Лазерный светодальномер

 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность измерений. Для этого в лазерном светодальномере, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные лазерный источник света 1, модулятор 2, демодулятор-преобразователь 3, фотоэлектронные приемники 4 и 5, усилители-селекторы промежуточной частоты 6 и 7, фазометр 8, генератор модулирующей частоты и гетеродин, генератор модулирующей частоты выполнен в виде последовательно расположенных опорного генератора 9 и подключенного к его первому выходу умножителя частоты 10, первый выход умножителя частоты подключен к входу усилителя мощности 13, а гетеродин выполнен в виде последовательно расположенных амплитудного модулятора 12 и усилителя мощности, причем первый вход амплитудного модулятора подключен к второму выходу опорного генератора, а второй вход амплитудного модулятора - к второму выходу умножителя частоты. 1 ил.

СОЮЗ CORE ГСКИХ

СОЦИаЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Ci 01 С 3 08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИД

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (2! ) 4666415/24-10 (22) 24.03.89 (46) 15.10.90. Бюл. № 38 (71) Ереванский политехнический институт им. К. Маркса и Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) P. 3. Гарибян, Ф. E. Амбарцумян и Г. Д. Петрухин (53) 528.021.7(088.8) (56) Методы и средства лазерной прецизионной дал ьнометрии. М.: Изд-во стандартов.

1982, с. 9 — 16.

Авторское свидетельство СССР № 628751, кл. Ci OI С 3/00, 26.05.76.

„„SU„„1599652 А 1 (54) ЛАЗЕРНЫЙ СВЕТОДАЛЬНОМЕР (57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позвол яет повысить точность измерений. Для этого в лазерном светодальномере, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные лазерный источник света 1, модулятор 2, демодулятор-преобразователь 3, фотоэлектронные приемники 4 и 5, усилители-селекторы промежуточной частоты 6 и 7, фазометр 8. генератор модулирующей частоты и гетеродин, генератор модулирующей частоты выполнен B виде последовательно распо1599652 ложенных опорного генератора 9 и подключенного к его первому выходу умножителя частоты 10, первый выход умножителя частоты подключен к входу усилителя мощности

13, а гетеродин выполнен в виде пос.педовательно расположенных амплитудного моИзобретение относится к оптическому приборостроению и может применяться в системах оптической связи, локации, в геодезическом приборостроении для построения высокоточных светодал ьномеров геодез ического и специального назначения.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности фазового светодальномера путем исключения несинхронных уходов частоты сигналов, сформированных в опорном и дистанционном каналах.

На чертеже изображена схема устройства.

Светодальномер состоит из последовательно расположенных и оптически связанных лазерного источника света 1, модулятора 2, демодулятора-преобразователя 3, фотоприемников 4 и 5, принимающих сигналы с выхода демодулятора-преобразователя

3, усилителей-селекторов промежуточной частоты 6 и 7, связанных с выходами фотоэлектронных приемников 4 и 5 соответственно, и фазосравнивающего устройства (фазометра) 8. Электрический вход модулятора

2 подключен к выходу генератора модулирующей частоты св, включающего в себя высокостабильный опорный (задающий) генератор 9 частоты 0, умножитель 10 частоты

O. п=а и первый усилитель мощности 11 частоты со.. Электрический вход демодулятора — преобразователя 3 подключен к выходу гетеродина частоты 0)ii+Q выполненного в виде последовательно расположенных амплитудного модулятора 12 и второго усилителя мощности 13, причем первый вход амплитудного модулятора подключен к второму выходу опорного генератора 9, а второй вход амплитудного модулятора подключен к второму выходу умножителя частоты

l0. Блоки 9 — 13 представляют собой источник модулирующего напряжения (начертеже не обозначен) .

Модулятор 2 и модулятор-преобразователь 3 могут быть реализованы в виде кристаллических ячеек, работающих на линейном электрооптическом эффекте Поккельса или акустооптическом эффекте. Амплитудный модулятор обеспечивает получение одноп ол осно го а мил итудно- модул иро в анного сигнала. дулятора 12 и усилителя мощности, причем первый вход амплитудного модулятора подключен к второму выходу опорного генератора, а второй вход амплитудного модулятора — к второму выходу умножителя частоты. 1 ил.

Устройство работает следующим образом.

Световой сигнал от лазерного источника

1 направляется в модулятор света 2, на электрический вход которого поступает сигнал частоты <о. с усилителя мощности 11.

После модуляции с частотой ь часть светового потока через линию оптической задержки 14 закорачивается на вход модулятора-преобразователя 3, тем самым образуется опорный канал светодальномера. Другая часть модулированного излучения модулятора 3 направляется на измеряемую дистанцию и, отразившись от зеркального отражателя 15, принимается на демодулятор-преобразователь 3, тем самым образуется дистанционный (измерительный) канал светодальномера.

Режим преобразования опорного и дистанционного оптических сигналов осуществляется путем подачи с усилителя мощ3д ности i3 на демодулятор-преобразователь 3 высокочастотного электрического сигнала, амплитуда которого изменяется по закону

U=V (Q) з1пи t. На выходе демодуляторапреобразователя 3 образуются два оптических сигнала (опорный и дистанционный) промежуточной частоты Qp=O. Световые сигналы частоты (kp (опорный и дистанционный, содержащий информацию об измеряемой дистанции) принимаются соответствен»о фотоприемниками 4 и 5, усиливаются в усилителях-селекторах 6 и 7 и подаются на входы фазосравнивающего устройства 8.

Рассмотрим особенности устройства.

Для светового луча, проходящего опорный канал, фазовые сдвиги соответственно в модуляторе 2 и демодуляторе-преобразо45 вателе 3 определяются по формуле

<(ч (1 ) =грщ+л — — — созо 1, 1 он, I

Цfl (g) ф2 (t () =ф02+Л вЂ” COS (И1 + 9) 111 (ем

Ur, где (t ) — фазовый сдвиг, вносимый модулятором 2; ср (t i ) — фазовый сдвиг, вносимый демодулятором-преобразователем 3;

t — t=ht i =2D i/С;

Ati — время прохождения светового потока по опорному каналу с длиной

1599652

f0

I

= sin

1о (2) (3) 35

Формула изобретения

+Q) — (o ) t+ — ), 2а Р

С (5) оптического пути Di с выхода модулятора света 2 до входа фотоприемного устройства 5.

Интенсивность светового потока на выходе демодулятора-преобразователя для опорного канала представляется в виде

Проведя подстановку слагаемых (1) в (2}., после разложения в ряд Фурье и ряда преобразований для переменной части интенсивности света на выходе преобразователя (на входе фотоприемника 5) получаем — Лi (—, ")11(" )сов (((ь +Й) — э ) t+.

1о Ыю

Будем считать, что регистрируемый сигнал лежит на линейном участке амплитудной характеристики фотоприемника 5. Тогда выходной ток фотоприемника (i ) по форме будет повторять входной световой поток, а выражение для 1. будет отличаться от (3) постоянным коэффициентом В, имеющим размерность А/лк:

i(t). =BI(i)=Bi(a,("")Л,("«)х

s сов(((ь +Й) — а. )t+ ) (4) Таким образом, на выходе фотоприемника 5 имеется сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности фаз гармоник колебаний с частотами модуляции ь. и гетеродина оз +2 и изменение во времени происходит с частотой 2 Рассмотренный сигнал после усиления в усилителе-селекторе 7 поступает на вход фазоизмерительного устройства 8.

Аналогичным образом для дистанционного сигнала, прошедшего модулятор 2, измеряемую дистанцию D, демодулятор-преобразователь 3, фотоприемник 4 и усилительселектор 6, сигнал на выходе фотоприемника

4 представится в виде

1(1)лис . = Blat ()31 (1у- - ) cos (((co + где D — расстояние, проходимое светом по дистанционному каналу.

Таким образом, в каждом канале светодальномера (а именно, на выходах усилите20

55 лей-селекторов 6 и 7) имеется один сигнал, определяемый для опорного канала выражением (4), и сигнал дистанционного канала, определяемый выражением (5), соответственно. Сравнением на фазометре 8 фаз этих сигналов промежуточной частоты определяется информация об измеряемом расстоянии D=Dq — D .

Известно, что инструментальная точность фазового светодальномера на основе преобразования частоты, в основном, определяется помехоустойчивостью системы, стабильностью сравниваемых сигналов промежуточной частоты, отношением сигнал/ шум на входе фазоизмерительного устройстваа.

В предлагаемом устройстве выполнение генератора модулирующей частоты в виде последовательно расположенных опорного генератора и усилителя мощности, а гетеродина — в виде последовательно расположенных амплитудного модулятора и усилителя мощности, обеспечивает синхронность уходов частоты в цепи кристалличекого демодулятора-преобразователя и, как следствие, малый уровень относ ител ьной расстройки сигналов промежуточной частоты, позволяющий у меньшить полосы прон ускания усилителей-селекторов и уровень шумов в приемных цепях. Кроме того, достигается возможность оптимизации процесса преобразования и получения максимальных амплитуд колебаний промежуточной частоты с высокой стабильностью, обеспечивающие повышение точности индикации фазы при фазовом сравнении.

Лазерный светодальномер, содержащий источник излучения, модулятор, оптическую линию задержки, демодулятор-преобразователь, два выхода которого связаны с фотоприемниками, соединенными с входами фазометра, и источник модулирующего напряжения, первая и вторая клеммы выхода которого подключены к управляющим входам соответственно модулятора и демодуляторапреобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, источник модулирующего напряжения выполнен в виде последовательно соединенных высокостабил ьного опорного генератора, умножителя частоты и первого усилителя мощности, соединенного с первой клеммой выхода, и последовательно соединенных ампл итудного модулятора и второго усилителя мощности, соединенного с второй клеммой выхода, причем первый и второй входы амплитудного модулятора подключены к ссютветствующим выходам соответственно, высокостабильного опорного генератора и умножителя частоты.