准直

汉语词语

名词解释：通常光线是发散的，即开始相邻的两条光线传播后会相离越来越远。准直通俗说就是保持光线之间是平行的。

简介

名词解释：通常光线是发散的，即开始相邻的两条光线传播后会相离越来越远。准直通俗说就是保持光线之间是平行的。

动词解释：准直就是让发散的光变成准直的光。

原理

准直的原理如图1所示，由激光器L发出一束单横模的激光（一般为可见光，通常采用氦氖激光器的0.633μm波长的光），利用倒置的望远镜系统S，将光束形成直径很细的（约为几毫米）的平行光束，或者将光束在不同距离上聚焦成圆形小光斑。此平行光束中心的轨迹为一条直线，即可作为准直和测量的基准线。在需要准直的位置处用光电探测器接受准直光束。该光电探测器为四象限光电探测器D（即由4块光电池组成），激光束照射到光电探测器上时，每块光电池会产生电压V1，V2，V3，V4。当激光束中心照射在光电探测器中心处，由于4块光电池收到相同的光能量，产生的电压值相等；而当激光束中心偏离光电探测器中心时，将有偏差电压信号Vx和Vy；

由此偏差电压即可知道接收点位置的偏移大小和方向。

关键技术

为了提高激光准直的精度，关键是使激光平行光束的方向稳定性高，不能有漂移，以及在接收平面上激光光斑的光强分布有稳定的中心。因此激光准直技术的关键是控制激光器本身的变化和光束在传播中空气扰动的影响。

引起光束方向的漂移原因主要有以下两点。

（1）激光器的谐振腔变形

这是由于激光器自身发热或周围环境温度变化，引起谐振腔变形所导致出射光束方向的漂移。为减少光束漂移，可对激光器采取热稳定、隔热等控温装置；也可采用二次光源的方法，即将激光器发出的光耦合进一根单模光纤，再由光纤射出，以此作为准直光源，这可有效地隔离掉激光器自身变化带来的影响。

（2）光束在传输中受到大气的扰动影响

这是引起光束方向漂移的一个重要原因，尤其是在长距离和恶劣环境里更为明显。为此需要采取自动补偿的方法反馈控制来弥补，如将探测器上接收到的准直信号偏移量，反馈到激光器控制出射方向；或对准直信号偏移量进行数据处理，以减少光束漂移的误差影响。但由于大气扰动的影响是随机的，要完全补偿灌输的漂移是困难的。

准直测量的方法

准直测量可分为以下三种方法：光学法；引张线法；激光准直法。

光学法

基准线（面）的提供通过经纬仪照准来实现，其中按照所使用的工具和作业方法的不同，又可以分为“测小角法”和“活动觇牌法”。

测小角法是利用经纬仪精确地测出基准线方向与置镜点到观测点的视线方向之间所夹的小角，从而计算出观测点相对于基准线的偏离值。

活动觇牌法是利用活动觇牌上的标尺，直接测定偏离值。

（1）测小角法：

用测微器直接读取偏移角度：（主要误差来源之一是照准误差）

①采用放大倍率不小于40倍的J1型以上的精密经纬仪；

②采用白色(或黄色)底面、黑色对称标志的觇牌，照准标志的对称轴应铅垂，具备整平和照明装置；

测小角法作业程序与要求：

①在基准线两端点分别安置仪器和觇牌，待测点安置觇牌；

②用仪器分别照准两个觇牌，测微器读取角值，计算小角，完成上半测回；

③变换测微器位置，再用测微器分别读取两个觇牌对应的读数，计算小角，完成一个测回；

④完成往测测回数的一半以后，将仪器和觇牌的强制对中轴旋转180°，再进行往测另半数测回的观测，完成往测；

⑤将基线端点上的仪器和觇牌对调，按同样方法完成返测；

（2）活动觇牌法：

①活动觇牌零位置测定（零位置：照准标志的对称轴与对中装置中心的线相重合时的觇牌读数）：在相距一定距离的两个观测墩上，安置仪器与固定觇牌，定向后，取下固定觇牌，换上活动觇牌，将活动觇牌的照准标志移到仪器十字丝上，读取活动觇牌的读数。

②在基准线两端点分别安置仪器和固定觇牌，待测点安置活动觇牌；

③盘左时，由仪器观测员指挥待测点上操作员，旋动觇牌使照准标志的对称轴与仪器十字丝重合，读取觇牌上读数；然后反方向导入活动觇牌，重新读取觇牌上读数，完成上半测回；

④盘右时，同样操作，完成一个测回。

⑤测回间应重新整平仪器。

引张线法

利用一根拉紧的不绣钢丝（或尼龙丝）建立的基准线（面）来测定点的偏离值的方法，可以不受大气折光的影响。

a.安置引张线，稳定后，依次在每一个待测点上安置显微镜观测作为往测，每个测点读数四次；

b．重新安置引张线，并把引张线纵向移动一段距离，逆序依次在每一个待测点上安置显微镜观测作为返测，同样每个测点读数四次。完成一个测回；

c．测回间拨动浮船装置，使引张线浮动，静止后进行下一测回观测。测回间互差应小于0.2mm。

激光准直法

随着激光技术的发展，出现了由激光束建立基准面的基准线法，根据其确定偏离值的原理，有以激光束替代经纬仪视线的“激光经纬仪准直”和利用光干涉原理的“波带板激光准直”（三点准直）。

（1）激光经纬仪准直：

采用激光经纬仪准直时，活动觇牌法中的觇牌则由中心装有两个半圆的硅光电池组成的光电探测器替代。两个硅光电池各接在检流表上，如激光束通过觇牌中心时，硅光电池左右两半圆上接收相同的激光能量，检流表指针在零位。反之，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指零，即可在读数尺上读取读数。为了提高读数精度，通常利用游标尺可读到0.1mm。当采用测微器时，可直接读到0.0lmm。

（2）波带板激光准直：

波带板激光准直系统由三个部分组成：激光器点光源，波带板装置和光电探测器。

在基准线两端点A、B上分别安置激光器点光源和探测器。在需要测定偏离值的观测点C上安置波带板。当激光管点燃后，激光器点光源就发射出一束激光，照满波带板，通过波带板上不同透光孔的衍射光波之间的相互干涉，就会在光源和波带板连线的延伸方向线上的某一位置形成一个亮点(对圆形波带扳而言)或十字线(对方形波带板而言)。

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