VTT:ltä laserlämpömittari pitkien etäisyyksien mittauksiin

Teknologian tutkimuskeskus VTT:n MIKESissä on kehitetty laserspektroskopiaan perustuva mittalaite lämpötilan määrittämiseen pitkillä, useiden satojen metrien etäisyyksillä. Mittaukset Nummelan geodeettisella perusviivalla osoittivat, että laite soveltuu hyvin lämpötilan määrittämiseen koko viivan 864 metrin pituudella myös lämpötilan vaihdellessa.

Pitkien etäisyyksien tarkimmissa mittauksissa suurin virhe aiheutuu siitä, että ilman taitekerrointa ei tunneta riittävällä tarkkuudella koko mittausmatkalla. Ongelma korostuu mitattaessa muuttuvissa ympäristöolosuhteissa. Varsinkin lämpötila, jolle taitekerroin on erityisen herkkä, voi vaihdella hyvin paljon, esimerkiksi ulkona mitattaessa osa matkasta voi olla varjossa ja osa kirkkaassa auringonpaisteessa.

Pituusmittauksissa lämpötilan määrittämiseen käytetään yleisesti lämpötila-antureita. Hyvään tarkkuuteen pääsemiseksi niiden välimatka toisistaan ei kuitenkaan saa olla kovin suuri. Tällöin mitattavien etäisyyksien pidentyessä tarvittavien antureiden määrä kasvaa epäkäytännöllisen suureksi. Tällä hetkellä ei ole olemassa kaupallisia laitteita, joilla ilman lämpötila ja taitekerroin saadaan määritettyä vaihtuvissa ympäristöolosuhteissa tarkasti useiden satojen metrien etäisyyksillä.

Nyt kehitetyllä, optiseen spektroskopiaan perustuvalla laserlämpömittarilla ilman lämpötila määritetään happimolekyylin mitatusta spektriviivasta, jonka voimakkuus ja muoto riippuvat lämpötilasta. Menetelmä antaa keskimääräisen lämpötilan mittaukseen käytetyn lasersäteen koko matkalta eikä vain yksittäisissä pisteissä. Tuloksista laskettu taitekerroin vastaa hyvin pituusmittauksessa käytettävän valonsäteen kokemaa taitekerrointa, koska lämpötilan ja pituuden mittauksissa käytettävät säteet voivat kulkea lähes päällekkäin.

Uuden laitteen alkutestaus tehtiin MIKESin 30 metrin mittaradalla ja varsinaiset kenttämittaukset yhteistyössä Paikkatietokeskuksen (FGI) kanssa Nummelassa maailman tarkimmalla geodeettisella perusviivalla. Nummelan perusviiva on kansainvälisesti ainutlaatuinen mittanormaali pituusmetrologiassa. Vuodesta 1947 perusviivan koko 864 metrin pituus on vaihdellut vain 0,6 mm.

Mittauksissa lopullinen etäisyys laskettiin Paikkatietokeskuksen tarkkuustakymetrillä mitatusta etäisyydestä ja ilman taitekertoimesta, jonka määritykseen käytettiin laitteella mitattua lämpötilaa. Saadut tulokset vastasivat hyvin niitä, joissa lämpötilan vaikutus taitekertoimeen kompensoitiin perinteisillä antureilla mitatuilla lämpötiloilla. Alustavan analyysin mukaan lasermittauksiin perustuva taitekerroinkorjaus toimii tehokkaasti myös mitattaessa vaikeissa ja muuttuvissa ympäristöolosuhteissa.

Nummelan mittauksiin osallistui myös Saksan kansallinen metrologialaitos (PTB), joka testasi kehittämäänsä synteettisten aallonpituuksien interferometriaan perustuvaa etäisyysmittaria.

Tutkimus on osa "Metrology for long distance surveying" -projektia, joka kuuluu EURAMETin (European Association of National Metrology) jäsenmaiden ja Euroopan Unionin yhdessä rahoittamaan Euroopan metrologian tutkimusohjelmaan (EMRP).

Lisätietoja:

VTT
Heikki Isotalo, MIKES metrologian johtaja
Puh. 040 557 6779
heikki.isotalo@vtt.fi

Maanmittauslaitos
Jorma Jokela, Tutkimuspäällikkö
Puh. 029 531 4743
jorma.jokela@nls.fi

Lisätietoja VTT:stä:

Olli Ernvall
Viestintäjohtaja
puh. 040 840 0288
olli.ernvall@vtt.fi
www.vtt.fi

Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy on Pohjoismaiden johtava tutkimus- ja teknologiayhtiö. Tuotamme tutkimuksen ja tiedon kautta asiantuntijapalveluja kotimaisille ja kansainvälisille asiakkaillemme ja kumppaneillemme, liike-elämälle ja julkiselle sektorille. Käytämme 4 miljoonaa tuntia vuodessa aivovoimaa teknologisten edistysaskelien kehittämiseen.

Avainsanat: