Bevezetés a prizmák világába!

A prizmák a digitális távmérők megjelenésével váltak elterjedté a földmérésben – a szögprizmák természetesen ez alól kivételt képeznek, de ezeknek a célja és funkciója is más volt. Ezen digitális eszközök megjelenése nagyban könnyített a földmérők dolgán, hiszen sokkal egyszerűbben és nagyobb távolságokat tudtak megmérni, de mégis pontosabban, mint egy mérőszalag segítségével.

prizma szétszedve

Egy Leica körprizma egyes alkotóelemei

A digitális távmérők egy megadott hullámhosszú lézerfényt bocsájtanak ki, ami visszaverődik a prizma belső faláról és a műszer objektívjébe jut vissza, ami a terjedési sebesség és eltelt idő alapján kiszámítja a megtett út hosszát, és ebből a prizma műszertől való távolságát.

távmérés

A prizmára történő távmérés fő szakaszai és a távmérést befolyásoló néhány tényező

A prizma lényege, hogy a beérkező fényt a beesés irányával párhozamosan veri vissza, akármilyen szögből érkezik a fénysugár, ezáltal az a prizmáról mindig a mérőállomás objektívjébe és azon keresztül a fényérzékelő szenzorokra verődik.

prizma vs tükör

A prizmáról és a tükörről visszavert fény útját ábrázolja a fenti két ábra. Tükörre direkt módon távolságot csak akkor tudunk mérni, ha azok síkjára merőleges a lézersugár beesési iránya, különben az nem a műszer irányába verődik vissza. A tükröket e tulajdonságuk miatt csak speciális alkalmazások esetében használják a földmérési gyakorlatban. (pl. szervízlaborunkban a távmérő pályája 100 m feletti hosszát tükrök segítségével tudtuk elérni).

Tehát mérés közben a figuráns, ha nem teljesen merőlegesen tartja a prizmát a műszer irányvonalára akkor is képesek leszünk távolságot mérni rá. Ez evidensen hangzik, azonban enélkül a tulajdonság nélkül mégsem lennénk képesek a prizmákat hatékonyan használni. Megjegyezzük, hogy a legpontosabb távmérést, milliméter vagy annál kisebb mértékekre gondolunk, akkor érhetjük el, ha a prizma elülső síkja merőleges az irányvonalra, de erre később még kitérünk.

prizma_360x240

 

Hogyan készül a prizma?

A prizma tulajdonképpen egy üveg kocka levágott sarkából készül. Nagyon fontos, hogy az üveg homogén és tiszta anyagból készüljön, hogy a fénytörési mutatója egy közel állandó érték legyen minden irányból. A levágott kockasarkot 3 darab azonos méretű háromszöglap határol. Ezzel mindjárt el is érkeztünk a prizmák egyik legfontosabb geometriai feltételéhez, hogy mindhárom lapja egyforma háromszögekből áll, valamint a csúcspontban a lapok élei derékszögben metszik egymást. Így biztosítható csak az, hogy a beérkező és kilépő fénysugarak párhuzamosak legyenek egymással a beesési szögtől függetlenül.

cube-prism

A prizma egy üvegkocka levágott sarkából készül, amelyet derékszögben metsződő háromszöglapok határolnak. Ezzel biztosítható a beeső és kimenő fénysugarak párhuzamossága.

A fent említett két geometriai jellemző hozzájárul a prizma pontosságához is. Azonban a pontosságot még más tényezők is befolyásolják.

A prizma pontossága

Erősen befolyásolja még a pontosságot az üveg felületének az egyenletessége, vagyis a csiszolás minősége. Minél egyenletesebbre, simábbra sikerül csiszolni a háromszöglapok felületét, annál párhuzamosabb lesz a visszavert fénysugár a beérkezővel. Ennek rendkívül nagy jelentősége van a távolságmérés hatótávját illetően, hiszen a visszavert fény egy jelentős részének a műszer objektívjébe kell visszaérkeznie, hogy a távolság számítható legyen. Azt, hogy a visszavert fény mennyire széttartó, szögmásodpercben szokták megadni és általában 1-5” közötti prizmák érhetők el a piacon. Minden kész prizmát gyártás után egyesével tesztelnek majd ezután kerülnek osztályozásra a pontosságuk alapján.

Az alábbi ábrán egy Leica GPH1P nagypontosságú, főként monitoring célokra használt prizma interferométeres tesztje látható, amin a visszavert jelek beesési szögét mérik (ahol piros, ott nagyobb az eltérés). A középen egymást keresztező vonalak menti kimagaslások a prizma éleiről visszaverődő jelek. Ezeket is belevéve a számításba a prizmaszem átlagos szögmérési divergenciája csupán 0.8”.

interferometerNagypontosságú monitoring prizma interferométeres teszteredménye, amely alapján az átlagos szögmérési divergencia csupán 0.8” ennél a prizmadarabnál.

Reflektív bevonat

A távmérés pontosságát emellett befolyásolja még, hogy milyen visszaverő anyaggal vonják be a prizmaszem külső felületét. A Leica prizmák esetében ezt rézzel oldják meg, mivel magas a fényvisszaverő képessége (>75%), időtálló és emellett nem korrodálódik ezzel biztosítva hosszú életciklust a terméknek. Az alábbi ábrán látható a használt reflektív bevonat fényvisszaverő képessége. Láthatjuk, hogy a hullámhossz függvényében milyen nagy mértékben képes változni a fényvisszaverő képesség, azonban a Leica mérőállomások távmérője által használt tartományban a változás minimális és egyenletes (nincsenek benne hirtelen változások). Ezért fontos mindig a gyártó által javasolt prizmákat használni, mivel egy olyan prizmával, ami nem a mi műszerünk paraméterei van optimalizálva nem biztos, hogy hatékonyan fogjuk tudni használni.

wavelengthLeica prizmákon használt réz bevonat fényvisszaverő képessége különböző hullámhossztartományokban.

Nem csak reflektív, de antireflektív bevonat is kerül a Leica prizmákra. Ez a prizma elülső (műszer felé néző) felületén található. Erre azért van szükség, hogy minimalizálják az innen történő visszaverődést, ugyanis ez távmérési hibát okozna.

reflection

Antireflektív bevonattal látják el a prizma külső felületét, hogy minimalizálják az innen történő visszaverődést, ugyanis ez hibás távméréshez vezetne.

Beesési szög vs. pontosság

A távmérés pontosságát befolyásolja még a lézerfény beesési szöge is. Amikor prizmára mérünk, akkor igyekszünk annak a közepét megirányozni, hiszen ennek a pontnak a megfelelő jelmagassággal korrigált függőleges vetülete fogja eredményezni a terepfelszíni mérendő pontunkat.

Abban az esetben, ha a prizma nem merőleges a műszer irányvonalára, akkor tulajdonképpen egy külpontos irányzást hajtunk végre, mivel prizmabot tengelye és a prizmaszem csúcspontja nem egy függőlegesre esik (ez más kritériumok miatt van így). Azonban a prizmák megfelelő geometriai tervezésével ez a hatás minimalizálható annyira, hogy 40°-os beesési szögig jelentéktelen (0.5 mm-nél kisebb) a mértéke.

beesésis zög

GPR1 Leica prizmára különböző beesési szögekből végzett mérések (az ábrán 0=fénysugár merőleges a prizmára) korrekt értéktől való eltérése balra, valamint jobbra a merőlegestől eltérő beesési szög okozta eltérés szemléltetése.

célzóHabár a beesési szög hatása jelentéktelen, köszönhetően a megfelelő geometriai tervezésnek, azonban nagypontosságú mérések esetén gondoskodjunk arról, hogy a prizmaszem közel merőlegesen a műszer irányvonala felé nézzem. Ezt könnyen elvégezhetjük a kereten elhelyezett célzó segítségével, és így nem kell aggódnunk emiatt.

Alább pedig a gyakorlatban legtöbbször használt Leica prizmatípusokról találtok egy táblázatot, mely tartalmazza azok pontosságát.

prizmák

Üdvözlettel
Leica Geosystems
magyarországi csapata

 

Hasznosnak találod az oldalt? Oszd meg a tudásodat másokkal: ez az egyik módja annak, hogy halhatatlan légy. (Tendzin Gjaco)

%d blogger ezt szereti: