[科普中國]-激光掃平儀

一般概念

投射一束可視激光束，根據(jù)激光束可以水準定位高度的一種儀器。另外的概念是在快速旋轉(zhuǎn)軸帶動下使可視激光點(一般有紅光和綠光)掃出同一水準高度的光線，便于工程人員定位水準高度的一種儀器。

工作原理對于投射可視光束的掃平儀，就是利用可視光束定高度（光直線傳播）。

對于光點掃出線的儀器，是利用可視激光點在快速移動時，因為人的視覺暫留的緣故，人看到光點移動就是一條線的原理。儀器在整平的情況下，光電掃出的線在同一高度。

激光通過機內(nèi)的自動補償機構(gòu)補償?shù)剿?，并射出激光。超過補償范圍時，停止旋轉(zhuǎn)和發(fā)射激光，警報燈即亮。用吊絲懸掛內(nèi)圓筒座，將激光二極管裝在中心位置，一般以鉛直方向發(fā)射激光。以鉛直方向發(fā)射的激光通過物鏡和裝在馬達上的五角棱鏡沿水平方向旋轉(zhuǎn)發(fā)射。觀察報警燈可知是否在自動安平補償范圍內(nèi)，主機是否傾斜，這可通過電子學的方法，控制內(nèi)圓筒座和外圓筒座之間的間隙來確定。

接收器是由兩個接收二極管和顯示器組成，前者接收激光，后者顯示光斑位置。同時通過音色變化的蜂鳴器調(diào)整光斑位置。接收器是上、下兩個光敏二極管，根據(jù)照在兩個二極管的光量差來指示位置。A時光敏二極管2沒照到激光，以向下的箭頭符號表示。B時光敏二極管1和2受同等光量照射，以中心標記表示。

種類目前國內(nèi)常用激光掃平儀依據(jù)工作原理以及是否增加補償機構(gòu)和采用補償機構(gòu)不同，大致可將掃平儀分成三類：水泡式激光掃平儀、自動安平激光掃平儀和電子自動安平掃平儀。

水泡式激光掃平儀北京光學儀器廠與1996年試制的SJ2型和SJ3型激光掃平儀，即屬于結(jié)構(gòu)簡單，成本較

低的水泡式激光掃平儀，是適宜于建筑施工、室內(nèi)裝飾等施工工作的普及型儀器。激光二極管發(fā)出的激光，經(jīng)物鏡后得到一激光束，該激光束在經(jīng)過五角棱鏡后，分成兩束光線，一束直接通過，另一束改變90度方向，儀器的旋轉(zhuǎn)頭由電機通過皮帶帶動旋轉(zhuǎn)，使形成一個掃描的激光平面，儀器上設置有長水準儀器，用于安平儀器。（和水泡水準儀一樣，掃平儀以水準器為基準，也就是說激光平面水平誤差取決于水準器的精度，如果將儀器臥放，根據(jù)垂直水準器可得激光掃描出的鉛垂面。）此儀器的精度，很大程度上受到人為的因素的影響。

由于工程施工操作的快速方便要求及某些特殊場合的高精度要求，水泡安平難以滿足要求，于是，各種自動激光儀器應運而生，并產(chǎn)生了一些獨特的安平方式.

自動安平激光掃平儀北京光學儀器廠研制的SJZ1型自動安平掃平儀，利用吊絲式光機補償器，以達到在 范圍內(nèi)自動安平的目的，不論儀器如何傾斜，在補償范圍內(nèi)將始終保持掃描出的激光平面處于水平面內(nèi)，這種儀器適合于震動較大的施工場地。

電子式自動安平激光掃平儀光機式補償器結(jié)構(gòu)相對簡單，成本較低和具有一定的抗振性等優(yōu)點，但由于其補償精度隨補償范圍的增加而降低，一般補償范圍都限制在十幾分之內(nèi)，近代發(fā)展的電子自動安平原理，使安平范圍可擴大至 左右，并且具有較高的穩(wěn)定性和補償精度。

電子自動安平系統(tǒng)一般由傳感器、電子線路和執(zhí)行機構(gòu)組成。水泡式傳感器由玻璃水泡內(nèi)充有導電液的類似于一般氣泡水準器的元件為主題，玻璃管外涂有金屬蓋層，并形成兩個對稱的電極。兩個電極間相應為兩個電阻，當氣泡居中時，電阻相等，當水泡傾斜時，氣泡發(fā)生位移，從而破壞了兩個電阻的平衡狀態(tài)，從而使傳感器電路組成的電橋失去平衡，并產(chǎn)生相應的電壓輸出，將輸出信號經(jīng)電子處理并放大驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)，使伺服電機產(chǎn)生相應的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，保持電橋平衡，也就是達到了電子自動安平的目的，傳感器除用電阻的方式外，也有用電容或電感的傳感元件。

補償機構(gòu)介紹目前市場的儀器多采用以下補償機構(gòu)：

吊絲補償安平方式用金屬吊絲將準直物鏡 ( 含激光器 ) 懸吊在儀器座上。利用重力實現(xiàn)出射光束的自動安平作用。

軸承擺補償安平方式激光器及準直系統(tǒng)安裝在重力擺上，重力擺繞兩個精密軸承確定的軸線擺動。重力安平，磁阻尼穩(wěn)定，實現(xiàn)自動安平。

電子補償安平方式?采用傾斜傳感器，測量儀器基座的傾斜大小和傾斜方向，利用伺服電機對激光器準直系統(tǒng)的輸出方向進行實時修正。

液體補償安平方式使準直激光束通過一個穩(wěn)定的液槽，當儀器安平時， 液槽內(nèi)的液體形成一個平行平板；當儀器微傾時，液槽內(nèi)的液體形成一個液體光楔，將對出射光束的方向進行一定補償。為了對光束出射方向能夠完全補償，讓光連續(xù)通過二層折射率不同的液體，當兩種液體折射率滿足一定條件時，即能對光束出射方向?qū)崿F(xiàn)完全補償。

特點工程中常常需要確定一個平面，如港口中的道路、堆場、廣場、碼頭面層、機場等，激光掃平儀(圖11.6-1)可在瞬間建立起大范圍的平面、直立面、傾斜的基準面，為施工、建筑、裝璜提供基準面或線。掃平儀也可應用在推土機場地整平上和結(jié)構(gòu)撓度測量上。

掃平儀就是旋轉(zhuǎn)發(fā)射式的激光水準儀，在土木、建筑、內(nèi)部裝飾工程中掃出水平面，其工作效率很高。該儀器采用紅外激光器，每分鐘轉(zhuǎn)300次，掃出360°、半徑小于150m的水平基準面。它與紅外接收器配合使用，一人即能快速操作，如果用光學式水準儀和標尺作業(yè)，至少要兩人操作。1