Устройство для измерения расстояний Советский патент 1982 года по МПК G01C3/00 G01C3/08 G01S17/32 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ

1

Изобрегение огносится к геодезическим средствам для измерения расс1ч яний, находящих применение,в часгносги, в маркшейдерском деле и при строигельсгве крупных инженерных сооружений.

По основному авг, св. N 87О919 известао устройство дпя измерения расстояний, содержащее генератор масштабных частот, электронный ключ, излучатель, коммутатор измерительного к опорного каналов, фотопрнемншс я цифровой фазометр,.в котором генератор счетных импульсов подключен через кшоч к триггеру, соединенному по со схетлами совпадения. Входы скем совпадения соединены с усилителал-формирователйл и генератором управлякяшх импульсов, дополнителыаый выход которого подключен к управляклцему входу электронного ключа 1.

Указанное устройство позволяет изме;рять расстояние с высокой точностью только до специального отражателя, выполйенного например, в виде тршшельпризмы. Для измерения расстояний до 1диффузно-отражакшей пов хности без замегаого снижения точности требуется резкое увеличение мошност излучаемых импульсов,.со1фовождактееся, однако, значительным уменьшением длительности посылаемых на дистанцию импульсов модулированного света. Однако при коротких световых имигульсах в известном устройстве невозможно производить из10мерение фаз, так как в этом случае иа выходе одноканального пифрового фазометра будет подаваться вместо пакетов низкочастотного колебания только часть пфиода этог колебания.

15

Цель изобретения - обеспечение изм& рения расстояний до диффузво-огражающих поверхностей.

Лоставленная цель достигается тем, что между фотоприемником и усилителем20формирователем пифрового фазометра включены кольцевая схема фазовой автоподстройки частоты с перестрриваемым генератором, фазовый детектор которой . 367 соедииен .с фогоприемником, а блок слежения за фазой на выходе дегекгора - с генератором управляющих импульсов, и смесигель, входы которого соединены с гетеродином и перестраиваемым генератором, а выход с усилителем-формирователем. Такое включение позволяет получить на входе цифрового фазометра непрерывные пркеты низкой частоты независимо or длительности световых импульсов. На фиг. I показана блок-схема пред лагаемого устройства; на фиг, 2 - эгпоры напряжений, поясняющие работу схемы. Устройство содержит генератор I мае штабных частот, электронный ключ 2, из лучатель 3, отражатель 4, расщепитель 5, фотоприемннк 6, коммутатор 7 измери тельного и контрольного каналов, гете{Ьодин 8, устройство 9 запоминания фазы содержащее фазовый детектор 10, подстраиваемый генератор 11, блок 12 сле жения, фильтр 13 низких частот и управляющий элемент 14, смеситель 15, а также цифровой фазомегр 16, содержащкй усилитель-формирователь 17, схемы 18 и 19 совпадения, генератор 2О управляющих импульсов, триггер 21, ключ 22, генератор 23 счетных импульсов, счетчик 24 импульсов и цифровой индика тор 25. Генератор масштабных частот , ваёт высокочастотное колебание fj , которое поступает на элег хронньШ ключ 2, Электронный ключ отпирается импульсам и,, с частотой повторения , поступающими с генератора 20, который расположен в фазометре 16, С выхода ключа ра диоимпульсы U2 с частотой заполнения дд подаются на излучатель 3 кг модулиру ют его излучение. Длительность импульсов во много раз меньше периода коммутации I/Q , Модулированные световые импульсы поступают на расщепитель 5 и через него на отражающую поверхность 4, до которой необходимо измерить расстояние. Отраженный сигнал направляется на фотоприемник 6 через оптический коммутатор 7, Через тот же коммутатор на фотоприемник подается контрольный сигнал от расщепителя 5. Таким образом, на фотоприемник поочередно с низкой частотой$2/2 пропускаются измерительный uj и контрольный (Jn сигналы. Подача напряжения U для срабатывания оптического коммутатора осуществляется от генератора 20 управляющих импульсов, С гетеродина 8 на фотоприемннк 6 подается на/тряжение 64 первой гетеродинной частоты f . В результате преобразования на выходе фотопркемника выделяются импульсы U и и с промежуточной частотой заполнения i f|.-f, несущие измерительную и кон- . трольную фазы масштабного колебания. Эти радиоимпульсы с выхода фотоприемника поступают на вход устройства 9 запоминания фазы, на выходе которого вместо коротких радиоимпульсов выделяются непрерывные пакеты колебаний. Причем начало первому пакету напряжения и, задается радиоимпульсом U, начало второму пакету задается радиоимпульсом UJf, фаза колебаний промежуточной частоты в пакетах остается той жeJ что и в соответствующих радиоимпульсах. Устройство запоминания фазы представляет собой кольцевую схему фазовой автоподстройки частоты и работает следующим образом. На фазовый детектор Ю поступают два сигнала: один непрерывный от подстраиваемого генератора II, другой в виде радиоимпульсов от фотоприемника 6, ЕСЛИ эти два сигнала близки по частоте, го схема работает в режиме биений, В этом случае сигналбиений, подаваемый на управляющий элемент 14, раскачивает по частоте колебание генератора 11, Если частота генератора достаточно близка к промежуточной частоте л f го ввиду возрастания амплитуды биений она может оказаться равной Л , В этот момент происходит захват частоты подстраиваемого генератора 11 частотой и схема переходит в режим синхронизации, В этом режиме выделяется сигнал ошибки, амплитуда и пол$фность которого зависит от разности фаз сигналов, подаваемых на фазовый детектор 10, Регулировкой частоты подстраиваемого генератора 11достигается момент, когда сигнал ошибки равен нулю, что соответствует начальной разности фаз, равной 9О°,. Сигнал ошибки на выходе детектора Ю будет иметь форму прямоугольных импулЬг сов, длительность которых равна длительности радиоимпульсов. На фиг, 2 импульсы (Jc соответствуют разности фаз, раиной нулю, импульсы Uj соответствуют разности фаз, равной 18О°, Для того, чтобы обеспечить непрерывное слежение за фазой входного сигнала, перед фильтром 13 низких частот установлен блок 12слежения. На выходе этого блока будет иметь место уже постоянное управляющее напряжение, величина которого с В1 1сокой гочносгью равна амплитуде импульса оии1бю1. На фиг. 2 эго напряжение показано пунктирной линией, соединяющей вершины импульсов U я Ur . После фильтрации в фильтре 13 управляюшее напряжение подается на управляющий элемент 14, который подстраивает генератор II. Кольцевая схема кроме функций устройства запоминания фазы выполняет роль селективного фильтра, освобождакицего входной сигнал от помех.

Пакеты напряжений с частотой заполнения д f и фазами измерительного и контрольного сигналов с выхода подстраиваемого генератора , 11 подаются на вход смесителя 15, на второй вход которого с выхода гетеродина подается вторая гетеродинная частота f 2 . Второе преобразование масштабной частоты необходим для получения пакетов U с низкой частотой заполнения , на которой производится высокочастотное измерение разности фаз цифровым фазометром. В связи с различной длиной оптического пути прохождения измерительного я контрольного сигналов пакеты U J и U сдвинуты по фазе для моментов перехода через нуль мгновенных значений сравниваемых колебаний на величину

, где УХ - искомая разность фаз, m - целое число фазовых циклов.

Пакеты сигналов поступают н цифровой фазометр 16, ва входе которог имеется усилитель-формирователь 17.

Дальнейшее измерение разности фаз и отображение результатов измерений в

дискретной цифровой форме происходит известным образом.

Предлагаемое устройство позволяет вьшолнять измерение расстояний без специальных отражателей, например при съемке нарезных и очистных вьфаботок с достаточной точностью. В случае использования отражателей более мошньпс, но коротких импульсов, становится возможно значительное расширение дальности действия устройства.

Формула изобретения

Устройство для измерения расстояний по авт. св. № 87О919, отличаюш е е с я тем, что, с целью обеспечения измерешя расстояний до диффузно-«тражаюших поверхностей, между фотоприемвиком и усилителем-формирователем цифрового фазометра включены кольцевая схема фазовой автоподстройки частоты с перестраиваемым генератором, фазовый детектор которой соединен с фотоприемяиком, а блок слежения за фазой на выходе детектора - с генератором управляющих импульсов, и смеситель, вход которого соединены с гетеродином и оерестраиваемым генератором, а выход с усилителем-формирователем.

Источники Ш1|юрмации, принятые во внимание при акспергозе

I, Авторское свидетельство СССР № 87О919, кл. Gi О1 С 3/О8, t98O.

а,

п

/

/

О,

п

у г

/