Дальномер

 

ДАЛЬНОМЕР, содержащий двухчастотный источник зовдирукнцего.оптического сигнала, оптически связанный с. ним светоделительный элемент, внешний оптический отражатель,фотоэлектричест кий преобразователь частот опорного и измерительного сигналов,оптически связанный со светоделительным элементом и внешним оптическим отражателем, кварцевый генератор и подключенные к нему умножитель и делитель частоты, систему фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируемыми колебаниями, подкл(очен1гую к источнику зондирующего оптического сигнала , а такле калибровочную короткозамыкающую оптическую задержки, отличающийся тем, что,, с целью повышенияточности измереш1я расстояний, в него введены второй . двухчастотный источник зондиругацего оптического сигнала, оптически связанный со светоделительным элементом и внешним оптическим отражателем, подключенная к нему вторая система фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируg емыми им колебаниями, подключенный к ней синтезатор частоты, вход которого соединен с делителем частоты, фотоэлектрический преобразователь частот , подключенный между истошшками зондирующих оптических сигналов и их системами фазовой автоподстройки ве )еХЕ& личйны частотного интервала генеО1 Трируемыми колебаниям и два детектора с интегрирукщими фильтрами, подключенГчЭ ные между выходами фотоэлектрического СО преобразователя частот опорного и измерительного сигналов и входами фазосо метра.

СОК)3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1152349

А1 (5q)5G 01 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3530797/24-10 (22) 24.11.82 (46) 23.1).90. Бюл. № 43 (72) А,M.Андрусенко, В.П.Данильченко, И,В.Лукин, А.В.Прокопов и Г.П.Пушкарев (53) 528. 514 (088. 8) (56) Сундаков Я. А. Геодезические работы при возведении крупных промышленных сооружений и высотных зданий.

М.: Недра, 1980, с. 84.

Андрусенко А.M. Данильченко В.П. и др. Поверочная установка высшей точности для воспроизведения единицы длины в области больших длин. Измерительная техника, 1981, № 2, с. 31. (54)(57) ДАЛЬНОМЕР, содержащий двухчастотный источник зондирующего.оптического сигнала, оптически связанный с. ним светоделительный элемент, внешний оптический отражатель,фотоэлектричес-. кий преобразователь частот опорного и измерительного сигналов, оптически связанный со светоделительным элементом и внешним оптическим отражателем, кварцевый генератор и подключенные к нему умножитель и делитель частоты, систеИзобретение относится к дальнометрии и можег быть использовано, в част ности при проведении метрологических работ, для высокочастотных геодезических измерений, при юстировке крупногаб аритных радиоинтерферометров, му фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируемыми колебаниями, подключенную к источнику зондирующего оптического сигнала, а такыре калибровочную короткозамыкающую оптическую линию задержки, отличающийсятем,что,с целью повышения точности измерения расстояний, в него введены второй двухчастотный источник зондирующего оптического сигнала, оптически связанный со светоделительным элементом и внешним оптическим отражателем, подключенная к нему вторая система фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируемыми им колеб аниями, подключенный к ней синтезатор частоты, вход которого соединен с делителем частоты, фотоэлектрический преобразователь час- С тот, подключенный между источниками зондирующих оптических сигналов и их системами фазовой автоподстройки величины частотного интервала между гене—,рируемыми колебаниями и два детектора с 1П интегрирующими фильтрами, подключенные между выходами фотоэлектрического преобразователя частот опорного и измерительного сигналов и входами фазо- ® метра. измерении перемещений земной кори в . Ъ, местах ее естественных раэломо» и ряде других.

Известны светодальномеры с фотоэлектрической регистрацией свето л 1го потока (фазы), 1152349

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является дальномер, состоящий из двухчастотного лазерного источника зондирующего оптического сигнала, оптически связанного с ним светоделительного, элемента, внешнего оптического отражателя, фотоэлектрического преобразователя частот опорного и из- 10

|ме1 ительного сигналов, оптически свя занного со светоделительным элементом и внешним оптическим отражателем, кварцевого генератора и подключенных к нему умножителя и делителя частоты, 15 подключенной к источнику зондирующего сигнала системы фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генериру .ыми колебаниями, двух синтезаторов — преобразователей 20 информационных сигналов, подключенных к выходам фотоэлек"рического преобразователя частоты опорного и измерительного сигналов, фаз ометра, подключенного к выходам синтезаторов-преоб- ?5 р аз оват елей, а также к алибро вочной ко-. роткозамыкающей оптической линии задержки.

Недостатк6м известного устройства является ограничение предельной точности измерения расстояний, вызываемое невозможностью уменьшения единицы измерительного масштаба ниже некоторого предельного значения без резкого уменьшения излучаемой лазером мощности оптического сигнала. Действительно, для увеличения разности между излучаемыми двухчастотным лазером оптическими колебаниями (h ) необходимо уменьшить длину его оптическо- 40 го резонатора, что при hz=500-б00 МГц, вызывает резкое снижение излучаемой лазером мощности и, при дальнейшем уменьшении длины резонатора, переход в одно частотный режим работы, 45

Целью изобретения является повьппение точности измерения расстояний, Поставленная цель достигается тем, чго в дальномер, содержащий двухчастотный источник зондирующего оптичес- 50 кого сигнала, оптически связанный с ним светоделительный элемент, внешний оптический отражатель, фотоэлектрический преобразователь частоты опорного и измерительного сигналов, оптически связанный со светоделительным элементом и внешним отражателем, кварцевый генератор и подключенные к нему умноълтель и делитель частоты, систему фазовой автоиодстройки величины частотного интервала между генерируемыми им колебаниями, подключенную к источнику зондирующего оптического сигнала, фазометр, а также калибровочную короткоз амыкающую оптическую линию задержки, введены второй двухчасто|ный источник зондирующего оптического сигнала, оптически связанный со светоделительным элементом и внешним оптическим отражателем, подключенная к нему вторая система фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируемыми им колебаниями, подключенный к ней синтезатор частоты, вход которого соединен с делителем частоты, фотоэлектрический преобразователь частот, подключенный между источниками зондирующих оптических сигналов и их системами фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируемыми колебаниями, и два детектора с интегрирующими фильтрами, подключенные между выходами фотоэлектрического преобразователя частот опорного и измерительного сигналов. и входами фазометра, На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства, Оно содержит двухчастотный источник 1 зондирующего оптического сигнала, второй двухчастотный источник 2 зондируюшего оптического сигнала, подключенную к источнику зондирующего оптического сигнала систему 3 фазовой автоподстройки величины частот ного интервала между генерируемыми колебаниями, подключенную к второму источнику зондирующего оптического сигнала систему 4 фазовой автоподстройки величины частотного интервала между генерируемыми им колебаниями, фотоэлектрический преобразователь частот 5, подключенный между источ— никами оптических сигналов и их систе. мами фазовой автоподстройки, фотоэлек-, трический преобр;.зова ель 6 частот опорного и измерительного сигналов, оптически связанный со светоделительным элементом 7 и внешним оптическим отражателем 8, кварцевый генератор 9 и подключенные к нему умножитель 10 и делитель 11 частоты, подключенный к дели елю частоты синтезатор частот

12, выход которого подключен к системе 4 фазовой автоподстройки величины частотного интервала второго источни" ка зондирующего сигнала, детекторы 13

4 9

11523 и 14 с интегрирующими фильтрами, подключенные к выходам фотоэлектрического преобразователя 6 частот опорного и измерительного сигналов, фазометр

15, подключенный к выходам этих де-.

5 текторов с интегрирующими фильтрами, два глухих зеркала 16 и 17, оптически связанные с вторым источником зондирующего сигнала и отражателем 8, on-1p тически связанное с отражателем и фотоэлектрическим преобразователем частоты глухое зеркало 18 и калибровочную короткоз амыкающую оптическую линию 19 задержки, 15

Предлагаемое устройство работает следукщим образом.

Однотипные лазеры 1 и 2 работают в двухчастотном режиме, и каждый излучает колебания, состоящие из двух 20 частот оптического диапазона длин волн (например, двухчастотные Не-Neлазеры с 7! 0,63 мкм и интервалом частот между генерируемыми каждый из лазеров двумя колебаниями ЬГ„=500, 25

501 ИГц и ЬГ =499,5 МГц соответственно). Каждый лазер имеет электрическую подстройку частоты генерируемых им колебаний sa счет установки одного из его зеркал на пьеэокерамическом 30 преобразователе. Каждый из лазеров излучает два оптических сигнала: рабочий— через прозрачное зеркало лазера и вспомогательный — через глухое зеркало лазера. При этом интенсивность вспомогательного сигнала составляет лишь око35 ло одного процента от интенсивности рабочего сигнала, Вспомогательные сигналы обоих лазеров поступают на фотоэлектрический преобразователь 5 частот и используются для автоподстройки величины частотных интервалов между генерируемыми каждым из лазеров двумя колебаниями. Фотоэлектрический преобразователь 5 частот представ-45 ляет собой два отдельных фотоэлектронных умножителя (ФЭУ), помещенных в общий коаксиальный резонатор ° возбуждаемый электрическим гетеродинным сигналом и создающий перемен" ное электрическое поле в прикатодной области расположенных в нем ФЭУ, Гетеродинный сигнал поступает от умножителя частоты 10 который умножает частоту опорного кварцевого генерато 5> ра 9 (например, частота опорного кварцевого генератора 5 МГц, частота гетеродинного сигнала 500 ИГц). В фотоэлектрическом преобразователе частоты осуществляется двойное преобразование частоты: на фотокатодах ФЭУ выделяется электрический сигнал с частотой, равной разности частот излучаемых двухчастотным лазером оптических колебаний, и затем эа счет преобразования частоты в прикатодной области образуется электрический сигнал с разностной частотой между частотой выделенного электрического сигнала и частотой возбуждения коаксиального резонатора. (Так, в нашем примере при величине интервала частот лазера 1

111 =500,501 ИГц,и интервапа частот лазера 2 h.Ã =499,5 ИГц на выходах ФЭУ фотоэлектрического преобразователя 5 частот появляются электрические сигналы с частотами 501 и 500 кГц соответственно ) . Эти сигналы поступают на фазовые детекторы отдельных систем автоподстройки величин частотных интервалов этих лазеров и сравниваются по фазе с сигналами той же частоты, поступающими от делителя частоты 11 для автоподстройки лазера 1 и поступающими от синтезатора частот 12 для автоподстройки лазера 2. Получаемые на фазовых детекторах сигналы рассогласования усиливаются и подаются на пьезокерамические преобразователи соответ ствующих л аз еров, которые изменяют длину их оптических резонаторов и, таким. образом, поддерживают номинальные значения интервалов частот между генерируемыми оптическими колеб аниями.

Рабочий сигнал (луч) лаз ер а 1 по ступает на светоделительный элемент (полупрозрачное зеркало) 7, который делит его на опорный и зондирующий сигналы, Опорный сигнал поступает непосредственно на фотоэлектрический преобразователь 6 частот опорного и измерительного сигналов, а зондирующий сигнал направляется на внешний оптический отражатель S расположенный на удаленном конце измеряемого расстояния, Рабочий сигнал (луч) лазера

2 при помощи зеркал 16 и 17 направляется параллельно рабочему сигналу лазера 1 и также поступает на светоделительный элемент 7, который делит его на опорный и зондирующий сигналы, Опорный сигнал вместе с опорным сигнапом от лазера 1 поступает непосредственно на фотоэлектрический преобразователь 6, а зондирующий сигнал нап2349 где с

gf(1 2

Ь

115 равляется на внешний оптический отражатель 8. По пути к внешнему оптическому отражателю 8, расположенному на удаленном конце измеряемого расстоя1 ния, зондирующие сигналы лазера 1 и лазера 2 образуют общий зондирующий сигнал, который после отражения возвращается и зеркалом 18 направляется на второй отдельный вход этого же фотоэлектрического преобразователя частот. Фотоэлектрический преобразователь 6 частот устроен аналогично фотоэлектрическому преобразователю

5, и их коаксиальные резонаторы возбуждаются. от общего умножителя 10. В фотоэлектрическом преобразователе 6 частот также производится двойное пр еобр аз ов ание ч астоты, Т ак к ак на фотокатоды ФЭУ сигналы от лазера 1 и от лазера 2 поступают несогласованными по плоскости оптических колебаний, то преобразование частоты излучения каждого лазера на фотокатоде происходит независимо друг от друга. Поэтому на фотокатоде каждого ФЭУ выделяется два электрических сигнала с час-. тотами, равными разности частот излу- чаемых двухчастотными лазерами 1 и 2 оптических колебаний (в нашем примере частоты этих электрических сигналов будут hfр=500р 501 МГц и 6f2=

=499,5 МГц). Затем за счет преобразования частот в прикатодной области каждого ФЭУ образуются электрические сигналы с разностнымн частотами между частотами выделенных на фотокатодах электрических сигналов и частотой возбуждения коаксиального резонатора сигналом гетеродинной частоты. Образующиеся в результате преобразования частоты электрические сигналы с суммарной частотой и сигналы с частотой выделенных на фотокатодах разностных частот лежат вне полосы пропускаемых ФЭУ частот и на его выход не проходят. (В нашем примере на выходе каждого ФЭУ будут присутствовать сигналы с частотами 501 и 500 кГц) .

Эти сигналы отдельно для каждого ФЭУ поступают и суммируются на детекторах

13 и 14 с интегрирующими фильтрами гоответственно. Постоянная времени этих фильтров значительно больше периода поступающих на них двух колебаний с более высокой частотой и значительно меньше периода биений между этими. частотами (в нашем примере 1/500 кГц6

10 c2(<1/1 кГц). В результате этого на выходе каждого фильтра выделяется сигнал с частотой биения (в нашем примере с частотой 1 кГц). Фазы каждого из зле ктриче ских си гнало в (50 1 и

15 500 кГц), выделяю;цихся на выходе ФЭУ измерительного канала, несут информацию о величине измеряемого расстояния, причем фазы, этих электрических сигналов имеют противоположные знаки, Фаза электрического сигнала, снимае-,, мого с выхода детектора 14 с.интегри-. рующим фильтром (в нашем примере

1 кГц), также несет информацию о величине измеряемого расстояния, Однако ввиду того, что этот электрический сигнал получен суммированием электрических сигналов, имеющих разные знаки фаэовой зависимости от величины измеряемого расстояния р фазовый сдвиг это30 го сигнала будет равен сумме фазовых сдвигов этих сигналов. Измерение фазы этого сигнала производится фазометром 15 по отношению к фазе сигнала, снимаемого с выхода детектора 13 с интегрирующим фльтром. Измеряемое расстояние определяется нз выражения скорость света; разность частот излучаемых первым лазером оптических колебаний; разность частот излучаемых вторым лазером оптических колебаний; число уложенных целых периодов; д ро б ная час ть периода; приборная поправка.

1 I 52349

Корректор Н.Ревская ехред M.дидык

Редактор Л.Письман я

Заказ 4344 Тираж 402 Подписное

3j599IH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101