АГА АКТИЕБОЛАГ»(Швеция) Советский патент 1972 года по МПК G01N21/41 G01S13/38 

Изобретение относится ,к способам определения среднеинтеграл,ь,ного иоказателя .преломления среды, налример, в нервую очередь, атмосферы, вдоль линин. Такой показатель преломления необходимо знать лри измерениях расстояний с ПОМОЩЬЮ электро.магнитиых .волн, в частности, с .помощью электроо1птических дальномеров.

Известны опосо бы определения среднего коэффицпента преломления путем измерения разности фаз модулированных по амллитуде световых потоков двух различных цветов, прошедших ло одному и тому же пути в исследуемой среде.

Для повышения точности определения по предлагаемому способу световые потоки двух различных .цветов попеременно модулируют двумя различными частотами и разность фаз измеряют для каждой пары частот модуляции.

Таким образом для каждого нз двух возможных состояний получают сигналы различных полярностей, что обеспечивает удвоение чувствительности способа определения среднеинтегрального показателя преломления исследуемой среды.

ветви устройства; на фиг. 3 - модифицированный вариант передатчика.

Передающая ветвь I устройства включает в себя первый источник 1, вырабатывающий луч /С красного цвета, на вход 2 которого может быть подан сигнал для модуляции амплитуды светового пучка.

Второй -подобный источник 3, вырабатывающий луч Г голубого цвета, имеет модуля.ционный вход 4. Эти два луча сливаются в одни световой сигнал, который направляется к дальнему концу линии, где установлен рефлектор, возвращающий этот сигнал к приемнику.

В передающей ветви I размещены первый 5 и второй 6 генераторы.

Между генераторами и источниками установлен двухполюсный на два направления переключатель 7. В одном из положений переключателя генератор 5 соединяется с входом 2, а генератор 6-с входом 4, а в другом положении генератор 5 соединяется с входом 4, а генератор 6 -с входом 2. Этот переключатель периодически приводится в действие блоком 8 управления так, что каждый источник попеременно модулируется то одной, то другой частотами модуляции. Блок 8 может работать с относительно низкой частотой, налример 10 гц, (частоты fi Приемная ветвь II включает в себя фотоумножитель 9, который принимае.т1ся /С и Г на фотокатод и усиливает принятый сигнал известным способом. Из-за нелинейности фотоумножителя P poacxoflHT гетеродинирование, приводящее к появлению разностной частоты /1 - /2-, котораявыделяется фильтром 10 и подается на фазовый детектор 11. Процесс гетеродинирования дает компоненту частоты (/1-/а), имеющую фазу ф1 и ф2, где ф1 и ф2- фазы .принятых сигналов частот fi и /2 соответственно. ф1 - ф2 .представляет разность в задержке фазы для двух цветов на лути сигнала и измеряется фазовым детектором //, в качестве которого может быть использован, например, хорошо известный фазовый дискриминатор ФОСТЕРА-СИЛИ. Действие переключателя 7 заставляет частоты, .приходящие на фотоумножитель 9, иметь разноименные цвета, и соответствующая разность фаз фа - фа, следовательно, действует на фазовый детектор // со знаком, противоположным ф1 - ф2, создавая прямоугольную форму сигнала, как доказано на фиг. 1. Амллитуда этой прямоугольной волны RW представляет .собой разность между первой разностью фаз ф1 - ф2, соответствующей одному положению переключателя 7, и второй разностью фаз ф - фа, соответствующей другому .положению этого переключателя. Для индикации амплитуды предусмотрен измерительный прибор 12. Допустим, что коэффициент преломления имеет вид 1 + Л , где Л - поправочный член, который имеет порядок 3-10- и зависит от температуры и давления атмосферы на пути сигнала. Значения Л для указанных двух .цветов будут обозначаться NI и N. При скорости, равной Со ( + N), получим следующие выражения для фазовых задержек и для двух ча.стот /I и /2 по прохождении расстояния D: Ti /:(),(1) /.(1+л.). Гетероднни;ровапие частот fi и /2 на приемнике приводит к .появлению сигнала с разностной частотой f 1 - /2 и фазой ф - фа: -, - (f. f + - /.Лд. (3) Ьо Переброс переключателя 7 в другое положе-ние эквивалентен перемене цвета сигналов с частотами /i и /а, что означает новое значение (новую величину) ф - фа разности фаз, получаемой из уравнения (3) .путем взаимозамены и NZ: , (f.-f,+f.N,-f,N,). (4) рое является разностью между двумя значениями уравнений (3) и (4): (1 ) -Cfi ) (f. + h)(N,-N,). (5) Если переключение .периодическое, напрял ение на выходе детектора 11 колеблется между одним и другим значениями от одного периода к другому, .приводя к .прямоугольной во.лне, амплитуда которой представляет разность в соответствии с уравнением (5) и обнаруживается на измерительном приборе 12. Из уравнения (5) следует, что это значение .пропорционально (). - функция давления и температуры, которая может быть выражена следующим образом: N Noa,(6) где а - фактор, зависимый от тем.пературы и давления, а NO - значение N при стандартных (обычных) условиях давления и тем.пературы. Обозначая через Л/о и , значения для указанных двух цветов, .получаем N,N, (No, - NO, ) а,(7) откуда можно определить а, если известно значение NI - N. В уравнении (5) удвоено измеренное значение, которое получается благодаря процессу переключения. Без проце.сса переключения и при использовании только одной частоты .модуляции f была бы получена разность фаз fl-/ 2, соответствующая уравнению (3): . iH.--(x-A.)/. i-о Дальнейшее улучшение достигается введением устройства 13 задержки. Если устройство 13 настроено так, что ком.пенсирует различие в задержке двумя цветами, два сигнала будут иметь одинаковую фазу по достижении .приемни.ка. Это значит, -что устройство 13 регулируется до тех пор, пока амплитуда не упадет до нуля, а измерительный .прибор 12 используется лишь как нулевой прибор. В приемной ветви II (фиг. 2) имеется устройство 14 задержки для выравнивания задерл ки двух цветов. Эта ветвь включает в себЯ оптическую си1стему 15 любого известного типа. Система 15 разделяет принятый световой сигнал на два луча, которые .пропускаюТ1ся через голубой и .кра|сный ф.ильтры 16 и 17,дающие одноцветные сигналы Г и К, которые подаются на фотоумножитель 9. Частоты, модулирующие эти сигналы, имеют значения приблизительно 30000 и 30001 кгц. Выходной сигнал от фотоумножителя 9 попадает на фильтр 10, который про.пускает через себя только требуемую гетеродинную частоту 1 кгц, подаваемую на фазовый детектор П. Выходной сигнал от детектора 11 поступает на ф1ильтр 18 низких частот, и компонента постоянного тока, пропускаемая фильтром

19, зталонное колебание которого подается на детектор. Выходной сигнал от детектора // также поступает на лолосовой фильтр 20, настроенный на частоту 10 гц, на которой работает переключатель 7 на .передатчике. Выход фильтра 20 соединен .с измерительным прибором 12.

Устройство 14 регулируется, пока измерительный Прибор 12 не покажет ноль. Это значит, что красный и голубой сигналы имеют одну и ту же фазу ло достижении приемника, и устройство представляет разность фаз между дву.мя цветам1и на пересекаемом пути. Приемник (фиг. 2) может быть или встроен в тот же блок, где находится передатчик, или вьшолнен в виде отдельного блока, помещенного на дальнем конце пути сигнала.

Источник 1 включает в себя излучатель 21 для создания луча красного .цвета, проходящий через световой модулятор 22, куда подается модулирующий сигнал от усилителя 23. Красный луч расщепляется на два луча, один из которых передается, а другой - поступает на фотоэлемент 24. Источник 3 также включает в себя излучатель 25, световой модулятор 26 и усилитель 27 и создает голубой луч, который расщепляется на два луча, один из которых передается, а другой проходит через устройство .задержки 25 на фотоэлемент 24. Выходной сигнал с последнего подается на один вход фазового детектора 29, выход которого соединен с измерительным прибором 30. Второй вход детектора 29 соединен с выходом смесителя 31, имеющего два входа, соединенных с выходами генераторов 5 и 6.

Переключатель и блок 8 управления работают так, как описано ранее.

Принцип работы передатчика на фиг. 3 соответствует принципу работы передатчика на фиг. 1, но имеет различие в измерении разности фаз при отсутствии идеального баланса между источниками 1 и 3. Та1кая .разбалансировка возникает, например, в том случае, если задержки в усилителях 23 и 27 не совсем одинаковые для указанных двух частот модуляции. Если эту разбалансировку не ликвидировать, она вызывает разность фаз в сигналах уже при их выходе из передатчика. Эту разность фаз можно измерить с помощью приемника, помещенного непосредственно в точке передачи. Такой приемник будет показывать значение, соответствующее исходной разности фаз.

Блоки 24, 28, 29, 30 и создают дополнительный приемник, встроенный в передатчик. Фотоэлемент 24 работает как фотоумножитель 9, гетеродинируя два цветных сигнала, подаваемых на него, и дает на выходе сигнал с частотой 1 кгц. Эталонное колебание фазовый детектор 29 получает от смесителя 31.

Предмет изобретения

Способ определения среднего коэффициента прелоМления путем измерения разности фаз модулированных по амплитуде световых потоков двух различных цветов, прощедших по одному и тому же пути в исследуемой среде, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, световые потоки двух различных цветов попеременно модулируют двумя различными частотами и разность фаз измеряют для калчдой пары частот модуляции.