Светодальномер Советский патент 1988 года по МПК G01C3/08 

IND

ел

4

о:

Изобретение относится к области геодезического приборостроения и позволяет расширить диапазон измерения расстояний в сторону малых дистанций светодальномерами с перестраиваемыми по частоте модуляционными генераторами за счет искусственного увеличения постоянной прибора путем введения в тракт измеряемого сигнала схемы 11 временной задержки, выполненной в виде последовательно соединенных первого смесителя 21, перестраиваемого фильтра 23 первой промежуточной частоты, второго смесителя 24 и перестраиваемого фильтра 25 второй промежуточной частоты, а также вспомогательного генератора 22, прямой и инверсный выходы которого соответственно соединены с вторыми входами первого и второго смесителей-21 и 24, причем частота второго фильтра 25 устанавливается равной частоте входного сигнала, подаваемого на вход схемы 11 временной задержки. Время задержки сигнала- определяется временным интервалом полупериода частоты вспомогательного генератора 22. Кроме того, в схему светодальномера дополнительно введены генератор пило- (образного напряжения, триггер и два элемента И. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. & (Л

фиг. 2

114

Изобретение относится к области геодезического приборостроения, в частности к светодальномерам с план- но перестраиваемыми по частоте модуляционными гежп аторами.

Цель изобретения - расширение дипазона измерений.

На фиг. 1 приведена блок-схема св тодальномера; на фиг. 2 - то же, схемы временной задержки,

Светодальномер содержит кнопку 1 Отсчет, схему 2 управления, генератор 3 пилообразного напряжения, генератор 4 перестраиваемой частоты, модулятор 5, излучатель 6, объектив передающей оптической системы, объек тив8 приемной оптической системы, ; фотоприемник 9, усилитель 10, схему 11 временной задержки, фазовьй детек ; тор 12, схему 13 нуль-органа, триг- : гер 14, элемент И 15, арифметическое ; устройство 16, элемент И 17, генера- I тор 18 тактовых импульсов, цифровое табло 19, блок 20 питания. Кроме то- ; го, схема 11 временной задержки со- : держит первьш смеситель 21 частоты, : вспомогательный генератор 22, первьй I перестраиваемы; фильтр 23 первой рро ; межуточной частоты, второй смеситель ; 24 частоты, второй перестраиваемый ; фильтр 25 второй промежуточной час- I тоты, перестраиваемый на частоты входного сигнала.

I Один из контактов кнопки 1 соеди- I нен с корпусом прибора, другой подан I на управляющий вход схемы 2 управ- ; ления, выход которой подан на разре- шающие входы генератора 3 пилообраз

ного напряжения и генератора 4 пере

страиваемой частоты. Выход генератора 3 пилообразного напряжения подан на управляемые входы генератора 4 перестраиваемой частоты и схемы 11 временной задержки. генератора 4 через модулятор 5 подан на излучатель 6. Световой луч, генерируемый излучателем 6, коллимируется объек- тивом 7 и направляется на измеряемую дистанцию. Отраженный (измерительный) световой сигнал фокусируется объекти- вом 8 приемной оптической системы на фотоприемник 9, которого через усилитель 10 подан на информационный вход схемы 11 временной задержки.

выход которой подан на первый вход фазового детектора 12, второй вход которого соединен с вькодом генератора 4 перестраиваемой частоты, а выход

Q

5 0 5 О

5

0

5

0

5

через схему 13 нуль-органа соединен со счетным входом триггера 14, Прямой выход триггера 14 соединен с первым входом элемента И 15, а инверсный- с первым входом элемента И 17, причем вторые входы указанных элементов И 15 и 17 объединены и подключены к выходу генератора 4 перестраиваемой частоты. Выход элемента И 15 соединен с сум- мирую1цпм входом арифметического устройства 16, а выход элемента И 17 - с вьиитаюиа1м входом его. Третий вход арифметического устройства 16 соединен с выходом генератора 18 тактовых импульсов, а выход арифметического устройства 16 подан на цифровое табло 19. Элементы схемы светодал ьно- мера питаются от блока 20 питания (соединения выходов блока 20 питания с элементами схемы не показаны).

Входной сигнал (с выхода фотоприемника 9, поданный через усилитель 10) поступает на первый вход смесителя 21 частоты, второй вход которого соединен с прямым выходом вспомогательного генератора 22, а выход через перестраиваемый фильтр 23 первой промежуточной частоты соедине.н с первым входом второго смесителя 24 частоты. Второй вход второго смесителя 24 частоты соединен с инверсн{лм выходом генератора 22, а выход через второй перестраиваемый фильтр 25, настраиваемый на частоту входного сигнала, подан на выход схемы 11 временной задержки.

Арифметическое устройство 16 в общем случае представляет собой частотомер с запоминающим устройством, вычитающим устройством и общепринятой схемой преобразования значений раз- ностний частоты в код индикаторов цифрового табло. В арифметическом устройстве 16 также производится вычитание из полученной разности частот цифрового значения величины временной задержки схемы 11, внесенного в памяти устройства.

Светодальномер работает следующим образом.

При нажатии кнопки 1 Отсчет в выхода схемы 2 управления на вход генератора 3 пилообразного напряжения и на соответствую1чий вход генератора 4 перестраиваемой частоты поступает разрешающий сигнал, по которому с выхода генератора 3 на управляемый вход генератора 4 (например, на вари

3

кап, подключенной : контуру генератора 4) поступают сигналы пилообразного напряжения, в результате чего генератор 4 начинает генерировать сигналы, изменяющиеся по частоте, С выхода генератора 4 сигналы через модулятор 5 поступают на излучатель 6, который генерирует световой луч, модулированньш по амплитуде указанно частотой генератора 4. Световой луч от излучателя 6 коллимируется объективом 7 и направляется на измеряемую дистанцию. Отраженный сигнал (измерительный) собирается объективом 8 и фокусируется на светочувствительную площадку фотоприемника 9. Преобразованные в электрические, эти сигналы поступают через усилитель 10 на вход схемы 11 временной задержки, в которой фазы измерительных (пришедших с дистанции) сигналов задерживаются на заранее заданный интервал времени, имитирую1ций время прохождения световым лучом определенного расстояния. Это сделано с той целью, чтобы уменьшить величину if требуемой перестройки частоты генератора 4 что особенно важно при изменении мал расстояний.

Для измерения расстояния 5м необходимо иметь ЛЕ, равную С

.

14

где С - скорость света, м/с;

L - измеряемое расстояние, м. В светодальномере введение в кана измерительного сигнала схемы 11 временной задержки эквивалентно введени в схему светодальномера постоянной п ибора Lp. При этом bf измеряемого расстояния, например, равного 5 м, определяется по формуле

2(Lo+L)Подбирая значения L, а следовательно, и if можно значения дискретности об и другие, например, 1 Гц/см, 2 Гц/см и т..д.

Описание работы схемы 11 временно задержки приведено ниже.

Сигналы с выхода схемы 11 временной задержки подаются на первый вход фазового детектора 12, на-второй вход которого подаются сигналы с выхода генератора 4. В момент времени, когда фазы сигналов от генератора 4 (опорный сигнал) г и от схемы 11 временной задержки имеют сдвиг

15

гJQ , х

25446

фаз, равный 90°, на выходе фазового детектора 12 появляется нулевой потенциал. При этом на выходе схемы 13 нуль-органа, подключенной входом к выходу фазового детектора 12, появляется импульс, который поступает на счетный вход триггера 14 и опрокидывает его.

До этого момента сигналы с выхода генератора 4 через первый вход элемента И 15 (открытого по второму входу разрешающим потенциалом с прямого выхода триггера 14, установленного в исходное состояние) поступают на сум- вход арифметического устройства 16, и измеренное значение частоты генератора 4 в момент прихода импульса со схемы 13 запоминается в нем. В исходном состоянии схемы элемент И 17 закрыт по второму входу запрещающим потенциалом с инверсного выхода триггера 14.

При опрокидывании триггера 14 элемент И 15 закрывается по второму входу, а элемент И 17 открывается и сигналы от генератора 4 начинают поступать на вычитающий вход арифметического устройства 16. При этом частота генератора 4 продолжает изменяться в том же направлении. В момент времени, когда фазы сигналов от генератора 4 (опорного) и измеряемого от схемы 11

20

25

30

й

35

40

45

временной задержки вновь имеют сдвиг фаз, равный 90 , на выходе фазового детектора 12 вновь устанавливается нулевой потенциал. При этом на выходе схемы 13 нуль-органа вторично появля-ется импульс, который, поступив на счетный вход триггера 14, возвращает его в исходное состояние. Этим сигналом с выхода схемы 13 нуль- органа, поданным на второй вход схемы 2 управления, с выхода последнего снимает Я разрешающий сигнал, пода- ваемьш на соответствующие входы генератора 3 пилообразного напряжения и генератора 4 перестраиваемой часTOTbl.

Разность частот, измеренная в 50 арифметическом устройстве 16 с помощью тактовых импульсов от генератора 18, преобразуется в показания измеренного расстояния, для чего частота тактовых импульсов генератора 18 55 устанавливается кратной значения скорости света. Кроме того, в арифметическом устройстве 16 производится вычитание из значения L, опрелсля

5U

емого разностной частотой опорного и измеряемого сигналов, постоянной прибора LO, заранее внесенного в память арифметического устройства 16, Конечный рез ультат вычислений в арифметическом устройстве 16 преобразуется в код индикаторов цифрового табло ;19, подключенного на выход указан- I ного арифметического устройства Т6

Питание схемы светодальномера осуществляется от блока 20 питания (цепи питания не показаны).

Схема 11 временной задержки (фиг. 2) работает следующим образом.

На вход схемы 11, которым является первый вход первого смесителя 21, ; nocTyna;jT измерительные сигналы от фотоприемника 9 через усилитель 10 ;(фиг. 1). На второй вход смесителя 21 (фиг. 2) подаются сигналы с прямого I выхода вспомогательного генератора-22 I Сигнал, поступающий на первый вход первого смесителя 21

и, V,- sin(u,t+q),) ,

где ср, - фазовый сдвиг сигнала, содержаи(ий информацию о време- НИ; которое затрачивается световым пучком на прохожде- ние измеряемой дистанции туда и обратно. Сигнал, поступающий на второй вход

первого смесителя 21 с прямого генератора 22

Ua v sino,j,c.

На выходе фильтра 23 первой проме- жуточной частоты, включенного на вы- ход первого смесителя 21 и настроен- HorOj например, на разностную частоту выделяется сигнал

вых, oi,V,V,cos(u,-co,)t4-(,.

Этот сигнал поступает на первый вход второго смесителя 24, на второй вход которого подается сигнал с инверсного выхода генератора 22

. sin(oD,t+q ,,g ),

где ср о - сдвиг фазы напряжения генератора 22,,формирующий временную задержку в выходном сигнале смесителя 24.

На выходе фильтра 25 второй про- межуточной частоты, включенного на выходе второго смесителя 25 и настроенного в данном случае на суммарную

частоту, а фактически на частоту входного сигнала схемы 1 1 временно; задержки, выделяется сигнал

2г

,v а, Vf Vj sin |(Cx),-Qj+02) +

)ajV,(co, t+q,+Cf,,

bblXj

(tf, +Cf2

(80

Т.е. напряжения на выходе схемы 11 временной задержки (выход фильтра 25) и на входе схемы 11 временной задержки равны по частоте и отличаются по

8о

т.е..

сдвигу фазы на величину (j выходной сигнал по времени имеет задержку, определяемую частотой вспомогательного генератора 22, т.е.

t -1- 2.f,

где f частота вспомогательного генератора 22.

Формула изобретения

с суммирующим и вычитающим входами блока вычисления, выход блока управления подключен к соответствующим вхоS

дам перестраиваемого генератора непосредственно и через генератор пилообразного напряжения, выход которого связан с соответствующим входом блока временной задержки, через который осуществлена связь усилителя с фазовым детектором, соответствующий вход которого подключен к выходу перестраиваемого генератора, а выход нуль-органа связан с входами триггера и блока управления.

7l423 +46

временной задержки выполнен в виде фильтра и дополнительного генератора,

последовательно соединенных первого смесителя и перестраиваемого фильтра, второго смесителя и перестраиваемого

прямой и инверсный выходы которого связаны с соответствуюЕЦИми входами первого и второго смесителей,

19

фильтра и дополнительного генератор

прямой и инверсный выходы которого связаны с соответствуюЕЦИми входами первого и второго смесителей,

Г

J

фиг.1