Светодальномер Советский патент 1983 года по МПК G01C3/08 G01S17/32 

Изобретение относятся к геодезическим измерениям, а конкретнее к светодальномерам для измерения расстояний при геодезических и маркшейдерских работах.

Известны светодальномеры с плавным изменением частоты модуляции излучаемого светового потока, в которых расстояние определяется по разности фаз сигнала, прошедшего измеряемую дистанцию, и опорного сигнала ij.

Однако представление результата измерений в цифровой форме в таких дальномерах требует серьезного усложнения схемы.

Известен светодгшьномер, при помо1Ф1 которого решается задача представления результата измерений расстояния в цифровой форме, который содержит генератор с плавно перестраиваемой частотой .,

Однако в нем определяются два ближайших значения частоты генератора, при которых фазы измерительиого к опорного сигналов равны. Наличие дополнительного генератора, обеспечивающего запеяшнание одной из частот, при которой фазы равны, оказывает заметное влияние на точность. Не исключена в зтом дальномере и ручная перестройка частоты зтого дополнительного генератора.

Известен светодальномер с цифровым выходом, содержащий опорный генератор стабильной частоты и перестраиваемый по частоте генератор, подключенный к модулятору излучателя светового потока и фотоприемнику,

10 воспринимающему отраженный, световой поток и подключенному к фазовому детектору L J.

Но.в этом дальномере цифровая индикация определяемого расстояния основана на преобразовании измеряемой разности фаз, что не позволяет использовать преимущества извесхкогЬ принципа измерения разности частот

Цель изобретения состоит в том

20 чтоОа в дальномере со сравнительно . простым схемные построением обеспе-. чить непосредственное представление в цифровой форме результатов измере ния расстояний как функции разнос- , 25 ти частот опорного и перестраиваемо го генератора.

Для достижения указанной цели опорный генератор так же, как и пере- страиваемый генератор, подключен

30 к модулятору через электронный neper ключатель и .смеситель, к второму вх ду которого подключен вспомогатель ный генератор, соединениый с фазовым детектором через регулируемый фазовргццатель/ а дополнительно вве денный генератор коммутационных сигналов, управляющий электронным переключателем опорного и перестраиваемого генераторов, соединен с вторым электронным переключателем, через который фазовый детектор связан с интег эаторами соответственно в цепях перестройки частоты и управления фазовращателем. На чертеже приведена блок-схема устройства, Светодальномер содержит генератор 1 стабильнбй частоты и генератор 2 перестраиваемой частоты, ко торые посредством электронного пере ключателя 3 поочередно подключаются через смеситель 4 к модулятору 5 из лучателя б. Выходам вспомогательного генератора 7 подключены к второму входу п образователя частоты и к перестраив мому фазовращателю 8. Выход фотопри емника 9 через усилитель 10 подключен к фазовому детектору 11, второй вход которого соединен с выходом фазовращателя 8. Выход фазового детектора 11 соединен с входом электронного переключателя 12, один из выходов которого соединен через интегратор 13 сигналов с реактивным элементом генератора 2, а второй через интегратор 14 сигналов с реактивным элементом фазовращателя 8 Генератор 15 коммутационных импульсов подключен к управляющим входам электронных переключателей 3 и 12. Сигналами от генератора 15,, поступающими синхрО1 но на коммутацио ные входы электронных переключател 3 и 12, попеременно коммутируются выходы генераторов 2 и 1 на смеситель 4, а выходы интеграторов 13 и 14 - к генератору 2 перестраиваемой частоты и к фазовращателю 8 соответственно. В первый период , кокмутации переключателей 3 и 12 выход генератора 1 подключен к сме сителю 4 и к входу внешней модуляции фотоприемника 9, а выход фазово го детектора 11 через интегратор 14 - к фазовращателю 8. При этом «а входах фазового детектора 11 по являются сигналы от вспомогательно генератора 7, поступающие через фазовращатель 8 и через усилитель 10 сигналы от фотоприемника 9, полученные как разность опорной част ты генератора 1 и сигналов, пришедогах с дистанции. С известной ст пенью точности можно считать, что частоты генераторов 1 и 7 и параметры измеряемой линии в период цикла измерений стабильны. В общем случае при включении схемы на вы- I ходе фазового детектора 11 появляется сигнал рассогласования, вызванный имеющимся фазовым сдвигом между указанными сигналами, посту пившими на его входы. Сигнал с выхода фазового детектора 11 поступает через электронный переключатель 12 на интегратор 14 сигналов, и, воздействуя на реактивный элемент фазовращателя 8, изменяет фазу сигнала, поступающего от генератора 7 на фазовый детектор 11. На выходе последнего напряжение становится равным нулю. Время сохранения уровня сигнала на интеграторе выбирается достаточно большим - таким, чтобы за время второго периода измерения он не изменялся более, чем на 0,1%. Таким образом, фор1 шруется опорный сигнал на первой измеряемой частоте fjj . Во второй период кокмутации электронных переключателей 3 и 12, устанавливаемый сигналом от генератора 15, на дистанцию посылается сигнал с частотой f.. На выходе фазового детектора 11 снова появляется сигнал рассогласования за счет сдвига фаз сигналов, поступивших на его входам от генератора 7 и от фотоприемника 9. При 3tOM сдвиг фазы сигнала, подаваемого от генератора 7 через фазовращатель 8, такой же, как у сигнала в первый период измерения. Сигнал рассогласования от фазового детектора 11 через электронный переключатель 12 и интегратор 13. сигналов поступает на реактивный элемент гене™ ратора 2, изменяет его частоту до величины, при которой сигнал рассогласования на выходе фазового детектора 11 становится равным нулю. Постоянная времени интегратора сигналов выбирается достаточно большой, ае оптимальное значение определяется требуемой точностью измерения светодальномера. Генератор 15 коммутирует электронные переключатели 3 и 12 с большой скоростью (100-400 Гц), в результате чего фаза фазовращателя 8 и частота генератора 2 остгиотся почти постоянными и их нестабильность, как показали испытания макета светодаль номера, дают не более половины овщей погрешности измерений светодальноме-, ра. , , Выходы генераторов 1 и 2 подключены к преобразователю 16 частоты, выход которого связан с счетно-логической электронной схемой 17, в которой производится вычисление измеряемого расстояния как функции разности частот генераторов 1 и 2 по известной формуле L 2(i,-fj)

К счетно-логической схеме 17 подкяючено цифровое табло 18, на кбтором высвечиваются показания о измеряемом расстоянии.

Предлагаемая схема была опробовай на макете. При его испытаниях была получена погрешность измерений

(0,5 20000 Измерения проиэвофшись на линии от 10 до 100 м, измеренной с площадью крмпарированно1| 50-ти метровой рулетки.

Введение в схему светодальномера интеграторов сигналов, подключенныхк фазовращателю и перестраиваемому генератору, сохранякицих уровни сиг-: налов в интервсшах ,коммутгихии, позволяет получить относительно простую и надежную в эксплуатации схему светодгшьномера для измерения небольших расстояний при маркшейдерских, геодезических и других работах. Формула изобретения Светодальномер с цифровым выходом, содержащий опорный генератор стабильной частоты и перестраиваемый по частоте генератор, подключенный к модулятору излучателя све тового потока и фотоприемнику, вос приним иощ0«у отраженный световой

поток и подключенному к фазовому де тектору, отличающийся тем, что, с целью непосредственного, представления в цифровой форме результатов измерений как функции разностн частот опорного и перестраиваемого генератора, опорный генератор так же, как и перестраиваемый генератор,подключен к модулятору через электронный переключатель и смеситель к второму входу которого подключен Bcrloлюгательный генератор, соединенный с фазовым детектором через регу- лируемый фазо;рращатель, а дополнительно введенный генератор коммутгщйонных сигналов, управляюпщй электронным переключателем опорного и перестраиваемого генераторов, соединен также с вторым электронным переключателем, через который фазовый детектор соединен с интеграторг№Вд соответственно в цепях перестройки частоты и управления фазовращателем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Гауф М, Электронные теодолиты и тахеометры. М., Недра, 1978, 127-131. 2.Лобачев В.М. РадиоэлектронМ., Недра ная геодезия. 124-141. 3. Патент ОНА 4146328, кл.356-5, 979.