Лазерний віддалемір

Лазерный дальномер, содержащий оптически сопряженные лазерный излучатель, внешний оптический отражатель и фотоэлектрический преоб разователь частот, генератор масштабных частот, связанный выходом с лазерным излучателем и смесителем, генератор гетеродинных частот, связанный выходом с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем, а также связанное с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем фазоизмерительное устройство, отличающийся тем, что в него введен коммутатор электрических сигналов, связанный первым входом с выходом генератора масштабных частот и вторым входом с выходом генератора гетеродинных частот, а также первым выходом связанный с лазерным излучателем и смесителем, а вторым выходом с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем Изобретение относится к области дальнометрии, а именно, к лазерным дальномерам и может быть использовано, в частности, для измерения расстояний при выполнении различных геодезических работ, для измерения размеров крупных деталей и конструкций в машиностроении, для измерения смещений и деформаций при строительстве и эксплуатации различных инженерных сооружений и т д Известен лазерный дальномер, содержащий лазер, генератор масштабной частоты, генератор гетеродинной частоты, фотоприемник, смеситель, оптическую короткозамыкающую линию и фазоизмерительное устройство [1] Недостатком указанного дальномера является недостаточная точность и стабильность измерений Наиболее близким техническим решением из известных является лазерный дальномер, содержащий оптически сопряженные лазерный излучатель, внешний оптический отражатель, оптическую короткозамыкающую линию и фотоэлектрический преобразователь частот, генератор масштабных частот, связанный выходом с лазерным излучателем и смесителем, генератор гетеродинных частот, связанный выходом с фотоэлектриче ским преобразователем частот и смесителем, а также связанное с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем фазоизмерительное устройство [2] Недостатком данного лазерного дальномерапрототипа является недостаточная точность измерения расстояний за счет паразитных фазовых сдвигов информационного сигнала, происходящих во внутренних цепях дальномера, а также большое время единичного измерения расстояния за счет входящих в него времени включения оптической короткозамыкающей линии и времени измерения ее длины Действительно, процесс единичного измерения расстояния дальномером-прототипом состоит из двух этапов - измерения расстояния и измерения длины оптической короткозамыкающей линии При вычитании этих результатов паразитные фазовые сдвиги информационного сигнала во внутренних цепях дальномера частично компенсируются Однако, компенсация происходит недостаточная Это объясняется неидентичностью параметров оптического сигнала, прошедшего оптическую короткозамыкающую линию и оптического сигнала, прошедшего измеряемое расстояние При прохождении измеряемого расстояния сред О о 00 ^00 ю 58480 нее значение оптического сигнала может ослабляться в 10 100 раз и, кроме того, возникают сильные флуктуации его интенсивности Это вызывает необходимость изменения усиления информационного канала дальномера по отношению к его усилению при измерении длины оптической линии задержки и, как следствие, изменение его фазовых характеристик Кроме этого, неидентичность оптических характеристик канала дальности и канала оптической короткозамыкающей линии дальномера приводит к использованию в них неодинаковых по характеристикам участков пучка лазерного излучения и, как следствие, появлению дополнительных паразитных фазовых сдвигов информационного сигнала В основу лазерного дальномера поставлена задача повышения точности измерения расстояний, сокращение времени проведения единичного измерения и упрощение конструкции лазерного дальномера Поставленная задача решается тем, что в лазерный дальномер, содержащий оптически сопряженные лазерный излучатель, внешний оптический отражатель и фотоэлектрический преобразователь частот, генератор масштабных частот, связанный выходом с лазерным излучателем и смесителем, генератор гетеродинных частот, связанный первым выходом с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем, а также связанное с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем фазоизмерительное устройство, введен коммутатор электрических сигналов, связанный первым входом с выходом генератора масштабных частот и вторым входом с выходом генератора гетеродинных частот, а первым выходом связанный с лазерным излучателем и смесителем, а вторым выходом с фотоэлектрическим преобразователем частот и смесителем На фиг изображена структурная схема заявленного лазерного дальномера, в состав которого входят генератор масштабных частот 1, генератор гетеродинных частот 2, коммутатор электрических сигналов 3, лазерный излучатель 4, внешний оптический отражатель 5, фотоэлектрический преобразователь частот 6, смеситель 7 и фазоизмерительное устройство 8 Генератор масштабных частот 1 и генератор гетеродинных частот 2, например, кварцевые генераторы с частотами fM=14,9855МГц и 1т=14,984МГц своими выходами подключены к коммутатору электрических сигналов 3 Коммутатор электрических сигналов 3, например микросхема типа 1533 КП12 своими выходами подключен к лазерному излучателю 4, например, типа ИЛПН-232 и фотоэлектрическому преобразователю частот 6, например, типа ФЗУ-112, а также к смесителю 7 Управляющей вход коммутатора электрических сигналов 3 подключен к фазоизмерительному устройству 8 Лазерный излучатель 4 своим выходом оптически связан с внешним оптическим отражателем 5, установленным на удаленном конце измеряемого расстояния, например, триппельпризма и оптическим входом фотоэлектрического преобразователя частот 6 Выходы фотоэлектрического преобразователя частот 6 и смесителя 7 подключены к фазоизмерительному устройству 8 Смеситель 7 представляет собой преобразователь частот электрических сигналов, выделяющий сигнал разностной частоты Фазометр 8 представляет собой электронный цифровой фазометр с устройством выработки управляющего сигнала при окончании измерения фазы Заявленный лазерный дальномер работает следующим образом Процесс проведения единичного измерения расстояния, также как и в дальномере-прототипе состоит из двух этапов Первый этап измерения аналогичен первому этапу измерения дальномером-прототипом При этом лазерный излучатель 4 генерирует оптические импульсы с частотой электрического сигнала, поступающего через коммутатор 3 от генератора масштабных частот 1 Эти оптические импульсы направляются вдоль измеряемого расстояния и, отразившись от установленного на его удаленном конце оптического отражателя 5, поступают на фотоэлектрический преобразователь частот 6 На фотокатод этого же преобразователя 6 через коммутатор 3 электрических сигналов поступает сигнал от генератора гетеродинных частот 2 Эти же электрические сигналы, поступающие на лазерный излучатель 4 и на фотокатод фотоэлектрического преобразователя частот 6 также поступают на смеситель 7 На выходе смесителя 7 и выходе фотоэлектрического преобразователя частот 6 выделяются электрические сигналы с частотой, равной разности частот генератора масштабных частот 1 и генератора гетеродинных частот 2 Разность фаз между этими сигналами несет информацию о величине измеряемого расстояния и определяется фазоизмерительным устройством 8 Фазоизмерительное устройство 8 измеряет суммарный фазовый сдвиг информационных сигналов, происходящий, как за счет прохождения лазерным лучом измеряемого расстояния, так и за счет прохождения сигналов по внутренним цепям дальномера Затем происходит второй этап единичного измерения расстояния, который кардинально отличается от второго этапа измерения дальномером-прототипом Вместо измерения длины оптической короткозамыкающей линии производится повторное измерение расстояния при втором положении переключателя электрических сигналов 3 При этом лазерный излучатель 4 генерирует оптические импульсы уже с частотой электрического сигнала генератора гетеродинных частот 2, поступающих на него через коммутатор З А на фотокатод фотоэлектрического преобразователя частот 6, наоборот, поступает через коммутатор 3 электрический сигнал генератора масштабных частот 1 Остальной процесс измерения расстояния происходит аналогично первому этапу единичного измерения Таким образом, на втором этапе единичного измерения длины генератор гетеродинных частот 2 выполняет функции генератора масштабных частот 1 и, наоборот, генератор масштабных частот 1 выполняет функции генератора гетеродинных частот 2 При этом, частота электрического сигнала, поступающего на фотокатод фотоэлектрического преобразователя частот 6 на первом и втором этапах измерения оказывается ниже, а затем выше частоты следования поступающих на фотокатод фотоэлектриче 58480 ского преобразователя частот 6 оптических импульсов В результате этого, электрический информационный сигнал промежуточной частоты, образующийся в результате преобразования частоты прошедшего измеряемое расстояние оптического сигнала изменяет знак фазы при первом и втором этапах измерения При совместной обработке результатов этих измерений в фазоизмерительном устройстве 8, паразитные фазовые сдвиги информационного сигнала во внутренних цепях дальномера компенсируются Компенсация происходит практически полная, так как при двух этапах измерения оптические сигналы проходят один и тот же оптический канал дальномера и одно и тоже измеряемое расстояние и, поэтому, имеют одинаковые оптические характеристики 0,5сек) Кроме этого, применение коммутатора электрических сигналов 3 для коммутации сигналов генератора масштабной 1 и генератора гетеродинной частот 2 позволяет получить дополнительный измерительный масштаб для исключения неоднозначности фазовых измерений без введения дополнительных частот в генераторах масштабной 1 и гетеродинной 2 частот Этот дополнительный измерительный масштаб образуется в результате суперпозиции измерительных масштабов при первом и втором этапах единичного измерения Кроме этого, отпавшая необходимость использования оптической короткозамыкающей линии позволяет значительно упростить оптическую схему и конструкцию дальномера На основании вышеизложенного можно отметить следующие основные преимущества заявленного лазерного дальномера по отношению к дальномеру-прототипу Литература 1 Костецкая Я М Свето- и радиодальномеры Львов, "Вища школа", 1986, с 110 2 Захаров А И Геодезические приборы (справочник) М , "Недра", 1989, с 191 (прототип) Так как результаты измерений расстояния на первом и втором этапах равноценны, следовательно они и равны по точности и полностью используются при совместной обработке, то при сохранении тех же статистических характеристик результата длительность измерения сокращается примерно в 2 раза Дополнительно к этому, время измерения сокращается на величину, необходимую для переключения в дальномере-прототипе оптической короткозамыкающей линии (примерно Фиг Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна