Двухволновой рециркуляционный дальномер

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Двухволновой рециркуляционный дальномер, содержащий последовательно соединенные блок запуска, усилитель мощности, дисперсионную линию задержки, а также последовательно соединенные приемник излучения, усилитель, согласованный фильтр, выход которого соединен с вычислительным блоком и вторым входом усилителя мощности, отличающийся тем, что в него введены двухволновой полупроводниковый лазер, оптически связанный через измеряемую дистанцию с приемником излучения, и блок управления двухволновым лазером, соединенный с двухволновым лазером, при этом управляющий вход блока управления соединен с вычислительным блоком, а вход модуляции - с дисперсионной линией задержки. Полезная модель относится к области оптической дальнометрии и может использоваться в геодезии, строительстве и монтаже крупных инженерных сооружений. Известен светодальномер 1, содержащий блок запуска, лазерный излучатель, приемник излучения, усилитель, линию задержки, вычислительный блок. Недостатком дальномера является ограниченная точность измерений, обусловленная нестабильностью электрической задержки и невысоким отношением сигнал/шум. 87952012.12.30 Наиболее близким к предлагаемому изобретению является рециркуляционный дальномер 2, содержащий последовательно соединенные блок запуска, усилитель мощности,дисперсионную линию задержки, лазерный излучатель и последовательно соединенные приемник излучения, усилитель, согласованный фильтр и вычислительный блок, при этом выход согласованного фильтра соединен также со вторым входом усилителя мощности. Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерений, обусловленная невозможностью учитывать зависимость скорости распространения излучения на дистанции от температуры, давления и т.п. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности измерения расстояний. Поставленная задача решается путем того, что в рециркуляционный дальномер, содержащий последовательно соединенные блок запуска, усилитель мощности, дисперсионную линию задержки, а также последовательно соединенные приемник излучения, усилитель,согласованный фильтр, выход которого соединен с вычислительным блоком и вторым входом усилителя мощности, введены двухволновой полупроводниковый лазер, оптически связанный через измеряемую дистанцию с приемником излучения, и блок управления двухволновым лазером, соединенный с двухволновым лазером, при этом управляющий вход блока управления соединен с вычислительным блоком, а вход модуляции - с дисперсионной линией задержки. Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это повышение точности измерения расстояний, обусловленное тем, что, благодаря использованию в качестве источника излучения двухволнового лазера, обеспечивается возможность производить измерения дальности на двух различных оптических длинах волн, что позволяет учесть значение скорости распространения излучения на трассе при вычислении дальности. Сущность полезной модели поясняется с помощью фигуры, на которой представлена функциональная схема дальномера на синхродетекторе. Устройство содержит блок запуска 1, усилитель мощности 2, дисперсионную линию задержки 3, блок управления двухволновым лазером 4, двухволновой полупроводниковый лазер 5, приемник излучения 6,усилитель 7, согласованный фильтр 8, вычислительный блок 9. В качестве излучателя дальномера использован двухволновой полупроводниковый лазер 3. Переключение длины волны генерации с 1 на 2 происходит при изменении тока инжекции с 1 на 2. Дальномер работает следующим образом. Для запуска режима рециркуляции блок запуска 1 формирует короткий импульс, аналогичный сжатому импульсу на выходе согласованного фильтра, который через усилитель мощности 2 возбуждает дисперсионную линию задержки 3. На выходе дисперсионной линии задержки будет сформирован линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) сигнал, который описывается функцией 0(02/2), 0,где 0 - амплитуда,- длительность ЛЧМ-импульса,- девиация частоты, 0 - начальная частота ЛЧМ-импульса,2/ - скорость перестройки частоты. Блок управления двухволновым лазером запускает лазер 5 на длине волны 1. Излучение двухволнового лазера модулируется по интенсивности сигналом (1), посылается на дистанцию, отражается от измеряемого объекта, регистрируется фотоприемником 6 с задержкой во времени, равной 1 усиливается усилителем с АРУ 7 и попадает в согласованный фильтр 8. Импульсная характеристика согласованного фильтра представляет собой обращенную во времени функциюобрабатываемого сигнала 2(02 / 2), На выходе согласованного фильтра сформируется сигнал вида 2представляющий собой сжатый ЛЧМ-импульс. Как видно из выражения (3), временное положение отклика на выходе согласованного фильтра определяется временем оптической задержки 1 излучения на дистанции при постоянной электрической задержкев электронных блоках устройства и согласованных фильтрах. С выхода согласованного фильтра 8 сжатый ЛЧМ-импульс (3) через усилитель мощности 2 запускает дисперсионную линию задержки 3, и на ее выходе будет вновь сформирован ЛЧМ-сигнал, который описывается функцией (1). Таким образом, в системе устанавливается режим рециркуляции ЛЧМ-импульса, период которой определяется временем оптической задержки 1 излучения на дистанции при постоянной электрической задержкев электронных блоках устройства и согласованных фильтрах. Так как частоту следования импульсов можно измерить более просто и с большей точностью, чем короткий временной интервал, то значение 1 определяется по величине частоты рециркуляции 1 на длине волны 1. Формула для расчета дальности при работе лазера на длине волны 1 имеет вид где- скорость света в вакууме, 1 - показатель преломления воздуха на длине волны 1. Затем по сигналу с вычислительного блока двухволновой лазер переходит в режим генерации излучения на длине волны 2. Дальность, измеренная при работе лазера на длине волны 2, определяется аналогично где 2 - показатель преломления воздуха на длине волны 2, 2 - частота рециркуляции на длине волны 2. Так как скорость распространения излучения в воздухе зависит от длины волны, причем 21, то задержка на дистанции излучения на длине волны 2 будет больше, чем на 1. Разность оптических задержек составляет 1 2 1 где 121 - разность показателей преломления на длинах волн 2 и 1 в условиях измерений. Можно показать, что если заданы две длины волны излучения 1 и 2, то обратная относительная дисперсия воздуха, равная отношению (11)/(21), оказывается постоянной независимо от условий окружающей среды 1101,(8) 10 где 0 - показатель преломления воздуха на длине волны 1 при стандартной температуре,0 - разность показателей преломления на длинах волн 2 и 1 при стандартной температуре. Для удобства используем значения 0 и 0 при стандартных условиях окружающей среды 0 С и 760 мм рт.ст. Эти значения можно найти из справочных данных. Тогда на основании соотношений (6-8) получаем окончательную формулу для расчета дальности Из формулы (9) следует, что по разности периодов рециркуляции на различных длинах волны в системе учитываются дисперсионные свойства атмосферы в зависимости от температуры, давления и т.п. Таким образом, использование в качестве источника излучения двухволнового лазера дает возможность определить разность оптических задержек излучения на дистанции на двух различных длинах волн, что позволяет получить информацию о скорости распространения излучения на трассе и учесть ее значение при вычислении дальности. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4