Лазерный фазовый дальномер

 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к лазерным фазовьм дальномерам на межмодовых биениях. Целью изобретения является повьшение точности измерения расстояний. Устройство состоит из последовательно соединенных кварцевого генератора 4, делителя 3 частоты, фазового детектора 2, усилителя 1 постоянного тока, излучателя 12, отражателя 13, фотоприемника 8, преобразователя 10 и блока измерения 6. В опорный канал включены фотоприемник 7 и преобразователь 5. В устройство входят умножитель 9 частоты и блок 11 контроля частоты, который прекращает измерения и стирает накопленную информацию в блоке измерения 6 при сбое системы фазовой автоподстройки частоты. 3 ил. а SS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК д1) 4 G 01 С 3/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4186140/24-10 (22) 26.01.87 (46) 28.02.89. Бюл. Р 8 (72) В.Д.Бойченко и Н.И.Кравченко (53) 528.3.021.7(088.8) (56) Костецкая Я.M. Свето- и радио дальномеры. — Львов: Вища школа, 1986, с. 131, 136.

Исследования по геодезии, аэрофотосъемке и картографии. — M., 1980, вып. 6 (5), с. 110-113. (54) ЛАЗЕРНЬЫ ФАЗОВЫЙ ДАЛЬНОИЕР (57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к лазерным фаэовым дальномерам на межмодовых биениях. Целью изобрете„„Я0„„1462104 А 1 ния является повышение точности измерения расстояний. Устройство состоит из последовательно соединенных кварцевого генератора 4, делителя 3 частоты, фазового детектора 2, усилителя 1 постоянного тока, излучателя 12, отражателя 13, фотоприемника

8, преобразователя 10 и блока измерения 6. В опорный канал включены фотоприемник 7 и преобразователь 5. В устройство входят умножитель 9 частоты и блок 11 контроля частоты, который прекращает измерения и стирает накопленную информацию в блоке измерения 6 при сбое системы фаэовой автоподстройки частоты. 3 ил.

1462104

Изобретение относится к геодези:.ческому приборостроению, в частности ,: к дальнометрии, и может быть использовано в фазовых дальномерах на межмодовых биениях.

На фиг. 1 приведена структурная схема лазерного фазового светодальномера на межмодовых биениях; на фиг. 2 — функциональная схема блока контроля частоты; на фиг. 3 — диаграммы сигналов блока контроля час.тоты.

Лазерный фазовый светодальномер

:на межмодовых биениях содержит уси; литель 1 постоянного тока, фазовый

1детектор 2, делитель 3 частоты, квар.цевый генератор 4, преобразователь 5

;.опорного канала, блок измерения 6, 2< фотоприемник 7 опорного канала, фотоприемник 8, умножитель частоты 9,,,:преобразователь 10, блок 11 контроля

:: частоты, излучатель 12, отражатель 13, причем лазерный излучатель 12 оптичес-25

:ки связан с входом отражателя i3 и

:оптическим входом фотоприемника 7 .опорного канала, выход отражателя оп,:тически связан с оптическим входом фотоприемника измерительного 8, фото- 30

:приемники объединены в один блок 14 фотоприемников, вход которого соединен с выходом умножителя частоты 9, вход излучателя 12 соединен с выходом усилителя 1 постоянного тока, :вход последнего соединен с вь|ходом

;:фазового детектора 2, один из входов

,которого соединен с выходом делителя ;частоты 3, вход делителя частоты 3 сжединен с выходом кварцевого генера тора 4, другие выходы которого соединены с входами умножителя частоты 9, синтезаторами-преобразователями опорного 5 и измерительного 10 сигналов, с блоком измерения 6 и блоком 11 контроля частоты, выход фотоприемника опорного 7 соединен с другими входами фазового детектора 2 и синтезатора-преобразователя опорного сигнала 5, выход фотоприемника 8 соединен с входом синтезатора-преобразователя 50 измерительного сигнала 10, его выход соединен с другим входом блока 11 контроля частоты и с одним из вхоцов блока измерения 6, другой вход блока .измерения 6 соединен с выходом синте-55 затора-преобразователя 5, выход блока контроля частоты соединен с входом установки в "0" блока измерения 6.

Блок контроля частоты (фиг.2) содержит запрещающую 15 и разрешающую

16 схемы И, одни из входов которых соединены между собой и с выходами кварцевого генератора 4. Другой вход запрещающей схемы И 15 соединен с выходом "1" запрещающего триггера 17, а выход — с входом запрещающего счетчика 18. Установочный вход запрещающего триггера соединен с выходом формирователя 19 коротких импульсов.

Вход этого формирователя 19 соединен с выходом детектора 20 перехода нулевого уровня, вход этого детектора 20 соединен с выходом синтезатора-преобразователя измерительного 10. Кроме того, выход формирователя 19 коротких импульсов соединен с входом запрещающей схемы ИЛИ 21, с одним из входов сбрасывающей схемы И 22 и с одним из входов задерживающей схемы

И 23. Выход схемы ИЛИ 21 соединен с входом установки в "0 запрещающего счетчика 18, выход этого счетчика 18 соединен с входом разрешающей схемы

ИЛИ 24, установочным входом разрешающего триггера 25, с другим входом запрещающей схемы ИЛИ 21 и со счетным входом запрещающего триггера 17.

Выход разрешающей схемы И 16 соединен с входом разрешающего счетчика

26,. выход этого счетчика 26 соединен со счетным входом разрешающего триггера 25 и с другим входом разрешающей ,схемы ИЛИ 24, выход этой схемы соединен с входом установки в "0" счетчика 26. Выход "1" триггера 25 соединен с другим входом схемы И 16 и другим входом задерживающей схемы И 23, выход "0" триггера соединен с другим входом сбрасывающей схемы И 22, выход этой схемы 22 соединен с вхо-. дом установки в "0" задерживающего триггера 27 и с одним из входов сбрасывающей схемы ИЛИ 28, выход этой схемы 28 соединен с входом сброса информации с блока индикации и с входом установки в "0" сбрасывающего счетчика 29, выход этого счетчика 29 соединен с другим входом сбрасывающей схемы ИЛИ 28 и с установочным входом задерживающего триггера 27, выход "0" этого триггера соединен с третьим входом задерживающей схемы И 23, выход которой соединен с входом сбрасывающего счетчика 29.

Устройство работает следующим образом. рительного соответственно и сигналы от кварцевого генератора. На выходе синтезаторов-преобразователей 5 и IO формируются сигналы частотой единицы килогерц. Разность фаз этих сигналов соответствует разности фаз межмодовых биений световых сигналов. Сигналы с выходов синтезаторов-преобразователей подаются на измерительные входы блока измерения 6, в котором и измеряют их разность фаз. С выхода синтезатора-преобразователя измерительного 10 сигнал подается на вход блока 11 контроля частоты, в котором контролируется длительность каждого периода выходного сигнала. Если длительность периода выходит за допустимые границы, что произойдет при

"сбое" системы фазовой подстройки частоты, то на выходе блока 11 контроля частоты появляется сигнал сброса, который поступает в блок измерения 6, и с его приходом стирается накопленная для одного отсчета информация.

Блок контроля частоты работает следующим образом.

На вход детектора 20 пересечения нулевого уровня поступает синусоидальный сигнал от синтезатора-преобразователя измерительного (см.. фиг. За). На выходе детектора пересечения нулевого уровня формируются

35 прямоугольные импульсы, у которых передний фронт совпадает с моментом перехода синусоидального сигнала через ноль при нарастании (см. фиг.Зб).

Эти импульсы поступают на вход форо мирователя 19 коротких импульсов, на выходе которого формируются короткие импульсы (см. фиг. Зв). Идея, зало,женная в принцип работы блока конт45 роля частоты, заключается в том, что измеряют каждый период следова- ния коротких импульсов. Если последующий импульс пришел через время =Т+ Т, то работа дальномера продолжается. Здесь Т вЂ” период сигнала на выходе синтезатора-преобразователя измерительного; 2 Т вЂ” допустимый интервал времени, -т.е, такой интервал времени, попадание последующего короткого импульса в который не приво55 дит к стиранию информации, накопленной в блоке измерения. Если последующий короткий импульс придет раньше или позже интервала 24Т то вырабаз

1462104

Световой сигнал, содержащий две моды, с одного из концов лазерного излучателя 12, пройдя измеряемое расстояние и отразившись от отражателя 13, попадает в фотоприемник изме5 рительный 8. С другого конца лазерного излучателя !3 световой сигнал попадает в фотоприемник опорный 7.

Оба фотоприемника 7 и 8 смонтированы в одном блоке 14, который представляет собой резонатор.

Резонатор 14 возбуждается высокочастотным сигналом .от умножителя частоты 9. На выходе фотоприемников выделяется сигнал промежуточной частоты, равной разности между частотой сигнала умножителя и частотой межмо-. довых биений светового излучателя.

Эта промежуточная частота подается на фазовый детектор 2. На другой вход этого фазового детектора подается сигнал с делителя частоты 3, коэффициент деления которого подобран так, чтобы частота на выходе была равна промежуточной частоте сигнала на выходе фотоприемников 7 и 8. Выход фазового детектора 2 через усилитель 1 постоянного тока соединен с пьезокерамикой излучателя. Изменение напряжения на пьезокерамике приводит к изменению длины резонатора лазера и, следовательно, к изменению частоты межмодовых биений. Если промежуточная частота равна частоте сигнала с делителя, то напряжение на выходе усилителя постоянного тока не меняется.

Если длина резонатора лазера по ка-. ким-то причинам изменилась и, следовательно, изменилась частота межмодовых биений, то изменится промежуточная частота на выходе фотоприемников, напряжение на выходе фазового детектора 2 и усилителя изменится и изменится длина пьезокерамики так, что восстановится общая длина резонатора и, следовательно, частота межмодовых биений.. Стабильность частоты межмо-. довых биений необходима потому, что именно по числу уложений волн межмодовых биений между излучателем и отражателем судят об .измеряемом расстоянии.

Таким образом, частота межмодовых биений стабилизируется по частоте кварцевого генератора. На входы синтезаторов-преобразователей 5 и 10 подаются сигналы промежуточной частоты с Фотоприемников опорного и изме5 146 тывается импульс, стирающий информацию в блоке измерения.

В исходном состоянии (после прохождения импульса "Сброс" в мбмент включения дальномера) триггеры 17 и 25 устанавливаются в положение, при котором прохождение сигналов через схемы И 15, 16 и 23 с других входов запрещено, а через 22 — разрешено.

Первый короткий импульс, появившийся на выходе формирователя .19, опрокидывает триггер 17, устанавливает в рулевое, состояние счетчик 18 через схему ИЛИ 21. Этот первый короткий импульс проходит через схему И 22, схему ИЛИ 28 на выход блока и устанавливает блок измерения в "ноль".

После опрокидывания триггера 17 сигнал от кварцевого генератора по ступает через схему И 15 на вход, счетчика 18 и счетчик начинает считать число периодов (импульсов). Если счетчик насчитает число периодов„ сумма которых равна Т-ьТ, то на выходе его появляется сигнал. Этот сигнал через схему ИЛИ 24 устанавливает счетчик 26 в нулевое состояние, опрокидывает триггер 17 и запрещает прохождение сигналов на вход. счетчика 18, через схему ИЛИ 21 сбрасывает счетчик 18 в "ноль" и опрокидывает триггер 25, После опрокидывания триггера 25 запрещается прохождение импульсов через схему И 22 ° С этого момента сигнал от кварцевого генератора через схему И 16 начинает проходить на счетчик 26. Счетчик 26 начинает отсчитывать через схему И 15 и устанавливает. триггер 27 в. "ноль". На схему 23 от этого триггера поступает сигнал, разрешающий прохождение коротких импульсов. Но с триггера 25 сигнал не поступает и короткие импульсы через схему И 23 не проходят.

2104 6

Триггер 25 разрешает прохождение только в интервале 24Т. Когда короткие импульсы попадают в этот интервал, то они не проходят через схему И 22, 5 а проходят через схему И 23 на счетчик 29. Счетчик считает такое число импульсов (периодов), которое доста-, точно, чтобы период следования коротких импульсов (межмодовых биений) стал равным Т. По истечении этого времени на выходе счетчика формируется импульс, который проходит через схему ИЛИ 28 и сбрасывает информацию в блоке измерения, кроме того, этот импульс опрокидывает, триггер 27 и тем самым запрещает прохождение импульcos через схему И 23. Выходной импульс схемы ИЛИ 28 устанавливает в

"0" счетчик 27. С этого момента прекращается прохождение импульсов на формирователь сброса в блоке измерения и начинаются нормальные измерения. Таким образом, исключается погрешность, обусловленная отличием частоты межмодовых биений от номинальной при нарушениях работы фазовой автоматической подстройки час-. тоты.

Формула изобретения

Лазерный фазовый дальномер, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор, делитель частоЗ5 ты, фазовый детектор, усилитель по.стоянного тока, излучатель, отражатель, фотоприемник, преобразователь и блок измерения, фотоприемник опор40 ного канала, преобразователь опорного канала и умножитель частоты, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности, он снабжен блоком контроля частоты, подключенным к выходам преобразователя и кварцевого генератора, а выходом связанным с входом установки на "0" блока измерения.

14621 04