Электронно-оптический дальномер Советский патент 1980 года по МПК G01C3/06 

I

Изобретение относится к области геодезического приборостроения, в частности к устройствам для измерения расстояний фазовым методом.

Известно устройство, содержащее два основных смесителя, гетеродин, два дополнительных смесителя, суммирующий и вычитающий, задающий, генератор, делитель частоты, компенсирующий фазовращатель и цифровое фазоизмерительное устройство 1. Однако собственные фазовые сдваги, возникающие в последовательно включенных суммирующем и вычитающем смесителях, имеющих различные рабочие частоты, приводят к существенным фазочастотным погрещностям и следовательно к увеличению погрещности измерения расстояний.

Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобратению является устройство для измерения .расстояний, содержащее совмещенную оптическую систему, излучатель, фотоприемник, модулятор, коммутаторы, задающий генератор, фазоизмерительное устройство 2.

Недостатком устройства является малая стабильность промежуточной частоты, что, в свою очередь, приводит к повыщению погрещности измерений расстояний. Измерение фазового сдвига на промежуточной частоте с достаточно высокой точностью требует высокой стабильности промежуточной частоты. При этом допустимое Отклонение промежуточной частоты не должню превыщать I-IO, что требует чрезвычайно высокой стабильности частоты гетеродинного и исследуемого сигналов. Реализация такой высокой стабильности частоты гетеродина связана с определенными техническими трудностями, а нестабильность промежуточной частоты приводит к уменьшению точности измерения расстояний.

Целью изобретения является повышение точности измерения расстояния.

Цель достигается тем, что, в электронно-оптический дальномер, введены делитель частоты, формирователь синусоидального напряжения, частотный дискриминатор, два управляемых гетеродина и два коммутатора, при этом выход задающего генератора соединен с первым выходом первого смесителя, с входом делителя частоты и через первый вход второго коммутатора - с излучателем, первый выход делителя частоты через формирователь синусоидального напряжения соединён с первым входом второго смесителя и через второй вход второго коммутатора - с излучателем, выходы первого и второго гетеродинов соединены со вторыми Входами первого и второго смесителей и через первый и второй входы третьего коммутатора - с модулятором фотоприемника, второй выход делителя частоты и выход фотоприемника соединены с входами частотного дискриминатора, выход которого соединен со входом четвертого коммутатора, причем первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены со входами первого и второго гетеродинов а третий вход цифрового фазоизмерительного устройства подключен к выходу фотоприемника, при этом управляющий выход цифрового фазоизмерительного устройства, подключен к управляющим входам коммутаторов.

На чертеже показан предлагаемый дальномер, содержащий совмещенную оптическую систему 1,излучатель 2, фотоприемннк 3, задающий генератор 4, цифровое фазоизмерительное устройство 5, смесители 6 и 7, делитель частоты 8, формирователь 9 синусоидального напряжения, частотный дискриминатор 10, управляемые гетеродины 11 и 12, коммутаторы 13-16 и призму базисного отражателя 17.

Устройство работает следующим образом.

Разрещение неоднозначности измерения производится известным методом двухшкального отсчета измеряемого расстояния, согласно которому измерение расстояния производится в два цикла: измерение по точной щкале - первый цикл измерений; измерение по грубой щкале - второй цикл измерений.

Первый цикл измерений заключается в следующем, коммутаторы 13, 14, 15 и 16 устанавливают в первое положение. Задающий генератор генерирует сигнал высокой частоты fw , который используется в качестве квантующего сигнала в цифровом фазоизмерительном устройстве 5 и для модуляции светового потока излучателя 2. Модулированный световой поток с помощью оптической системы 1 направляется на отражатель, находящийся на другом конце измеряемой линии. Отраженный световой поток принимается оптической системой 1 и направляется на фотоприемник 3. Сигнал задающего генератора 4 поступает на первый вход усмесителя 6, на второй вход которого поступает сигнал гетеродина 11. Для преобразования отраженного светового потока в электрический сигнал промежуточной частоты на модулятор фотоприемника 3, через первый вход коммутатора 15 поступает сигнал гетеродина 11. Опорный и исследуемый сигналы снимаются с выходов смесителя 6 и фотоприемника 3. Опорный сигнал через первый вход коммутатора 13 поступает на фазоизмерительное устройство 5, на второй вход которого поступает исследуемый сигнал с выхода фотоприемника 3. На входы частотного дискримина7(гра 10 поступают сигналы с выхода делителя частоты 8, с частотой равной f , Ги, - частота задающего генератора; Kg- коэффициент деления частоты делителя 8 по второму выходу и сигнал с выхода фотоприемника 3, с частотой равной fnp - - fr,({if- промежуточная частота; fr - частота гетеродина 11).

Частотный дискриминатор вырабатывает управляющий сигнал, пропорциональной разности частот (fp - fnp), обусловленной нестабильностью частоты гетеродина. Управляющий сигнал через коммутатор 16 поступает на вход гетеродина 11 и подстраивает его частоту. Таким образом, система будет в равновесии при условии, что fr fni - , тогда промежуточная частота равна

и ее стабильность определяются стабильностью задающего генератора.

Измерение разности фаз на промежуточной частоте производится цифровым фазоизмерительным устройством, которое, по

5 окончании измерения по точной щкале, вырабатывает управляющий импульс для переключения коммутаторов во второе положение.

Второй цикл измерений заключается в следующем, сигнал задающего генератора 4 поступает на делитель частоты 8, с первого выхода которого сигнал частоты, соответствующий частоте грубой щкалы измерения, поступает на формирователь 9 синусоидального напряжения, с выхода которого

5 через второй вход коммутатора 14 сигнал поступает на излучатель 2.

fM f lмг к,

(Ki - коэффициент деления делителя частоты 8 по первому выходу). С выхода частотного дискриминатора 10, через второй выход коммутатора 16 управляющий сигнал управляет частотой гетеродина 12, таким образом, что fra f, (fip - частота гетеродина 12), а промежуточная частота равна fn|) . и ее стабильность определяется стабильностью задающего генератора 4. Разность фаз, соответствующая измеряемому расстоянию, измеряется цифровым фазоизмерительным устройством 5. В остальном работа прибора во втором цикле аналогична работе первого цикла. Таким образом, исключается влияние нестабильности частоты гетеродина на результаты измерения, что, в свою очередь, повышает

5 точность измерения расстояния.

Для установки начального отсчета цифрового фазоизмерительного устройства 5 перед измерением расстояния в оптический тракт вводится призма базисного отражателя.

Формула изобретения

Электронно-оптический дальномер, содержащий совмещенную оптическую систему, излучатель, фотоприемиик, цифровое фазоизмерительное устройство, коммутаторы, задающий генератор, выход которого соединен со вторым входом цифрового фазоизмерительного устройства, два смесителя, выходы которых через первый и второй входы одного из коммутаторов соединены с первым входом цифрового фазоизмерительного устройства, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений, в него дополнительно введены делитель частоты, частотный дискриминатор, два управляемых гетеродина, два коммутатора и формироваг тель синусоидального напряжения, при этом выход задающего генератора соединен с первым входом первого смесителя, и входом делителя частоты, а через первый вход второго коммутатора соединен с излучателем, первый выход делителя частоты через формирователь синусоидального напряжения

подключен к первому входу второго смесителя и через второй вход второго коммутатора соединен с излучателем, выходы гетеродинов соединены со вторыми входами смесителей, а через третий коммутатор подключены к модулятору фотоприемника, второй выход делителя частоты и выход фотоприемника соединены со входами частотного дискриминатора, выход которого соединен со входом четвертого коммутатора, причем первый и второй выходы четвертого коммутатора соединены со входами гетеродинов, а третий вход цифрового фазоизмерительного устройства подключен ко входу фотоприемника, при этом управляющий выход цифрового фазоизмерительного устройства подключен к управляющим входам коммутаторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 354361, кл. G 01 R 25/00, 1972

2.Патент Великобритании № 1246224, кл. Н 4 D, 1971.