Светодальномер Советский патент 1987 года по МПК G01C3/00 

1

Изобретение относится к прикладно му геодезическому приборостроению и может быть использовано для автоматизированного измерения расстояний при строительстве, юстировке и контроле перемещений крупных инженерных сооружений, а также для исследования смещений точек земной поверхности.

Целью изобретения является повышение точности измерения расстояния за счет устранения паразитной амплитудной модуляции светового потока.

На чертеже изображена структурная схема светодальномера, где приняты следующие обозначения:

1- источник излучения;

2- модулятор;

3- светоделитель;

4- приемопередающий оптический блок;

, 5 - поляроид;

6 - второй фотоприемник; 1 - первый переключатель тест- измерение;

8- первый регулятор постоянного смещения;

9- первый фотоприемник;

10 демодулятор;

1 1 третий переключатель тес- измерение;

12 второй регулятор постоянного смещения;

13 второй переключатель тест- измерение;

14- генератор тест-измерение; -. 15 блок управления частотой

модуляции;

- 16 - генератор модуляцией частоты;

17- блок регулирования амплитуды напряжения;

18- счетно-решающий блок. Устройство работает следующим образом.

Излучение источника 1 (например, газового лазера) пропускается через модулятор 2 света, затем через светоделитель 3 и через передающий канал приемопередающего оптического блока 4 направляется на световозвращатель установленнь й на другом конце измеряемой линии. Отклоненная светоделителем 3 часть светового потока проходит через поляроид 5, скрещенный с плоскостью поляризации источника 1 излучения, и попадает на второй фотоприемник 6, К выходу фотоприемника 6 подключен первый пере5

Ш

15

20

450562

ключатель 7 тест-измерение, с первым выходом которого соединен первый вход первого регулятора 8 постоянного сме- щения, второй вход которого соединен с генератором 14 тест-изменение, а выход подключен к модулятору 2. Второй выход переключателя 7 соединен с входом блока 17 регулирования амплитуды напряжения, выход которого подключен к генератору 16 модулирующей частоты. Первый выход генератора 16 подключен к счетно-решающему блоку 18, второй - к входу переключателя 13, третий - к второму входу блока 17, а четвертый - к второму входу блока 15. Второй вход переключателя 13 соединен с генератором 14, а вы- . ход связан с модулятором 2 и демодулятором 10.

Прищедщий от световозвращателя световой поток через приемный канал приемопередающего оптического блока 4 проходит на демодулятор 10, иден25 тичный модулятору 2, и регистрируется фотоприемником 9. К выходу фотоприемника 9 подключен вход переключателя 1 I. Его первый выход соединен с входом блока 15 управления часто2Q той модуляции, выход которого связан с вторым входом генератора 16 модулирующей частоты. Второй выход переключателя 1 1 соединен с первым входом второго регулятора 12 постоянного смещения, выход которого связан с демодулятором 10, а второй вход подключен к генератору 14.

В начале измерений переключатели 7,11 и 13 устанавливается внешней командой (напримере кнопкой) в поло- . Излучение источника света в этом случае модулируется в модуляторе 2 низкочастотным напряжением генератора 145 пропускаемого переключателем 13, Ecrni рабочая точка модулятораустановлена правильно (в минимуме модуляционной характеристики) , частота модуляции света ока- зывается удвоенной. Если же рабочая точка оказывается смещенной из минимума, в промодулированном излучении, кроме второй, присутствует и первая гармоника частоты модуляции. Отклоненная светоделителем 3 часть излучения проходит через поляроид 5, позволяющий преобразовать фазовый сдвиг между обьпсновенным и необыкновенным лучом в модуляторе 2 в амгшитудную мбдуля- цию. Этот поток воспринимается вто

35

40

45

50

55

рым фотоприемннкон 6, с выхода ко- торого сигнал проходит через переключатель 7 и попадает в первый регулятор 8 постоянного смещения. Регулят 8, содержащий, например, избирательный усилитель, настроенный на частот генератора 14, синхронный детектор, интегратор, усилитель постоянного тока, исполнительное блок (например серводвигатель, шаговый двигатель или цифро-аналоговый преобразователь выделяет из принятого сигнала первую гармонику с частотой генератора 14 и, сравнивая ее с фазой опорного сигнала, поступающего от генератора 14, вырабатывает сигнал рассогласования, изменяющий постоянное напряжение на модуляторе 2 так, чтобы свести сигнал рассогласования к нулю, т.е. установить рабочую точку в минимум модуляционной характеристики

Аналогичным образом устанавливается постоянное смещение на демодулятор 10, Принятый от световозвращателя модулированный удвоенной низкой частотой световой поток после демодулятора содержит первую гармонику, если рабочая точка не соответствует минимуму его характеристики. Этот поток воспринимается фотоприемником 9 и его входной сигнал через переключатель 11 поступает на второй регулятор 12 постоянного смещения, выполненный, например, по схеме, аналогичной регулятору 8, сюда же поступает опорное напряжение с генератора 14, Второй регулятор 12 управляет режимом работы демодулятора 10

По окончании этих регулировок переключатель тест-измерение переводится в положение Измерение, В этом положении генератор тест-сигнала отключается и на модулятор и демодулятор подается через переключатель 13 высокочастотное напряжение измерительной частоты от генератора 16 модулирующей частоты. Последний вырабатывает поочередно с низкой частотой переключения порядка сотен герц- единиц килогерц две частоты f, и f разность между которыми соответствует изменению сдвига фазы сигнала на данном расстоянии в пределах до 180 Из-за неравенства амплитуд напряжеf. и

НИИ двух переключаемых частот f. и неравномерности амплитудно-частотной характеристики модулятора может возникнуть паразитная амплитуд

0

ная

модуляция светового потока, искажающая результат фазового детектирования принятого светового, сигнала. С целью ее исключения во вто-ром фотоприемнике 6 выделяется из отклоненного светоделителя пучка огибающая паразитной амплитудной модуляции и через переключатель тест-измерение первого канала 7 напряжение подается на устройство 17 регулирования ампли туды напряжения, содержащее избирательный усилитель, настроенный на частоту коммутации частот f и f..

5

0

5

ная

0

5

0

управляемый синфазным с ком5

синхронный детектор, опорным напряжением, мутирующим частоты f и fj напряжением, поступающим с генератора 16 модулирующей частоты, интегратор, усилитель постоянного тока и исполнительное устройство (например, транзисторный аттенюатор) для управления амплитудой напряжения в одной из частот f или fj. В устройстве 17 идет сравнение принятого сигнала с фазой сигнала от генератора модулирующей частоты (опорное напряжение) и в зависимости от величины и фазы получаемого в результате сигнала рассогласования происходит управление амплитудой напряжения генератора таким образом, чтобы свести сигнал паразитной амплитудной модуляции к нулю.

Принятый от световозвращателя световой поток после фазовой демодуляции в демодуляторе 10 регистрируется фотоприемником 9. Величина регистрируемого светового . сигнала зависит от сдвига фазы, приобретенного сигналом за время распространения по дистанции. Минимум сигнала соответствует сдвигу фазы на целое число периодов N, а измеряемое расстояние D при настройке на минимум сигнала вычисляется из соотнощения

D 2f

ср

где

0

ср

5

-скорость света в среде;

-частота, при которой зарегистрирован минимум сигнала.

Б фотоприемнике 9 формируется сигнал, частота которого равна частоте переключения частот в генераторе 16 модулирующей частоты, а амплитуда определяется расстройкой этих частот относительно значения f , соответствующего минимуму сигнала.

Ь134

Через переключатель тест-измерение третьего канала 11 напряжение сигнала поступает на следящую систему 15 управления частотой модуляции, состоящую из избирательного усилителя, настроенного на частоту коммутации частот f и f , синхронного детектора, управляемого опорным напряжением, синфазным с коммутирующим

частоты f и fj напряжением, вырабатываемым генератором модулирующей частоты 16, интегратора и усилителя постоянного тока. Выходное напряжение следящей системы 15 управления управляет частотами генератора 16 так, чтобы сигнал ошибки был равен нулю. Средняя частота модуляции, соответствующая минимуму сигнала, измеряется интегрирующим счетно- решающим устройством 18, состоящим, например, из формирователя интервала времени, ключа интервала времени счета, кварцевого генератора, счетчика, цепи управления и табло, на ко- 25 тест-измерение, соединенного с вхотором индицируются результаты. Формула изобретения

Светодальномер, содержащий последовательно соединенные источник излучения, модулятор, приемопередающий оптический блок, демодулятор, электрически связанный с модулятором первьй фотоприемник, блок управления частотой модуляции, генератор модулирующей частоты, соединенный с модуСоставитель В, Харламов Редактор Н, Швыдкая Техред Л.Сердюкова Корректор А, Зимокосов

Заказ 4909/40 Тираж 676Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

лятором и демодулятором и счетно- решающий блок,отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения паразитной амплитудной модуляции светового потока, в него введены дополнительный электрооптический канал с последовательно расположенными после модулятора светоделителем, поляроидом, вторым фотоприемником и первым переключателем тест-измерение, блок регулирования амплитуды напряжения, соединенный по схеме с обратной связью с генератором модулирующей частоты, к выходу первого переключателя тест-измерение подключен введенный первый регулятор постоянного смещения, выход которого соединен с модулятором, связанным с генератором модулирующей частоты через введенный второй переключатель тест-измерение, вход которого соединен с выходом введенного генератора

дом первого регулятора постоянного смещения и первым входом введенного второго регулятора постоянного смещения, второй вход которого связан с выходом введенного третьего переключателя тест-измерение, через который связан первый фотогфиемник с блоком управления частотой модуляции, а выход второго регулятора постоянного смещения связан с входом демодулятора.

Изобретение относится к прикладному геодезическому приборостроению. Цель изобретения - повьшение точности измерения расстояния за счет устранения паразитной амплитудной модуляции. В фотоприемнике 9 формируется сигнал, частота которого равна частоте переключения частот в генераторе 16 модулирующей частоты, а амплитуда определяется расстройкой этих частот относительно значения частоты, при которой зарегистрирован минимум сигнала. Через переключатель 11 тест-измерение канала напряжение сигнала поступает на следящую систему 15 управления частотой модуляции. Выходное напряжение последней управляет частотными генераторами 16 так, чтобы сигнал ошибки был равен нулю. Средняя частота модуляции, соответствующая минимуму сигнала, измеряется счетно-решающим устройством 18. 1 ил. (Л со 4 сл о сл С5