions Manual [Электронный ресурс] / Bosch. — URL: https://www.boschtools.com/us/en/ocsmedia/1609730721_GRL800_900_1000_1018_(5).pdf (дата обращения: 04.11.2021).
2. Безопасность лазеров [Электронный ресурс] / Википедия. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Безопасность_лазеров (дата обращения: 04.11.2021).
