Электронно-оптический способ измерения расстояний

Электронно-оптический способ измерения расстояний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ путем сравнения фаз двух световых пучков одинаковой интенсивности, прошедших измеряемое SU..J080012. A 3C5DG 01 С 3/08; Q 01 S 17/32 ----, Bern..,,,.,,. расстояние один навстречу другому и подвергшихся модуляции до и после прохождения изкюряемого расстояния, отличающий ся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых длин прямых и ломаных линий, каждый из встречных пучков моделируют по фазе только один раз до или поссле прохождения измеряемого расстояния соответственно. 2. Способ по п. 1, отличаю (ц и и с я тем, что при сравнении фаз встречных пучков измеряют разность t оптических путей двух встречных световых потоков до величины, равной 2. ,, 1де До - длина свето-р вой волш, an- произвольное целое ® число, по моменту достижения минимума интенсивности суммы сравниваемых световых пучков.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ с

« (21 ) 3522794/18-10 (22)20.12.82 (46)15.03.84. Бюл. Р 10 (72)К.С. Гюнашян, В.В. Илясов, Л.Е. Чирков и Е.А ° Айрапетян (71)Ереванский политехнический институт им. К. Маркса (53) 528.517(088.8) (56)1. Методы и приборы высокочастотных геодезических измерений в стро-ительстве. N. "Недра", 1976, с.10Ü, 112-113.

2. Авторское свидетельство ссСР

Р 905646, кл. С 01 С 3/08, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР

М 503474, кл. Q 01 С 3/00 1974. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ путем сравнения фаз двух световых пучков одинаковой интенсивности, прошедших измеряемое

„.SU„„1080012 А

ЗСЮ . 01 С 3 08j 01 Й 17 32 расстояние один навстречу другому и подвергшихся модуляции до и после прохождения измеряемого расстояния, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых длин прямых и ломаных линий, каждый из встречных пучков моделируют по фазе только один раз до или посоле прохождения измеряемого расстояния соответственно.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при сравнении фаз встречных пучков измеряют разность оптических путей двух встречных световых нотоков до величины, равной, „ 0 + 0 „ де „ - длина свето

soA волны, à n — произвольное целое число, по момент.. достижения миниму- /ф ма интенсивности суммы сравниваемых ЪВР световых пучков.

1080012

Изобретение относится к способам измерения расстояния при геодезических и инженерно-геодезических работах.

В ряду электрооптических способов измерений, основанных на сравнении 5 фаз амплитудно-модулированных световых потоков, прошедших измеряемое расстояние, широкое распространение получили способы, при которых амплитудную модуляцию осуществляют путем изменения плоскости поляризации Г1 3.

Дальномеры с поляриэационными модуляторами в СВЧ-диапазоне обеспе- чивают высокую точность измерения расстояний в диапазоне от нескольких сотен метров до нескольких километров. Однако их применение при измерении ломаных длин, когда в точках перегиба приходится устанавливать отражатели, наталкивается на серьезные трудности.

НзвеСтен способ измерения расстояний с помощью электрооптических дальномеров, оборудованных поляризационным модулятором с кристаллом КДР, который требует разворота кристалла вместе с источником света в соответствии с поворотом отклоняющего зеркала на дистанции, а тем самым связан с определенным усложнением, 30 и конструкция дальномера, и методики измерений (2 J.

Дальнейшее повышение точности измерений при использовании амплитудных модуляторов по плоскости поля- 35 ризации ограничивается многочисленными факторами, характеризующими влияние внешних условий на поляризационное состояние.

Наиболее близким к изобретению яв-4О .ляется электрооптический способ измерения расстояний, реализованный в известном дальномере с двумя модуляторами, в каждом из которых осуществляется амплитудная модуляция,. двух встречных потоков одинаковой интенсивности, проходящих измерямое. расстояние f3 ).

В дальнейшем на фазометре после соответствующих преобразований осуществляется сравнение фаз световых потоков, модулированных на частоте, равной разности частот обоих модуляторов. Вследствие использования амплитудных модуляторов к известному способу относятся все указанные ограничения по диапазону измеряемых расстояний, прежде всего при измереимях длин ломаных линий.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых длин прямых и ло- 60 маных линий.

Цель достигается тем, что при осуществлении электрооптического способа измерения расстояния путем сравнения фаз двух световых пучков 5 одинаковой интенсивности, прошедших, измеряемое расстояние один навстречу другому и подвергшихся модуляции до и после прохождения измеряемого расстояния, каждый иэ встречных пучков модулируют по фазе только один раз до или после прохождения измеряемого расстояния соответственно.

В предпочтительном варианте осуществления способа при сравнении фаз встречных пучков измеряют разность L. оптических путей этих пучков до ве-!

Л личины, равной „в + 0 где Л0- дли2 4. на световой волны, а h — произволь ное целое число, по моменту достижения минимума интенсивности суммы сравниваемых световых пучков.

На чертеже приведена принципиальная схема дальномера, обеспечивающего реализацию предложенного способа.

Линейно поляризованный свет от лазера 1 разделяется на полупрозрачном зеркале 2 на два пучка одинаковой интенсивности. Отраженный от зеркала 2 пучок направляется в моду" лятор 3 с пьезокристаллом 4 в качестве электрооптического элемента.

Если падающий на кристалл свет поляризован линейно не вдоль направления ОХ, а вдоль одной из наведенных осей ОХ или Оу, а направление распространения света и приложенное электрическое поле совпадают с оптической осью. кристалла ОЕ, то в кристалле не произойдет разделение света HB две ортогональные компоненты, а скорость световой волны, поляризованной, например, вдоль оси ОХ, равна

v; =с/ь ((+ и г EI, где — показатель преломления обыкQ новенного луча; электроаптический коэффициент; напряженность электрическогс поля.

Световой сигнал при этом приобретает на выходе иэ кристалла фазовую задержку Ф", которую, выразив через полуволновое напряжение U- можно представить в виде

1

d"= Jl—

У

Модулированный таким образом по фазе с частотой ш„,световой пучок направляется оптической системой 5 на дистанцию и, отразившись от отражателя 6, принимается оптической системой 7, пройдя таким образом дважды измеряемое расстояние, и затем, отразившись от зеркала 8 и полупрозрачного зеркала 2, он направляется зеркалом 9 на фотоприемник 10.

1080012

«>>2 1+Ц Л sin sin w

Составитель Ю. Ферштман

Техред: О. Неце Корректор B. Бутяга

Редактор M. Дылын

Заказ 1323/42 Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Второй световой канал образуется аветовым пучком, прошедшим полупрозрачное зеркало 2. Этот пучок, как и первый, направляется на дистанцию, ио зеркалом 8 и оптической системой

7, а принимается оптической системой 5, 5. Пройдя модулятор 3 с кристаллом.4, а также полупрозрачное зеркало 2, он попадает в свою очередь на фотоприемник 10. Изменение оптического пути одного из пучков может быть достиг- 10 нуто введением фазовой пластины 11 с отверстием. Для выделения амплитуды переменной составляющей фотоприемник

10 помещен в объемный резонатор 12, который подключен к вспомогательному генератору 13 с частотой, отличающейся от частоты модуляции на величину, в несколько десятков раэ превышающую нестабильность частоты масштабного генератора 14.

Результирующий сигнал с фотоприем. ника 10 поступает на усилитель 15 и далее на индикатор 16, в качестве которого может быть использована электронно-лучевая трубка, развертка которой синхронизирована импульсов источника 17, связанного в свою очередь с импульсами генератора 14 масштабной (модулирующей ) частоты.

Компенсация разности фаз модулированных световых потоков может быть осуществлена перемещением модулятора вдоль измеряемого пути и регистрацией этого перемещения микрометром 18.

Если разность оптических путей. двух, когерентных модулированных по фазе световых потоков равна I. = - (где

2 и - = 1,2,3....; Л„- длина волны света ), то относительная интенсив- . ность постоянной составляющей све- 40 тового сигнала на фоточувствительном элементе фотоприемника описывается выражением — =2 1+30 2л Вщ

3 — 0 2И)

3о î U- Л„, 45

7J где 3о — функция Бесселя нулевого порядка;

D - измеряемое расстояние) „ — длина о ы дуляции. 50

Пои разности оптических путей 4= о Ло о+ ополучим закон изменения ам2 4 плйтуды переменной составляющей результирующего сигнала:.где $ - функция Бесселя первого порядка.

Предлагаемый способ обеспечивает увеличение интенсивности выходного сигнала примерно в 2 раза. При фазовой модуляции луч интенсивности 1о делится на два с равными интенсивностями. Это в свою очередь приведет при равных пороговых чувствительностях фотоприемников и идентичных источниках света к увеличению дальности измеряемых расстояний.

Изменение амплитуды переменной составляющей результирующего сигнала происходит с изменением измеряемого расстояния в соответствии с функцией Бесселя 3 „,что приводит в своюочередь к тому, что минимум реэульти" рующего сигнала наступает с большой крутизной. Это значительно повышает чувствительность систем (порядка

2-3 раз).

Измеряемое расстояние определяется при этом из соотношения где N — - целое число.

При измерении ломаных в произвольных плоскостях линий, когда элек. трический вектор Е не находится в ., плоскости отклоняющего зеркала, лучи обоих световых пучков деполяриэуются в равной степени, отражаясь от этого зеркал . Поскольку конеч-. ный результат зависит лишь от разности фаз лучей, то влияние отклоняющего зеркала на работу схемы исключается.

Равенство оптических путей приводит к взаимной компенсации фазовых сдвигов, вносимых показателем преломления, его функциями, а также оптическими элементами.