Светодальномер

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Козлов Владимир Леонидович Кузьмин Константин Геннадьевич Чубаров Сергей Ильич(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Светодальномер, включающий последовательно соединенные задающий генератор,первый усилитель и лазер, зеркало с возможностью направления излучения лазера на измеряемую дистанцию и на контрольную оптическую линию задержки, оптически связанную с фотоприемником, последовательно соединенным со вторым усилителем, первым входом смесителя и фазоизмерительным устройством, а также гетеродин, соединенный со вторым входом смесителя и с задающим генератором, отличающийся тем, что содержит оптический аттенюатор с возможностью приема излучения лазера, прошедшего измеряемую дистанцию, оптически связанный с фотоприемником, а также блок вычисления и индикации, соединенный с фазоизмерительным устройством. 6490 1 Изобретение относится к области оптической дальнометрии и может использоваться в геодезии, строительстве и монтаже крупных инженерных сооружений. Известен дальномер 1, содержащий генератор, усилитель, излучатель, приемник излучения, фазоизмерительное устройство. Недостатком этого устройства является низкая точность измерений, обусловленная сигналом помехи из передающего в приемный канал. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является светодальномер 2, содержащий задающий генератор, усилитель, лазер, контрольную оптическую линию, фотоприемник, гетеродин, смеситель, фазоизмерительное устройство, а также блок фазового сдвига и ослабления сигнала задающего генератора. Частичная компенсация наводки из передающего в приемный канал осуществляется путем подачи ослабленного и сдвинутого по фазе сигнала задающего генератора в смеситель приемного канала. Недостатком этого устройства является невысокая точность измерений. Задача изобретения - повышение точности измерений путем учета и исключения влияния наводок из передающего в приемный канал. Решение поставленной задачи позволит использовать предлагаемое изобретение при монтаже крупных инженерных сооружений, при измерении уровня жидкости в сосудах большого объема и для решения других задач, где требуется точность измерения дальности не хуже 1 мм. Поставленная задача решается путем того, что в устройство 2, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, усилитель, лазер и оптически связанные зеркало, контрольную оптическую линию, фотоприемник, соединенный последовательно с усилителем, смесителем, фазоизмерительным устройством, блоком вычисления и индикации, а также гетеродин, соединенный с другим входом смесителя и с задающим генератором вводится оптический аттенюатор, оптически связанный с фотоприемником. Функциональная схема устройства представлена на фигуре. Устройство содержит задающий генератор 1, усилитель 2, лазер 3, зеркало 4, контрольную оптическую линию 5, фотоприемник 6, усилитель 7, смеситель 8, гетеродин 9,фазоизмерительное устройство 10, блок вычисления и индикации 11, оптический аттенюатор 12. Устройство работает следующим образом. Принцип измерения основан на известном фазовом способе измерения дальности, в котором фаза оптического сигнала, прошедшего измеряемое расстояние, сравнивается с фазой сигнала, прошедшего контрольную (известную) линию задержки. Сигнал с выхода генератора 1, где 2 - круговая частота, через усилитель 2 модулирует излучение лазера 3. Зеркало 4 направляет излучение лазера или через контрольную линию 5, или на измеряемую дистанцию. Оптический сигнал, пришедший с дистанции(-), где- задержка фазы модулирующего сигнала на дистанции, соответствующая оптической задержке , попадает на фотоприемник 6, усиливается усилителем 7 и преобразуется в смесителе 8 с помощью гетеродина 9 в низкочастотный сигнал. Для обеспечения высокой точности измерения фазы на низкой частоте используется известная связь гетеродина 9 и задающего генератора 1, обеспечивающая автоматическую подстройку частоты гетеродина и генератора 1. В фазоизмерительном устройстве 10 определяется разность фаз дистанционного сигнала и сигнала, прошедшего контрольную оптическую линию 5. При этом полагается, что задержка в линии 5 соответствует нулевой дальности. Измеряемое расстояние будет равно где с - скорость света,- разность задержек фазы модулирующего сигнала на дистанции и в линии 5,- частота модуляции. В большинстве современных фазовых лазерных дальномеров в качестве источников излучения используются полупроводниковые лазеры. Для обеспечения высокой оптической выходной мощности таким лазерам требуются токи накачки в единицы ампер. Модулирующие частоты равняются единицам - десяткам МГц. При таких высоких частотах 2 6490 1 модуляции и сильных токах накачки лазера, даже используя хорошее экранирование, не удается полностью исключить наводки передающего канала на приемный. Для обеспечения высокой точности измерений 10-4-10-5 необходимо учитывать и устранять влияние наводок на результат измерения дальности. Таким образом, как следует из вышесказанного, сигнал на выходе фотоприемного устройства 6 будет представлять собой сумму двух сигналов - сигнала наводки и дистанционного сигнала. Информация о дальности до объекта содержится в фазе дистанционного сигнала . Используя формулу для синуса разности, дистанционный сигнал представим в виде,тогда сигнал на выходе фотоприемника 6 можно записать В нашем случае,. Таким образом, сигнал на выходе фотоприемника 6 можно представить в виде или перейдя отк В процессе измерения дальности фазоизмерительное устройство 10 измеряет фазу суммарного сигнала(дистанционный сигналнаводка), которая связана с фазой дистанционного сигналасоотношением (2) и отличается от фазы дистанционного сигнала тем больше, чем меньше отношение сигнал/наводка. Для учета и устранения влияния наводки на результат измерений дальности в устройство вводится оптический аттенюатор 12, имеющий два калиброванных значения коэффициента ослабления оптического сигнала, пришедшего с дистанции. Первое значение коэффициента ослабления равно единице (сигнал не ослабляется), второе значение находится в пределах 210. Фазоизмерительное устройство 10 производит измерение фазы дистанционного сигнала (дальности) при двух разных амплитудах сигналаи(, где- коэффициент ослабления аттенюатора 12). Так как амплитуды сигналов разные, то будут получены два различных значения фазы суммарного сигнала (дистанционного и наводки)и . Используя соотношение (2), получаем следующие выражения дляи Разделив одно выражение на другое, получаем Выражение (3) представляет собой расчетную формулу для определения истинного значения задержки фазымодулирующего сигнала на дистанции по результатам двух измерений фазы суммарного сигнала (дистанционныйнаводка)ипри различных амплитудах сигналаи(А). Блок вычисления и индикации 11 по формуле (3) определяет истинную задержку излучения на дистанциии, соответственно, определяет дальность до объекта по формуле (1), при этом исключается влияние наводки на результат измерения дальности. Таким образом, введение в известное устройство оптического аттенюатора и использование соответствующего алгоритма обработки результатов измерения фазы, позволило исключить влияние наводок из передающего в приемный канал на результат измерения дальности. При этом будет осуществляться компенсация наводки при изменении ее амплитуды и фазы в процессе измерений, а также устройство осуществляет компенсацию минимальных наводок, значительно меньших, чем порог регистрации полезного сигнала. Использованные источники 1. А.с СССР 400224, МПК 01 С 3/08, 1976 // Бюл.39. 2. А.с СССР 834396, МПК С 3/08, 1984 // Бюл.20. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.