Светодальномер Советский патент 1987 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и может быть использовано для высокоточного измерения расстояний в геодезии, при строительстве крупных инженерных сооружений и т.д.

Целью изобретения является повышение точности измерения расстояний фазовым светодальномером.

На фиг.1 представлена принципиальная схема светодальномера, на фиг,2- статическая характеристика электрооптического модулятора, на фиг.З - характеристика излучения в измерительном и калибровочном каналах.

Светодальномер содержит лазер 1, электрооптический модулятор 2 излучения, первую светоделительную пластинку 3, фазовую четвертьволновую пластинку 4, первый оптический анализатор 5, передающую оптическую систему 6, приемную оптическую систему 7, вторую светоделительную пластинку 8, второй оптический анализатор 9, фотоприемник 10, генератор поляризующих импульсов 11, генератор 12 масштабной частоты, гетеродин 13, смеситель 14, цифровой фазометр 15, объект 16.

Светодальномер работает следующим образом.

Генератор 12 масштабной частоты вырабатывает напряжение высокой час- тоты, которое подается.на электричес- щего напряжения (время О - тг) (фиг.З)

пряжением гетеродина 13. Опорное напряжение создается в смесителе 14. Разность фаз между опорным напряжением в смесителе 14 и сигналом на вы5 ходе фотоприемника 10 измеряется цифровым фазометром 15 и пропорциональна измеренному расстоянию.

Для повышения точности измерения разности фаз и, следовательно, рас 0 стояния за счет учета изменения сигналов из-за нестабильности частоты и фазы генератора и гетеродина, возможной нестабильности работы модулятора, фотоприемника и других узлов

светодальномера существует калибровочный канал, называемый оптическим коротким замыканием. Этот канал состоит из первой светоделительной пластинки 3, которая часть излучения пос ле модулятора направляет на второй оптический анализатор 9, а затем с помощью второй светоделительной пластинки 8 - на фотоприемник 10.

При отсутствии постоянного напряжения на модуляторе спектр модулированного сигнала содержит только четные гармоники.

При наличии постоянного напряжения спектр модулированного сигнала содержит только основную первую и другие нечетные гармоники.

В отсутствии импульса поляризую25

кий модулятор 2 излучения, выполненный, например, в виде объемного резонатора с электрооптическим кристаллом в емкостном зазоре. Излучение лазера 1, проходя через модулятор 2 излучения модулируется по поляризации. После прохождения светоделительной пластинки 3 и фазовой четвертьволновой пластинки 4, служащей для вывода рабочей точки модулятора в линейную часть, и первого оптического анализатора 5 излучение становится модулированным по интенсивности « С помощью передающей оптической системы 6 излучение коллимируется и передается на объект 16, до которого измеряют расстояние.

Отраженное от объекта излучение принимается приемной оптической системой 7, проходит светоделительную пластинку 8 и направляется на фотоприемник 10, работающий в режиме преобразования частоты с помощью дополнительной модуляции фототока нащего напряжения (время О - тг) (фиг.З)

пряжением гетеродина 13. Опорное напряжение создается в смесителе 14. Разность фаз между опорным напряжением в смесителе 14 и сигналом на выходе фотоприемника 10 измеряется цифровым фазометром 15 и пропорциональна измеренному расстоянию.

Для повышения точности измерения разности фаз и, следовательно, расстояния за счет учета изменения сигналов из-за нестабильности частоты и фазы генератора и гетеродина, возможной нестабильности работы модулятора, фотоприемника и других узлов

светодальномера существует калибровочный канал, называемый оптическим коротким замыканием. Этот канал состоит из первой светоделительной пластинки 3, которая часть излучения после модулятора направляет на второй оптический анализатор 9, а затем с помощью второй светоделительной пластинки 8 - на фотоприемник 10.

При отсутствии постоянного напряжения на модуляторе спектр модулированного сигнала содержит только четные гармоники.

При наличии постоянного напряжения спектр модулированного сигнала содержит только основную первую и другие нечетные гармоники.

В отсутствии импульса поляризую

щего напряжения (время О - тг) (фиг.З)

рабочая точка модулятора в измерительном канале за счет фазовой четвертьволновой пластинки находится в линейной части характеристики и на

дистанцию поступает модулированное с частотой генератора масштабной частоты излучение.I. В это же время рабочая точка модулятора для калибровочного канала находится в минимуме

характеристики и после оптического анализатора 9 идет излучение II,модулированное удвоенной частотой генератора масштабной частоты, поэтому, попадая на фотоприемники, оно

не вызывает появления сигнального напряжения на его выходе. При подаче импульса поляризующего напряжения

Т (время -у - Т) в измерительный канал

поступает излучение II а в калибро- вочньпй - излучение III. В этом случае сигнальное напряжение на выходе фотоприемника создается за счет излучения калибровочного канала.Так как из-за действия поляризующего напряжения создается фазовая задержка,

It

равная у а за счет фазовой четвертьволновой пластинки 4 - задержка + у, то суммарная фазовая задержка равна li, 0.

Таким образом, подачей импульсов поляризующего напряжения осуществляется электрооптическая коммутация измерительного и калибровочного каналов, тем йамым повышая быстродействие светодальномера и его точность.

Формула изобретения

Светодальномер,содержащий лазер и последовательно установленные в ходе его луча модулятор излучения, передающую и приемную оптические системы и фотоприемник, а также генератор масштабной частоты, гетеродин, смеситель и цифровой фазометр, причем первый выход генератора мас

3529 .4

штабной частоты соединен с первым входом модулятора, второй выход - с первым входом смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом 5 гетеродина, а выход - с первым входом фазометра, выход фотоприемника соединен с вторым входом фазометра, дополнительный вход которого соединен с вторым выходом гетеродина, 10 отличающийся тем, что, с целью повышения точности измере5

0

5

ния, он снабжен генератором поляризующих импульсов, двумя светоделителями, двумя оптическими анализаторами и фазовой четвертьволновой пластинкой, причем первый выход генератора поляризующих импульсов соединен с третьим входом фазометра, а второй выход - с вторым входом модулятора,первый светоделитель,четвертьволновая пластинка и первый анализатор последовательно установлены между модулятором и передающей системой, а вторые анализатор и светоделитель последовательно установлены между первым светоделителем и фотоприемником и образуют калибровочный канал.

Фиг. 2

Редактор Н. Слободяник

Фс/г.

Составитель М. Васильев

Техред М.Ходаннч Корректор С. Черни

Заказ 7426/36Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам .изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,4

Изобретение относится к геодезическому приборостроению и позволяет повысить точность измерения расстояний фазовым светодальномером, кото.рьй содержит лазер 1, электрооптический модулятор 2 излучения, светоделительные пластинки 3 и 8, фазовую четвертьволновую пластинку 4, оптические анализаторы 5 и 9, передающую оптическую систему 7, фотоприемник 10, генератор 11 поляризующих импульсов, генератор 12 масштабной частоты, гетеродин 13, смеситель 14 и цифровой фазометр 15. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет подачей импульсов поляризующего напряжения осуществлять электрооптическую коммутацию измерительного и калибровочного каналов. Последний состоит из светоделительной пластинки 3, которая часть излучения после электрооптического модулятора 2 излучения направляет на оптический анализатор 9, а затем на фотоприемник 10. 3 ил. с S (Л гз с 00 ел ю со