ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ ДАЛЬНОМЕР Советский патент 1971 года по МПК G01C3/08 

Изобретение относнтся к геодезическим нриборам, а именно к электроонтпчсским дальномерам, используемым для измерений линий на местности.

В известных электрооптических дальномерах, работающих на фиксированных частотах модуляции, фазу принятого сигнала, содержащего информацию об измеряемом расстоянии, определяют каким-либо фазоизмерительным устройством: переменной линией задержки оптического или электрического сигиала.

Переменные оптические линии задержки, включаемые в световой тракт последовател)но с измеряемой дистанцией, обладают значителын гми габаритами, сложны по устройству, а главное, обуславливают значительные потери светового сигнала и изменение характера его поляризации, что часто затрудняет измерения.

Электрические линии задержки (фазовращатели) также обладают рядом существенных недостатков. Фазовращатели высокочастотные мало стабильны и поэтому требуют частой калибровки или постоянного (в процессе измерений) контроля по оптической линии задержкн, имеющей отмеченные выше отрицательные качества. Фазовращателн низкочастотные требуют только контроля положения пуля в процессе измерений, но нензбежное в этом случае нреобразование частот требует удвоенного количества термостатированных кварцевых генераторов.

Кроме того, электрическое измерение фазы принципиально не может быть осуществлено в электрооптических дальномерах с совмещенными приемпым и передающим трактами, где используется один и тот же элемент как для модуляции, так и для демодуляции

светового сигнала (например электрооптические дальномеры «Кристалл).

Для повышения стабильности и упрощения конс1рукции в предлагаемом дальномере фазовращающее устройство выполнено в виде

новоротнсй двулученреломляющей пластины, устапоБленной после электрооптической ячейки, обе-снечивающей вращение плоскости поляризации выходянд,его из нее иромодулированного излучения с угловой скоростью,

определяемой частотой модуляции, например,

электрооптической ячейки, основанной на

эффекте Поккельса н унравляемой вращающи cя электрооптическим полем.

Устройство может быть реализовано как в

виде системы с совмещенными приемным и передающим оптическим трактами, так и в виде системы, где эти тракты разделены.

источник излучения; 2 - биполяризациопное устройство; 3 - модулирующая электрооптическая ячейка, 4 -генератор модулирующих частот; 5-поворотная пластина в четверть волны; 6 - отражатель; 7 - индикатор светового потока, регистрирующий одну из точек, в которой меняется зпак первой производной кривой изменения выходящего светового потока.

На фиг. 2 показана схема дальномера с раздельными приемным и передаюпии ; трактами, где 5 - источник излучения; 9 и 5 - скрещенные поляроиды; 10 и 10 - лодулирующая и делюдулирующая электроолтические ячейки; 11 - генератор модулирующих частот; 12 - поворотная пластина п полволны; 13 - отражатель; 14 - индикатор светового потока, регистрирующий одну из точек, в которой меняется знак первой производной кривой изменения выходящего светового потока.

Оптические элементы, обесиечпваюи1,ие формирование, посылку и присяг светового потока, на чертежах не показаны.

Устройство работает следующим образом.

Свет от источника излучения / проходит по одному из каналов биполяризациоииого устройства и в виде плоскоиоляризованной волны попадает в электрооптическую ячейку 3. Электрооптическая ячейка, к которой приложено модулирующее напряжение с одной из частот /м, вырабатываемых геператорол: 4. преобразовывает падающее па нее плоскоиоляризоваиное излучение в световую волну с круговой ноляризацией. При этом углоная скорость сОм вращения плоскости поляризации световой волны, выходящей из ячейки 3, равна или кратна частоте /м модулирующего напряжения.

Технически такая электрооптпческая ячейка может быть выполнеиа, например, либо в виде четырехэлектродной жидкостной ячейки Керра, управляемой вращающимся электрическим нолем, либо на основе электрооптического кристалла, использующего двойной поперечный эффект Поккельса п также управляемого вращающимся полем.

Вышедщий из ячейки 3 и промодулированный по плоскости поляризации световой поток проходит пластину 5, измеряемую дистанцию, отрал4ается от отражателя 6 и, вновь пройдя измеряемую дистапнию. проходит второй раз четвертьволновую пластину 5. Таким образом, возвратившийся с дистанции световой ноток, пройдя как бы через иолуволновую пластину, вновь поступает в электроонтическую ячейку 3. Но известно, что если свет, поляризованный по кругу, проходит пластину в нолволны, то наиравле11 е вращения плоскости его поляризации Д1епястся на обратное. Следовательно, при обратном прохождении светом ячейки 3, если фазы модуляции выходящего и пришедщего световых сигналов равны, происходит компенсация поворота плоскости поляризации пришедщего

светового потока, т. е. плоскост1 поляризации демодулировапного светового потока вновь становится той же, что и до его модуляции. Возвратившийся с дистаицпп световой поток в этом случае вновь проходпт по прежпе ;у каналу биполяризанионного устройства и не попадает на индикатор 7.

Фаза прищедщего с дистанции светового сигнала в предлагаемой системе зависит не

только от длины измеряемой лшпп, но и от положения пластины 5. При повороте пластины в четверть волны вокруг оси системы па некоторый дополпительпый угол каждый вектор световой волпы после двукратного

прохождения четвертьволновой пластины дополнительно поворачивается на угол, в два раза больший. Поэтому фаза пришедшего с дистапции светового сигнала будет равна (о, где 9 - переменный угол между главной осью пластины в четверть волны и плоскостью, в которой лежала эта ось при начальном отсчете, а /о - ностоя1шый фазовый угол, соответствующий начальному отсчету фазовращающего элемента. Таким образом,

поворачивая четвертьволновую пластину, можно на любой дпстанции добнться того, чтобы между послаьным и пришедшим сигпалами возникла постоянная разность фаз, регистрируемая индикатором 7 и, отсчитав

угол 9, найти введенную при повороте пластииы 5 искомую разность фаз, функциопальио связаппую с измеряемым расстоянием.

В случае выполнения предлагаемого устройства с раздельными приемпым п нередающим каналами (фиг. 2), вместо биполяризатора 2 используются скрещенные поляроиды 9 п 9, установленные в раздельных каналах. .Модуляция и демодуляция осуществляются в отдельных электрооптических ячейках 10

и 10 соответственно, а для вращения фазы используется фазовая анизотронная нластипа в полволны 12, так как свет проходит ее только один раз. Пластина может быть установлена как в передающем, так и в приемпом капале устройства.

В случае работы с немонохроматическим источником излучения /, пластины 5 или 12 должны быть рассчитаны на эффективную длину волны устройства. Возможна также

ахроматизация этих пластин.

Описываемое фазовращающее устройство не имеет элементов, подвержепных изменениям с течением времени пли разъюстпровке и поэтому вполне стабильно.

П р е д мет и з о б р е т е н н я

Электрооптпческий дальномер, содержащий источник излучения, совмещенную пли раздсльпые лгодулпрующукт п демодулнрующую

э.чектрооптические ячейки, генератор модулируюи;его папряжепия фиксированных частот, фазовращающее устройство, 1ПЦ1;икатор потока излучения и оптические элемеиты для фор; 1прозаиия посылки, отражеиия и приема

целью повышения стаоильности и упрощения конструкции, в нем фазовращающее устройство выполнено в виде новоротной двулучепреломляющей пластины, установленной после электрооптической ячейки, обеспечивающей вращеппе плоскости поляризации выходящего пз нее промодулированного излучения с угловой скоростью, определяемой частотой модуляции, например, электрооптической ячейки, оспованной на эффекте Поккельса и управляемой вращающимся электрооптическим полем.

ф