УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01C3/00 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано для измерения расстояния в маркшейдерии, геодезии, строительном деле.

Целью изобретения является повышение точности измерений при одновременном упрощении конструкции.

С этой целью устройство для измерения расстояния, содержащее связанные последовательно генератор масштабных частот, излучатель, коммутатор, фотоэлемент, усилитель-формирователь, первый логический элемент, первый счетчик и индикатор, последовательно соединенный генератор импульсов и ключ, а также гетеродин и второй логический элемент, причем соответствующий выход генератора импульсов соединен с управляющим входом коммутатора, выполненного с возможностью связи его второго входа с выходом излучателя через отражатель, снабжено первым, вторым и третьим фазоманипулирующими элементами, смесителем, делителем частоты, вторым счетчиком, первым и вторым регистрами, времязадающим делителем и решающим блоком, генератор масштабных частот выполнен с дополнительным выходом, подключенным к входу делителя частоты, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго логических элементов, выполненных в виде перемножителей, связь генератора масштабных частот с излучателем осуществлена через первый фазоманипулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу решающего блока, связь фотоэлемента с усилителем-формирователем осуществлена через второй фазоманипулирующий элемент и смеситель, первый вход которого подключен к выходу гетеродина, связь усилителя формирователя с первым логическим элементом осуществлена через третий фазоманипулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу решающего блока, связь генератора импульсов с управляющим входом коммутатора осуществлена через времязадающий делитель, соответствующие выходы которого соединены со входами решающего блока, первого регистра, второго регистра и с управляющими входами ключа, первого и второго регистров и первого и второго счетчиков, связь первого счетчика с индикатором осуществлена через первый регистр и решающий блок, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу второго фазоманипулирующего элемента, первый вход второго логического элемента соединен с выходом третьего фазоманипулирующего элемента, выход ключа связан с соответствующими входами первого и второго счетчиков, а второй логический элемент, второй счетчик, второй регистр и решающий блок соединены последовательно через их соответствующие входы и выходы.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 векторная диаграмма, поясняющая принцип подавления помех.

Устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 масштабный частот, первый фазоманипулирующий элемент 2 и излучатель 3, связанный через коммутатор 4 с входом фотоэлемента 5, коммутатор 4 выполнен с возможностью связи его второго входа с выходом излучателя 3 через отражатель, последовательно соединенные фотоэлемент 5, второй фазоманипулирующий элемент 6, смеситель 7, усилитель-формирователь 8 и третий фазоманипулирующий элемент 9, гетеродин 10, выход которого соединен с первым входом смесителя 7, делитель 11 частоты, вход которого соединен с дополнительным выходом генератора 1, последовательно соединенные первый логический элемент 12, первый счетчик 13 и первый регистр 14, последовательно соединенные второй логический элемент 15, второй логический счетчик 16 и второй регистр 17, генератор 18 импульсов, выходы которого соединены с входами времязадающего делителя 19 и ключа 20, выходы первого регистра 14, второго регистра 17 и времязадающего делителя 19 соединены с входами решающего блока 21, выходы которого соединены с входом индикатора 22, управляющими входами первого 2, второго 6 и третьего 9 фазоманипулирующих элементов, выход третьего фазоманипулирующего элемента 9 соединен с первыми входами первого 12 и второго 15 логических элементов, выходы делителя частоты 11 соединены с вторыми входами первого 12 и второго 15 логических элементов, выход ключа 20 соединен с соответствующими входами первого 13 и второго 16 счетчиков, выходы времязадающего делителя 19 соединены с входами первого 14 регистра, второго 17 регистра, управляющими входами коммутатора 4, первого 14 и второго 17 регистров, первого 13 и второго 16 счетчиков, ключа 20.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 масштабный частот вырабатывает высокочастотные колебания, которые поступают на первый фазоманипулирующий элемент 2. В зависимости от сигнала, поданного с решающего блока 21 на вход управления первого фазоманипулирующего элемента 2, он либо сдвигает фазу сигнала на 180^о, либо не сдвигает.

Высокочастотным колебанием с фазоманипулирующего элемента 2 на излучателе 3 модулируется световой поток, поступающий на коммутатор 4 двумя путями: непосредственно на первый вход и после отражения от объекта на второй вход.

Коммутатор 4 за счет команд, поступающих на управляющий вход с времязадающего делителя 19, поочередно подает на фотоэлемент принятый высокочастотный сигнал 5, излученный и отраженный сигналы, от фотоэлемента 5 проходит на второй фазоманипулирующий элемент 6, который также в зависимости от сигнала с решающего блока 21 либо сдвигает принятый сигнал на 180^о, либо нет. С второго фазоманипулирующего элемента 6 сигнал поступает на смеситель 7, на первый вход которого поступает частота подставки гетеродина 10 так, что на вход усилителя-формирователя 8 поступают пачки синусоиды с частотой Г, преобразуемые в прямоугольные импульсы (фиг. 2.1), поступающие на первые входы первого и второго логических элементов 12 и 15 через третий фазоманипулирующий элемент 9, который как и предыдущие под управлением решающего блока 21 либо сдвигает фазу сигнала на 180^о, либо нет. Длительность пачек импульсов равна времени измерения и задается с времязадающего делителя 19.

На вторые входы первого и второго логических элементов 12 и 15 поступают импульсы с делителя частоты 11 (фиг. 2, 2.2, 2.3), частота которых равна частоте Г измеряемого сигнала, а их взаимный сдвиг составляет четверть периода, импульсы являются опорными, относительно них определяется фазовый сдвиг сигнала с выхода коммутатора 4. Первый и второй логический элементы 12 и 15 реализуют функцию перемножения входных сигналов, результат (пачки импульсов) используется для управления работой счетчиков 13 и 16 (фиг. 2, 2.4 и 2.5).

Счетчики 13 и 16 принимают эти группы и определяют суммарное количество счетных импульсов в них, поступающих в течение времени, определяемого временем команды, поступающей на первые входы с ключа 20 (фиг. 2.6). На управляющие входы первого и второго счетчиков 13 и 16 поступают с времязадающего делителя 16 импульсы, приводящие счетчики 13 и 16 в исходное состояние (фиг. 2, 2.7).

В моменты времени t₂ происходит параллельная перезапись содержимого счетчиков 13 и 16 в регистры 14 и 17 и затем обнуление счетчиков (фиг. 2, 2.7, 2.8).

Импульсы (фиг. 2, 2.2, 2.12) от времязадающего делителя 19 поступают на решающий блок 21, синхронизируя его работу.

Фазовый сдвиг, необходимый для определения расстояния, находится в решающем блоке 21 как разность между фазовыми сдвигами, полученными в режиме измерения ϕ_и и калибровки ϕ_к (фиг. 2.13), которые отличаются только положением коммутатора 4
ϕ_р= ϕ_и-ϕ_к, причем ϕ_и и ϕ_к составляет ϕ_и,к=arctg, где А и В числа, накопленные в счетчиках 13 и 16 соответственно;
N суммарное количество импульсов генератора 18 на время наблюдения.

Уменьшение погрешности осуществляется за счет устранения помех по основной частоте излучения путем проведения двух измерений: одно без сдвига, другое со сдвигом сигнала по фазе на 180^о. Команда сдвига подается на один из фазоманипулирующих элементов (2, 6 или 9) с решающего блока 21 в зависимости от основного источника помех. При этом в решающем блоке 21 фазовый сдвиг определяется
ϕ_и.к, где ϕ_и,к^I и ϕ_и,к^II фазовые сдвиги, полученные в режимах измерения и калибровки ϕ_к без сдвига и со сдвигом на 180^о соответственно.

Измеряемое расстояние составляет
γ m + где λ длина волны;
m целое число длин до объекта.

Использование: в геодезическом приборостроении, а также для измерения в макшейдерии, геодезии, строительном деле. Сущность изобретения: для повышения точности измерений при одновременном упрощении конструкции устройство содержит генератор 1 масштабных частот, излучатель 2, коммутатор 3, фотоэлемент 4, гетеродин 5, смеситель 6, усилитель-формирователь 7, делитель 8 частоты, логические элементы 9 и 12, счетчики 10 и 13, регистры 11 и 14, генератор 15 импульсов, времязадающий делитель 16, решающий блок 17, индикатор 18, ключ 19, фазоманипулирующие элементы 20 22. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ, содержащее связанные последовательно генератор масштабных частот, излучатель, коммутатор, фотоэлемент, усилитель-формирователь, первый логический элемент, первый счетчик и индикатор, последовательно соединенные генератор импульсов и ключ, а также гетеродин и второй логический элемент, причем соответствующий выход генератора импульсов соединен с управляющим входом коммутатора, выполненного с возможностью связи его второго входа с выходом излучателя через отражатель, отличающееся тем, что оно снабжено первым, вторым и третьим фазоманипулирующими элементами, смесителем, делителем частоты, вторым счетчиком, первым и вторым регистрами, времязадающим делителем и решающим блоком, генератор масштабных частот выполнен с дополнительным выходом, подключенным к входу делителя частоты, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго логических элементов, выполненных в виде перемножителей, связь генератора масштабных частот с излучателем осуществлена через первый фазоманипулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу решающего блока, связь фотоэлемента с усилителем-формирователем осуществлена через второй фазоманипулирующий элемент и смеситель, первый вход которого подключен к выходу гетеродина, связь усилителя-формирователя с первым логическим элементом осуществлена через третий фазоманипулирующий элемент, управляющий вход которого подключен к соответствующему выходу решающего блока, связь генератора импульсов с управляющим входом коммутатора осуществлена через времязадающий делитель, соответствующие выходы которого соединены с входами решающего блока, первого регистра, второго регистра и с управляющими входами ключа, первого и второго регистров и первого и второго счетчиков, связь первого счетчика с индикатором осуществлена через первый регистр и решающий блок, соответствующий выход которого подключен к управляющему входу второго фазоманипулирующего элемента, первый вход второго логического элемента соединен с выходом третьего фазоманипулирующего элемента, выход ключа связан с соответствующими входами первого и второго счетчиков, а второй логический элемент, второй счетчик, второй регистр и решающий блок соединены последовательно через их соответствующие входы и выходы.