Лазерный светодальномер Советский патент 1990 года по МПК G01C3/08 

сд

со

а: сд

tsD

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 последо- в&тельно расположенных амплитудного модулятора 12 и усилителя мощности, причем первуй вход амплитудного модулятора подключен к второму выходу опорного генератора, а второй вход амплитудного модулятора - к второму выходу умножителя частоты. 1 ил.

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.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может применяться в системах оптической связи, локации, в геодезическом приборостроении для построения высокоточных светодальномеров геодезического и специального назначения.

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

На чертеже изображена схема устройства.

Светодальномер состоит из послехаова- тельно 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 б 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 (, включающего в себя высокостабильный опорный (задающий) генератор 9 частоты Ц умножитель 10 частоты Q. )м и первый усилитель мощности 11 частоты (Ом. Электрический вход дет -юду- лятора-преобразователя 3 подключен к выходу гетеродина частоты шм-|-Ц 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 10. Блоки 9-13 представляют собой источник модулирующего напряжения (на- чертеже не обозначен).

Модулятор 2 и модулятор-преобразователь 3 могут быть реализованы в виде кристаллических ячеек, работающих на линейном электрооптическом эффекте Поккель- са или акустооптическом эффекте. Амплитудный модулятор обеспечивает получение однополосного амплитудно-модулированного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

Световой сигнал от лазерного источника

1 направляется в модулятор света 2, на

электрический вход которого поступает сигнал частоты Ы с усилителя мощности 11. После модуляции с частотой сом 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 мощности 13 на демодулятор-преобразователь 3 высокочастотного электрического сигнала, амплитуда которого изменяется по закону. (S)sincoMt. На выходе демодулятора- преобразователя 3 образуются два опти- ческих сигнала (опорный и дистанционный)

промежуточной частоты . Световые сир- налы частоты Qip (опорный и дистанционный, содержащий информацию об измеряемой дистанции) принимаются соответственно 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-преобразователе 3 определяются по формуле

ф, (()ф01+Я- -COSOit ,

ff

1/9,

в)

ф2(1|)ф02 (сом -f и) ti,

0

гдеф|(1) -фазовый сдвиг, вносимый модулятором 2;

ф2(1|) -фазовый сдвиг, вносимый демодулятором-преобразователем 3; 5

,/C;

At - время прохождения светового потока по опорному каналу с длиной

оптического пути D: с выхода модулятора света 2 до входа фотоприемного устройства 5. Интенсивность светового потока на выходе демодулятора-преобразователя для опорного канала представляется в виде

sin -i jIiiiMlii lo2

(2)

Проведя подстановку слагаемых (I) в (2) после разложения в ряд Фурье и ряда преобразований для переменной части интенсивности света на выходе преобразователя (на входе фотоприемника 5) получаем

,()a,()cos((co. + Q)-a,)t+ ,

+

(3)

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

i(t)c,n BU(i) BIJ,()a,(-)x

2а)мО,

X cos(((o« + Q)-(ov)

(4)

Таким образом, на выходе фотоприемника 5 имеется сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности фаз гармоник колебаний с частотами модуляции о)м и гетеродина озм+й и изменение во времени происходит с частотой О. Рассмотренный сигнал после усиления в усилителе-селекторе 7 поступает на вход фазоизмерительного устройства 8.

Аналогичным образом для дистанционного сигнала, прошедшего модулятор 2, измеряемую дистанцию D2, демодулятор-преобразователь 3, фотоприемник 4 и усилитель- селектор 6, сигнал на выходе фотоприемника 4 представится в виде

1а)д.с.. ВШ,()1,()С05(ШМ +

+ Q)-CO.)t +

(5)

где D2 - расстояние, проходимое светом по

дистанционному каналу. Таким образом, в каждом канале свето- дальномера (а именно, на выходах усилителей-селекторов 6 и 7) имеется один сигнал, определяемый для опорного канала выра- жением (4), и сигнал дистанционного канала, определяемый выражением (5), соответст- 5 венно. Сравнением на фазометре 8 фаз этих сигналов промежуточной частоты определяется информация об измеряемом расстоянии D D2-D|.

Известно, что инструментальная точ- ность фазового светодальномера на основе преобразования частоты, в основном, определяется помехоустойчивостью системы, стабильностью сравниваемых сигналов про- межуточной частоты, отношением сигнал/ шум на входе фазоизмерительного устрой- 5 ства.

В предлагаемом устройстве выполнение генератора модулирующей частоты в виде последовательно расположенных опорноQ го 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 след5 ствие, малый уровень относительной расстройки сигналов промежуточной частоты, позволяющий уменьшить полосы пропускания усилителей-селекторов и уровень шумов в приемных цепях. Кроме того, достигается возможность оптимизации процесса

0 преобразования и получения максимальных амплитуд колебаний промежуточной частоты с высокой стабильностью, обеспечивающие повышение точности индикации фазы при фазовом сравнении.

35

Формула изобретения

Лазерный светодальномер, содержащий источник излучения, модулятор, оптическую линию задержки, демодулятор-преобразова4Q тель, два выхода которого связаны с фото- - приемниками, соединенными с входами фазометра, и источник модулирующего напряжения, первая и вторая клеммы выхода которого подключены к управляющим входам соответственно модулятора и демодулятора45 преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, источник модулирующего напряжения выполнен в виде последовательно соединенных высокостабильного опорного генератора, умножитатя частоты и первого усилителя мощности, соеди50 ненного с первой клеммой выхода, и последовательно соединенных амплитудного модулятора и второго усилителя мощности, соединенного с второй клеммой выхода, причем первый и второй входы амплитуд ного модулятора подключены к соответствующим выходам соответственно, высокостабильного опорного генератора и умножителя частоты.