Оптоволоконно-інтерференційний лінійний базис для контролю точності лазерних віддалемірів

Реферат: Оптоволоконно-інтерференційний лінійний базис для контролю точності лазерних віддалемірів містить послідовно встановлені на стабільній основі: штатне місце для встановлення контрольованого лазерного віддалеміра, рухомий оптичний блок, встановлений з можливістю переміщення вздовж напрямку вимірювання, на якому закріплені два відбивачі і лазерний інтерферометр, при цьому оптична система контрольованого лазерного віддалеміра і перший відбивач утворюють вимірювальний оптичний канал, а оптична система лазерного інтерферометра і другий відбивач - контрольний оптичний канал. До пристрою додано оптоволоконний блок з набором оптичних волокон різної довжини та пристроями вводу-виводу світлового випромінювання контрольованого лазерного віддалеміра в (із) оптичні(их) волокна(он), які встановлені у вимірювальному каналі, при цьому перший пристрій вводувиводу світлового випромінювання направлений в сторону контрольованого лазерного віддалеміра, а другий - в сторону першого відбивача. UA 115192 U (54) ОПТОВОЛОКОННО-ІНТЕРФЕРЕНЦІЙНИЙ ЛАЗЕРНИХ ВІДДАЛЕМІРІВ UA 115192 U UA 115192 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонований пристрій належить до контрольно-вимірювальної техніки, зокрема до пристроїв для контролю точності електронних тахеометрів (ЕТ), лазерних рулеток, інших віддалемірів, принцип дії яких заснований на вимірюванні відстані за допомогою електромагнітних хвиль. На сьогоднішній день основним еталонним засобом для повірки ЕТ є польовий еталонний лінійний базис [1, 2]. Значний досвід показує, що такі базиси є надійним засобом передачі одиниці довжини від еталонів до робочих засобів і практично в повній мірі відповідають сучасним вимогам метрологічного забезпечення ЕТ. Однак існує і ряд недоліків, основними з яких можна назвати складність в організації та підтримці в робочому стані такого базису, його габарити, залежність можливості провидіння повірки і точності вимірювань від погодних умов. У роботах [3-4] наведені описи засобів повірки ЕТ, де як еталонні лінії використовується оптичне волокно - оптоволоконні лінійні базиси. До недоліків таких базисів слід віднести те, що при визначенні еталонних довжин оптоволоконних ліній прецизійним лазерним віддалеміром необхідно точно знати його довжину хвилі, а перед початком повірки ЕТ необхідно визначати значення довжини хвилі кожного приладу і вносити відповідну поправку в кінцевий результат. Крім того показник заломлення кварцового скла при зміні температури оптичного волокна буде варіюватися як внаслідок зміни температури, так і внаслідок деформації, викликаної тепловим розширенням, що також потребуватиме внесення відповідної поправки у виміряні відстані [5]. Як прототип вибрано відносний інтерференційний базис переміщень, що містить послідовно встановлені на стабільній основі: штатне місце для встановлення контрольованого лазерного віддалеміра, рухомий оптичний блок, встановлений з можливістю переміщення вздовж напрямку вимірювання, на якому закріплені два відбивача і лазерний інтерферометр (ЛІ) [6, 7]. Як правило, такі базиси розміщуються в спеціальних лабораторіях, мають довжину 25-50 м (рідко 200 м), яка буде недостатньою для метрологічного забезпечення сучасних ЕТ, що здатні вимірювати відстані 3-5 км на одну призму. Задача корисної моделі є створення лабораторного лінійного базису, який має, з одного боку, компактні розміри і, в той же час, містить еталонні лінії великої довжини, з іншого боку, має високу точність вимірювань, на рівні з відносним інтерференційним базисом переміщень. Поставлена задача вирішується за рахунок створення пристрою для контролю точності лазерних віддалемірів, що містить послідовно встановлені на стабільній основі: штатне місце для встановлення контрольованого лазерного віддалеміра, рухомий оптичний блок, встановлений з можливістю переміщення вздовж напрямку вимірювання, на якому закріплені два відбивачі і лазерний інтерферометр, при цьому оптична система контрольованого лазерного віддалеміра і перший відбивач утворюють вимірювальний оптичний канал, а оптична система лазерного інтерферометра і другий відбивач - контрольний оптичний канал, який відрізняється тим, що до пристрою додано оптоволоконній блок з набором оптичних волокон різної довжини та пристроями вводу-виводу світлового випромінювання контрольованого лазерного віддалеміра в (із) оптичні(их) волокна(он), які встановлені у вимірювальному каналі, при цьому перший пристрій вводу-виводу світлового випромінювання направлений в сторону контрольованого лазерного віддалеміра, а другий - в сторону першого відбивача. Технічним результатом є можливість повірки лазерних віддалемірів на базисі з розширеним діапазоном дожин ліній в лабораторних умовах без необхідності визначення показника заломлення середи розповсюдження сигналу. На фіг. 1 представлено функціональну схему оптоволоконно-інтерференційного лінійного базису для контролю точності лазерних віддалемірів. На схемі відповідними цифрами позначено: 1 - електронний тахеометр; 2.1, 2.2 - пристрої вводу-виводу випромінювання; 3 - відбивач електронного тахеометра; 4 - відбивач лазерного інтерферометра; 5 - лазерний інтерферометр; 6 - каретка; 7 - напрямна; 8, 9 - штатні місця установки електронного тахеометра і лазерного інтерферометра відповідно; 10 - жорстка основа; 11 - оптичне волокно; 12 - котушка з оптичним волокном. Штрих-пунктирні лінії - випромінювання ЕТ і ЛІ; стрілками показано напрям поширення оптичного сигналу. 1 UA 115192 U 5 Пристрій працює наступним чином. ЕТ вимірюють відстань через оптичне волокно 11 до відбивача 3, відстань до відбивача 4 вимірюють за допомогою ЛІ. Далі, каретка з відбивачами переміщується і вимірювання повторюються. За еталонну величину переміщення каретки приймається різниця двох відстаней, виміряних за допомогою ЛІ. Точність ЕТ визначається з виразу [6]: ' ET,i  SET,i  SET  S ЛІ  S'ЛІ,і ,     де ET ,i - похибка вимірювання ЕТ i-ї відносної відстані, SET , S ЛІ - відстані, виміряні ЕТ і ЛІ 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ' відповідно при початковому положенні каретки з відбивачами, SET ,i , S'ЛІ,і - відстані, виміряні ЕТ і ЛІ після i-го переміщення каретки. Таким чином, переміщуючи каретку на задані інтервали та виконуючи вимірювання відстаней ЕТ і ЛІ до відповідних відбивачів, отримують величини відносних похибок контрольованого віддалеміра. Для контролю точності віддалемірного блока ЕТ на всьому діапазоні відстаней його роботи лінійні вимірювання виконують, використовуючи котушки з оптичним волокном 12 різної довжини. Таким чином, запропонований пристрій дозволяє поліпшити систему метрологічного забезпечення лазерних віддалемірів. Це досягається завдяки двом основним факторам. Поперше, наявність оптоволоконного блоку дозволяє організовувати базисні лінії підвищеної довжини, що дає можливість перевіряти сучасні ЕТ, максимальна дальність вимірювань яких становить 3-5 км, при цьому забезпечуються малі габарити базису. По-друге, основою запропонованої схеми є відносний інтерференційний базис переміщень, за рахунок чого забезпечується висока точність лінійних вимірювань і відпадає необхідність в еталонуванні базисних ліній прецизійним віддалеміром, що виключає ряд труднощів, пов'язаних з варіюванням показника заломлення середи, робить вимірювання незалежними від довжини хвилі джерела випромінювання і практично незалежними від температури навколишнього середовища. Джерела інформації: 1. Сучков И.О. Базис пространственный эталонный им. О.П. Сучкова // Интерэкспо ГеоСибирь. - 2009. - № 1. - С. 237-241. 2. Тревого I.С, Цюпак І.М., Геґер В. Еталонний геодезичний базис: аналіз результатів і нова атестація // Сучасні досягнення геодезичної науки та виробництва. - 2011. - № 1. - С. 65-68. 3. Бурачек В.Г., Сухомлин М.Ю., Хомушко Д.В. Патент України на винахід № 105031, МПК G01С 3/00 (2014.01). Пристрій для автоматичного контролю точності геодезичних світловіддалемірів; заявники та патентовласники: Чернігівський державний інститут економіки та управління (UA) - № а201110653; заявл. 05.09.2011; опубл. 10.04.2014, бюл. № 7. 4. Виноградов Η.С., Воронцов Е.А. Оптоволоконный базис для поверки дальномерных блоков тахеометра // Приборостроение. - 2011. - Т. 54. - №7. - С. 15-19. 5. Резак Е.В., Прокопович М.Р. Учет погрешности измерения длины оптического волокна // Вестник тихоокеанского государственного университета. - 2008. - № 4. - С. 167-172. 6. Jaroslav Braun, Martin Štroner, Rudolf Urban [and others]. Suppression of Systematic Errors of Electronic Distance Meters for Measurement of Short Distances. - 2015. - V. 15(8). - P. 19264-19301. 7. Sabine Reischmann. Accreditation creates confidence // Customer Magazine of Leica Geosystems. - 2010. - № 63. - P. 6-7. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Оптоволоконно-інтерференційний лінійний базис для контролю точності лазерних віддалемірів, що містить послідовно встановлені на стабільній основі: штатне місце для встановлення контрольованого лазерного віддалеміра, рухомий оптичний блок, встановлений з можливістю переміщення вздовж напрямку вимірювання, на якому закріплені два відбивачі і лазерний інтерферометр, при цьому оптична система контрольованого лазерного віддалеміра і перший відбивач утворюють вимірювальний оптичний канал, а оптична система лазерного інтерферометра і другий відбивач - контрольний оптичний канал, який відрізняється тим, що до пристрою додано оптоволоконний блок з набором оптичних волокон різної довжини та пристроями вводу-виводу світлового випромінювання контрольованого лазерного віддалеміра в (із) оптичні(их) волокна(он), які встановлені у вимірювальному каналі, при цьому перший пристрій вводу-виводу світлового випромінювання направлений в сторону контрольованого лазерного віддалеміра, а другий - в сторону першого відбивача. 2 UA 115192 U Комп’ютерна верстка О. Гергіль Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3