Светодальномер

 

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и позволяет расширить диапазон измерения расстояний в сторону малых дистанций светодальномерами с перестраиваемыми по частоте модуляционными генераторами за счет искусственного увеличения постоянной прибора путем введения в тракт измеряемого сигнала схемы 11 временной задержки, выполненной в виде последовательно соединенных первого смесителя 21, перестраиваемого фильтра 23 первой промежуточной частоты , второго смесителя 24 и перестраиваемого фильтра 25 второй промежуточной частоты, а также вспомогательного генератора 22, прямой и инверсный выходы которого соответственно соединены с вторыми входами первого и второго смесителей-21 и 24, причем частота второго фильтра 25 устанавливается равной частоте входного сигнала, подаваемого на вход схемы 11 временной задержки. Время задержки сигналаопределяется временным интервалом полупериода частоты вспомогательного генератора 22. Кроме того, в схему светодальномера дополнительно введены генератор пило- (образного напряжения, триггер и два элемента И. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕС 1УБЛИН

{59 4 G 01 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

IlQ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4 184876/24-!О (22) 20.01. 87 (46) 23.09 ° 88, Б рл. 8 35 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (72) В.Г.Шульц и В.И.Яненко (53) 528.517(088.8) (56) Кузнецов П.Н. и др. Геодезическое инструментоведение. — N, Недра, 1984, с. 302-304.

Лобачев В.N. Радиоэлектронная геодезия. - N. Недра, 1980, с. 124-141. (54} СВЕТОДЛЛЬНОИЕР (57) Изобретение относится к области геодезического приборостроения и позволяет расширить диапазон измерения расстояний в сторону малых дистанций светодальномерами с перестраиваемыми по частоте модуляционными генераторами за счет искусственного увеличения постоянной прибора путем введения

„„SU„„1425446 A 1 в тракт измеряемого сигнала схемы 11 временной задержки, выполненной в виде последовательно соединенных первого смесителя 21, перестраиваемого фильтра 23 первой промежуточной частоты, второго смесителя 24 и перестраиваемого фильтра 25 второй промежуточной частоты, а также вспомогательного генератора 22, прямой и инверсный выходы которого соответственно соединены с вторыми входами первого и второго смесителей-21 и 24, причем частота второго фильтра 25 устанавливается равной частоте входного сигнала, подаваемого на вход схемы 11 временной задержки. Время задержки сигнала определяется временным интервалом полупериода частоты вспомогательного генератора 22. Кроме того, в схему светодальномера дополнительно введены генератор пило(образного напряжения, триггер и два элемента И. 1 з.н. ф-лы, 2 ил.

1425446

Изобрете»»»»с относится к обл \cò»» геодезического приборостроения, в частности к светодальномерам с плав— но перестраиваемыми по частоте модуляционными ге»»» раторами.

Цель изобретения — расширение дипазона измерении.

На фиг. 1 приведена блок — схема светодальномера; на фиг. 2 — то же, 10

1 схемы временной задержки, Светодальномер содержит кнопку 1

"Отсчет", схему 2 управления, генератор 3 пилообразного напряжения, генератор 4 перестраиваемой частоты, модулятор 5, излучатель 6, объектив 7 передающей оптической системы, объектив 8 приемной оптической системы„ фотоприемник 9, усилитель 10, схему

11 временной задержки, фазовый детек — 2p тор 12, схему 13 нуль-органа, триггер 14, элемент И 15, арифметическое устройство 16, элемент И 17, ге»»ератор 18 тактовых импульсон, цифровое табло 19, блок 20 пита»п»я. Кроме то — 25 го, схема 11 временной задержки содержит первый смеситель ?1 частоты, вспомога»ельный генератор 22, первый перестраиваемый фильтр 23 первой »»ромежуточной частоты, второй смеситель

24 частоты, второй перестраиваемый фильтр 25 второй промежуточной частоты, перестраиваемы»» на частоты ! входного сигнала.

Один иэ контактов кнопки 1 соединен с корпусом щ>ибора, другой подан на управляющий вход схемы 2 управг»ения, выход которой подан на разрешающие входы генератора 3 пилообразного напряжения и генератора 4 пере40 страинаемой частоты. Выход генератора 3 пилообразного напряжения подан на управляемые входы генератора 4 перестраиваемой частоты и схемы 11 временной задержки. Выход генератора

4 через модулятор 5 подан на излуча45 тель б. Световой луч, генерируемый излучателем 6, коллимируется объективом 7 и направляется на измеряемую дистанцию. Отраженный (измерительный) световой сиг»»ал фокусируется объекти- 50 вом 8 приемной оптической системы на фотоприемник 9, выход которого через усилитель 10 подан на информационный вход схемы 11 временной задержки, выход которой подан на первый вход фазового детектора 12, второй вход которого соединен с выходом генератора 4 перестраиваемой частоты, а выход через схему 13 нуль — органа соед»»нен со счет»»ь»м входом триггера 14. Прямой выход триггера 14 соед»»не»» с первым входом элемента И 15, а инверсный— с первым входом элемента И 17, причем вторые входы указанных элементов И 15 и 17 объединены и подключены к выходу генератора 4 перес.траиваемой частоты.

Выход элемента И 15 соединен с суммирующим входом арифметического устройства 16, а выход элемента И с вычитающим входом его. Третий вход арифметического устройства 16 соединен с выходом генератора 18 тактовых импульсов, а выход арифметического устройства 16 подан на цифровое табло 19. Элементы схемы светодальномера питаются от блока 20 питания (соединения выходов блока 20 питания с элементами схемы не показаны).

Входной сигнал (с выхода фотоприемника 9, поданный через усилитель 10) поступает на первый вход смесителя

"21 частоты, второй вход которого соединен с прямым выходом вспомогательного генератора 22, а выход через перестраиваемый фильтр 23 первой промежуточно»» частоты соединен с первым входом второго смесителя 24 частоты. Второй вход второго смесителя

24 частоты соединен с инверсным выходом генератора 22, а выход через второй перестраиваемый фильтр 25, настраиваемый на частоту входного сигнала, подан на выход схемы 11 временной задержки.

Арифметическое устройство 16 в общем случае представляет собой частотомер с запоминающим устройством, вычитающим" устройством и общепринятой схемой преобразования з»»ачений разностн.й частоты в код индикаторон цифрового табло. В арифметическом устройстве 16 также производится вычитание из полученной разности частот цифрового значения величины временной задержки схемы 11, внесенного в памяти устройства.

Светодальномер работает следующим образом.

При нажатии кнопки 1 "Отсчет" в выхода схемы 2 управления на вход генератора 3 пилообразного напряжения и на соответствующий вход генератора 4 перестраиваемой частоты поступает разрешающий сигнал, по которому с выхода генератора 3 на управляемый вход генератора 4 (например, на вари142544

55 кап, подключенный .: контуру генератора 4) поступают сигналы пилообразного напряжения, в результате чего генератор 4 начинает генерировать сигналы, изменяющиеся по частоте.

С выхода генератора 4 сигналы через модулятор 5 поступают на излучатель

6, который генерирует световой луч, модулированный по амплитуде указанной 10 частотой генератора 4. Световой луч от излучателя 6 коллимируется объективом 7 и направляется на измеряемую дистанцию. Отраженный сигнал (измерительный) собирается объективом 8 и фокусируется на светочувствительную площадку фотоприемника 9. Преобразованные в электрические, эти сигналы поступают через усилитель 10 на вход схемы 11 временной задержки, 20 в которой фазы измерительных .(пришед" ших с дистанции) сигналов задерживаются на заранее заданный интервал времени, имитирующий время прохождения световым лучом определенного 25 расстояния. Это сделано с той целью, чтобы уменьшить величину 5 f требуемой перестройки частоты генератора 4, что особенно важно при изменении малых расстояний.

Для измерения расстояния 5м необходимо иметь Ь, равную о С

gf

2 L где С вЂ” скорость света, м/с;

L — измеряемое расстояние, м.

В светодальномере введение в канал измерительного сигнала схемы 11 временной задержки эквивалентно введению в схему светодальномера постоянной

1 40 прибора L . При этом h f измеряемого расстояния, например, равного 5 м, определяется по формуле

С а

2 (Т.,+L)

Подбирая значения L, а следовательI но, и Ь»: можно получить значения дискретности о и другие, например, 1 Гц/см, 2 Гц/см и т.д.

Описание работы схемы 11 временной задержки приведено ниже.

Сигналы с выхода схемы 11 временной задержки подаются на первый вход фазового детектора 12, на второй вход которого подаются сигналы с выхода генератора 4. В момент времени, когда фазы сигналов от генератора 4 (опорный сигнал ), и от схемы 11 временной задержки „ имеют сдвиг

4 фаз, равный 90, на выходе фазового детектора 12 появляется нулевой потенциал, При этом на выходе схемы 13 нуль-органа, подключенной входом к выходу фазового детектора 12, появляется импульс, который поступает на счетный вход триггера 14 и "опрокидывает" его.

До этого момента сигналы с выхода генератора 4 через первый вход элемента И 15 (открытог». по второму входу разрешающим потенциалом с чрямого выхода триггера 14, установленного в исходное состояние) поступают на суммирующий вход арифметического устройства 16, и измеренное значение частоты генератора 4 в момент прихода импульса со схемы 13 запоминается в нем.

В исходном состоянии схемы элемент

И 17 закрыт по второму входу запрещающим потенциалом с инверсного выхода триггера 14.

При "опрокидывании" триггера 14 элемент И 15 закрывается по второму входу, а элемент И 17 открывается и сигналы от генератора 4 начинают поступать на вычитающий вход арифметического устройства 16. Прп этом частота генератора 4 продолжает изменяться в том же направлении. В момент времени, когда фазы сигналов от генератора 4 (опорного) и измеряемого от схемы 11 временной задержки вновь о имеют сдвиг фаз, равный 90, на выходе фазового детектора 12 вновь устанавливается нулевой потенциал. При этом на выходе схемы 13 нуль-органа вторично появляется импульс, который, поступив на счетный вход триггера 14, возвращает его в исходное состояние.

Этим сигналом с выхода схемы 13 нульоргана, поданным на второй вход схемы 2 управления, с выхода последнего снимае» я разрешающий сигнал, подаваемый на соответствующие входы генератора 3 пилообразного напряжения и генератора 4 перестраиваемой частоты.

Разность частот, измеренная в арифметическом устройстве 16 с помощью тактовых импульсов от генератора 18, преобразуется в показания измеренного расстояния, для чего частота тактовых импульсов генератора 18 устанавливается кратной значения скорости света. Кроме того, в арифметическом устройстве 16 производится вычитание из значения L, опрепеля 425446 емого раэностной частотой опорного и измеряемого сигналов, постоянной прибора L, заранее внесенного в память арифметического устройства 16.

Конечный результат вычислений в арифметическом устройстве 16 преобразуется в код индикаторов цифрового табло

19, подключенного на выход укаэанного арифметического устройства 16. 10

Питание схемы светодальномера осуществляется от блока 20 питания (цепи питания не показаны).

Схема 11 временной задержки (фиг.2) работает следующим образом. !

На вход схемы 11, которым является первый вход первого смесителя 21, .поступа;зт измерительные сигналы от фотоприемника 9 через усилитель 10 (фиг. 1). На второй вход смесителя 21 20 (фиг. 2) подаются сигналы с прямого выхода вспомогательного генератора-22.

Сигнал, поступающий на первый вход первого смесителя 21

U, =V „sin(rv, +,), где ц), — фазовый сдвиг сигнала, содержащий информацию о времени которое затрачивается световым пучком на прохожде- З ние измеряемой дистанции туда и обратно.

Сигнал, поступающий на второй вход первого смесителя 21 с прямого вьгхо,да генератора 22

Б =Ч sinu t.

На выходе фильтра 23 первой промежуточной частоты, включенного на выход первого смесителя 21 и настроен40 ного, например, на раэностную частоту, выдепяется сигнал

11 =ь V v, cosI (< -со ) t+ g). вых, Этот сигнал поступает на первый вход второго смесителя 24, на второй вход которого подается сигнал с инверсного выхода генератора 22 ! 3 =7 sin((gzt+g< . ), Ва где ;, . — сдвиг фазы напряжения 50 во генератора 22, формирующий временную задержку в выходном сигнале смесителя 24.

На выходе фильтра 25 второй про- 55 межуточной частоты, включенного на выходе второго смесителя 25 и настроенного в данном случае на суммарную частоту, а фактически на частоту входного сигнала схемы 11 временной эадержки, выделяется сигнал

z алых у 2. 1 ((. т.е. напряжения на выходе схемы 11 временной задержки (выход фильтра 25) и на входе схемы 11 временной задержки равны по частоте и отличаются по сдвигу фазы на величину (. .. т.е. выходной сигнал по времени имеет задержку, определяемую частотой вспомогательного генератора 22, т.е., 1

2 f< где fz — частота вспомогательного генератора 22. формула и з о б р е т е н и я

1. Светодальномер, содержащий последовательно соединенные перестраиваемый генератор, модулятор, излучатель, выходной оптический блок, входной .оптический блок, фотоприемник, усилитель, фазовый детектор и нульорган, блок управления и блок вычисления, связанный с выходом генератора тактовых импульсов и с входом блока отображения информации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения диапазона, он снабжен генератором пилообразного напряжения, блоком временной задержки и триггером, связанным выходами соответственно с первыми входами введенных первого и второго элементов И, вторые входы которых связаны с выходом перестраиваемого генератора, а выходы — соответственно с суммирующим и вычитающим входами блока вычисления, выход блока управления подключен к соответствующим вхос дам перестраиваемого генератора непосредственно и через генератор пилообразного напряжения, выход которого связан с соответствующим входом блока временной задержки, через который ocvществлена связь усилителя с фазовым детектором, соответствующий вход которого подключен к выходу перестраиваемого генератора, а выход нуль-органа связан с входами триггера и блока управления.

2. Светодальномер по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что блок

1425446

Составитель В Сараханов

Редактор Л.Зайцева Техред Л.Олийнык Корректор О.Кравцова

Заказ 4757/36 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 временной задержки выполнен в виде последовательно соединенных первого смесителя и перестраиваемого фильтра второго смесителя и перестраиваемого фильтра и дополнительного генератора, прямой и инверсный выходы которого связаны с соответствующими входами первого и второго смесителей.