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1、激光指向仪简介激光指向仪是指利用激光器产生的光源进行指向的仪器。它采用电源模块给激光模组供电，由激光模组产生红、绿、蓝三种激光光源，经过由目镜组、物镜组组成的光学镜筒进行放大和聚焦形成激光斑点，起到放线、定位、指向，提供准直线等的作用。目前我项目所采购的为神华 YHJ-800 型，有效射程 800米（红光） ，环境温度-10+40。没有储备电源，一旦断电则无法正常使用。激光指向仪安装及工作原理激光指向仪采用低功耗半导体激光器发出激光，通过光学系统会聚，使其成为高度准直的激光束，通过水平和垂直微调，完成指向工作。以 800 米激光指向仪为例，它采用交直流 24260 伏输入、直流3 伏输出的具有
2、软启动功能的电源模块给激光模组供电，由激光模组产生的（635nm 红光、532nm 绿光、405nm 蓝光）激光光源，经过由目镜组、物镜组组成的光学镜筒进行放大和聚焦,在 800 米处形成直径 50 毫米的斑点,这就是 800 米激光指向仪。该激光指向仪随着射程小于 500 米，光斑也随着逐渐变小，在 300 米处光斑达到 15 毫米，800 米处达到 40 毫米，由于射程由远到近，激光穿透空气介质能力逐渐加强，亮度得到提高，光斑也变得更加稳定，当射程在 0800 处时光斑稳定无漂移。 激光指向仪的安置激光指向仪在每次使用前,首先应对激光指向仪的电源,发光情况以及各调节机构进行检查。激光指向仪
3、可安放在巷道中央的工字钢上,用四根锚杆固定的框架上, 巷道中央的石垛上,两帮的悬臂架上。利用它来同时指示巷道中线和腰线时,必须使光束在水平面内位于巷道的中线方向上, 在倾斜面内位于巷道的腰线方向上实地安置步骤如下:(1) 选择 A,B,C 三个中线点。(2) 在 A,B,C 三点上悬挂垂球线,并用水准仪在垂球线上标出腰线的位置。(3) 将激光指向仪安置在 B 点之后 3-5m 的巷道中部的锚杆上, 固定后, 打开激光指向仪。(4) 根据 A,B,C 点组成的中线, 调节水平微动螺旋,使光束中心准确地通过 B,C 点所挂的垂球线。(5) 调节垂直方向微动螺旋 ,使光束中心至 B,C 两处垂球线上
4、腰线位置的距离 d 相等.光束在水平面内的方向即为巷道的中线方向,在倾斜面内的方向即为腰线方向。激光指向仪主要由激光器, 光学系统,防爆壳体和悬挂调节机构等部件组成。用于矿山巷道掘进时，它主要是指向定位以及公路、铁路、涵洞、桥梁、高层建筑、管道安装的定位、准直等。激光指向仪既可安置在巷道顶部，使激光光束和巷道中线重合，也可以安置在巷道边墙上，使激光光束和巷道中线平行。激光指向仪安置在巷道顶部则安装和调试都比较困难，所以通常安置在巷道边墙上，方便调试和使用。 技术参数为：指向距离： 800m；可调光斑直径： 40mm（500m处）；工作电压： JD-2型非防爆电源（可直接接入 AC220V电源）
5、；工作电流： 60mA；激光功率： 2.4mW；光束调节范围：水平 10（粗调任意），倾斜 10（粗调任意）；水平位移调节： 30mm；垂直位移调节：依锚杆长度而定；仪器重量：1.7kg。如图 1所示，将直径为 22mm的两根锚杆埋设在巷道的边墙上，锚杆的高度距地面不小于 2m，埋入边墙的深度不短于 50cm，外露的长度在安置仪器后不应妨碍运输和行人。用拉杆将两根锚杆连接在一起,以增强稳定性。激光指向仪通过接合器悬挂在锚杆下方并固定。 1.2激光指向仪的调试在巷道内调试激光指向仪需要全站仪的配合，根据巷道线型的不同分两种部分。 1）直线巷道在直线巷道内安置的激光指向仪应满足： 激光光束和巷道中
6、线平行； 激光光束的坡度和巷道坡度一致。为调试和计算的方便，一般以巷道中线为 X轴建立直角坐标系，并将里程值作为其坐标值。如图 2所示，激光指向仪安置在巷道一侧边墙上。打开激光指向仪电源开关，先将激光指向仪的激光光束调整到和巷道中线大致平行，然后在前方设置两个激光接收耙 A，B。要求 A靶接近激光指向仪，B靶接近巷道工作面，分别在 A，B接收靶上得到激光斑点 1和 2。在巷道内控制点上安置全站仪，分别在激光斑点 1，2上安置反射片（或微型棱镜），测定 1，2两点坐标和调和分别为 1（x1,y1,h1）,2(x2,y2,h2),设巷道坡度为 i，则 2点水平方向修正值为： y=y2-y1 2点竖
7、直方向修正值为 h=h2-h1-i(x2-x1)根据y和h的大小，微调激光指向仪使 B靶上的 2点移动到 2点。由于 1点并不是激光指向仪的几何中心，所以 2点的修正值 y和h是近似值，故需要重复上述过程对 2点进一步修正。一般 2-3次修正，即可使激光光束既平行于巷道中线，又和巷道坡度一致。 2）曲线巷道在曲线巷道中，不能满足激光光束和巷道中线平等的条件，只需将激光光束的坡度调整到和巷道坡度一致即可。如图 3所示，在巷道的曲线外侧边墙上安置激光指向仪。打开激光指向仪电源开关，将激光指向仪的激光光束调整到和巷道中线方向大致一致并和仪器在曲线同侧。按照直线巷道内同样的方法设置激光接收靶 A、B，
8、在 A、B接收靶上分别得到激光斑点 1和 2。在巷道内控制点上安置全站仪，测定 1，2两点的坐标和调和分别为 1（x1,y1,h1）,2(x2,y2,h2),设巷道坡度为 i，则 2点竖直方向修正值为： h=h2-h1-i(x2-x1)由于 1 点并不是激光指向仪的几何中心， (x2-x1)也不是 1、2 两点间的里程差，所以 2 点的修正值 h 是近似值，故需要重复上述过程 2-3 次，对 2 点进一步修正，使激光光束的坡度和巷道坡度一致。用激光指示巷道掘进方向 2 1）直线巷道如图 4所示，在直线巷道内安置的激光指向仪经过调试，满足了激光光束和巷道中线平行、激光光束的坡度和巷道坡度一致的条
9、件。则任一激光点和巷道中线的距离 e、激光点和巷道起拱线间的高差 h均为定值。根据激光指向仪调试结束时测定激光点的坐标和高程并参照设计文件，可以确定 e、h的值。当巷道掘进工作面需要指示方向时，打开激光指向仪的电源开关，由激光点沿光束的垂线方向量取水平距离 e得巷道中线点；在坚直面内由激光点沿垂线方向量取 h,得到巷道施工的起拱线高程，从而可以对巷道的开挖断面进行控制。 2）曲线巷道在曲线巷道内，激光光束和巷道中线之间的距离随里程不同而变化，为此需要编制激光支距表来指导巷道掘进。如图 5所示，在对应激光光束某点 K。处作为量算支距的起点，每间隔距离 d量取激光支距 e1，e2, ，从而得到巷道
10、中线上的各点。支距的获取方法有 2种： 激光指向仪调试结束后，测定激光光束上两点（如图 3中的 1，2点）的坐标，建立直线方程，与巷道中线的曲线方程联立解算支距； 在计算机上利用 CAD软件绘制出巷道中线和激光光束直线，按规定的间隔距离 d绘制出支距线，然后直接查询各支距的值。当激光光束和巷道中线交叉时，激光支距会有不同的符号，给使用带来不便，应避免出现此类情况。由于指向仪激光光束的坡度已经调整到和巷道坡度一致，对高程的控制方法与直线巷道相同。 3精度分析 3激光指向仪的指向精度主要受以下因素影响： 激光光束的标定精度； 激光光斑的直径大小、亮度等。激光光束的标定精度受控制点点位精度和全站仪测量精度的共同影响。忽略控制点的点位误差影响，激光光束的标定精度主要由全站仪的测量精度决定。
