Электронно-оптический способ измерения расстояний

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56)1. Методы и приборы высокочастот ных геодезических измерений в строительстве. М., "Недра", 1976, с.10 Ь, 112-113.2. Авторское свидетельстВо СССР 9 905646, кл. С 01 С 3/08, 1979.3, Авторское свидетельство СССР М 503474, кл. Я 01 С 3/00 1974.(54)(57) 1, ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ путем сравнения фаз двух световых пучков одинаковой интенсивности, прошедших измеряемое,.801080012 аЮ 1 01 С 3 08) 01 й 17 32расстояние один навстречу другому и подвергшихся модуляции до и после прохождения измеряемого расстояния, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых длин прямых и ломаных линий, каждый из встречных пучков мФелируют по фазе только один раз до или посоле прохождения измеряемого расстояния соответственно.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что при сравнении Фаз встречных пучков измеряют разностьоптических путей двух встречных световы нооков до величины, равной, - о +де 3 - длина свето вой волны, а о - произвольное целое число, по момент. достижения минимума интенсивности суммы сравниваемых световых пучков.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 Г 13.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.ИзвеСтен 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 3.Дальнейшее повышение точности измерений при использовании амплитудных модуляторов по плоскости поля ризации ограничивается многочисленными факторами, характеризующими влияние внешних условий на поляризационное состояние.Наиболее близким к изобретению яв.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 3 .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 маных линий.Цель достигается тем, что при осуществлении электрооптического способа измерения расстояния путем сравнения Фаз двух световых пучков 65 одинаковой интенсивности, прошедших,измеряемое расстояние один навстречудругому и подвергшихся модуляции дои после прохождения измеряемого расстояния, каждый иэ встречных пучковмодулируют по фазе только один раздо или после прохождения измеряемогорасстояния соответственно.В предпочтительном варианте осуществления способа при сравнении фазвстречных пучков измеряют разность 1оптических путей этих пучков до веЛличины, равной -0 + 0 где Ло- дли=о+на световой волны, а ь - произвольное целое число, по моменту достижения минимума интенсивности суммысравниваемых световых пучков.На чертеже приведена принципиальная схема дальномера, обеспечивающего реализацию предложенного способа.Линейно поляризованный свет отлазера 1 разделяется на полупрозрачном зеркале 2 на два пучка одинаковой интенсивности. Отраженный отзеркала 2 пучок направляется в моду"лятор 3 с пьезокристаллом 4 в качестве электрооптического элемента,Если падающий на кристалл светполяризован линейно не вдоль направления ОХ, а вдоль одной из наведенных осей ОХили Оу, а направление распространения света и приложенное электрическое поле совпадают соптической осью. кристалла ОЕ, то вкристалле не произойдет разделениесвета на две ортогональные компоненты, а скорость световой волны, поляризованной, например, вдоль оси ОХ,равнаМ; щС/и (н- и и Е,где- показатель преломления обыконовенного луча;электроаптический коэффициент;напряженность электрическогсполяСветовой сигнал при этом приобретает на выходе иэ кристалла фазовуюзадержку Ф", которую, выразив черезполуволновое напряжение О- можнопредставить в видеО1 д Р:ОУМодулированный таким образом пофазе с частотойш,световой пучокнаправляется оптической системой 5на дистанцию и, отразившись от отражателя 6, принимается оптическойсистемой 7, пройдя таким образомдважды измеряемое расстояние, и затем,отразившись от зеркала 8 и полупрозрачного зеркала 2, он направляетсязеркалом 9 на фотоприемник 10.Составитель Ю. ФерштманТехред О.Неце Корректор В. Бутяга Редактор М. Дылын Заказ 1323/42 Тираж 587 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Второй световой канал образуется еветовым 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 нуто введением Фазовой пластины 11 с отверстием. Для выделения амплитуды переменной составляющей фотоприемник 10 помещен в объемный резонатор 12, который подключен к вспомогательному 15 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 1 б, 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 фазесветовых потоков равна ). = - (где2и - = 1,2,3; До- длина волны света ), то относительная интенсив-., ность постоянной составляющей све тового сигнала на фоточувствительном элементе фотоприемника описывается выражением- +Зо 2 д здо гпЭ, о О В45Вгде Э - Функция Бесселя нулевогопорядка;3 - измеряемое расстояние)- длина волны модуляции.Пои разности оптических путей Ц=о оо+ Ополучим закон изменения ам 2плйтуды переменной составляющей результирующего сигнала:.где 4 - функция Бесселя первого порядка. Предлагаемый способ обеспечивает увеличение интенсивности выходного сигнала примерно в 2 раза. При фазовой модуляции луч интенсивности 1 о 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 свою. очередь 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 Б - целое число,При измерении ломаных в произвольных плоскостях линий, когда электрический вектор Е не находится в .,плоскости отклоняющего зеркала, лучи обоих световых пучков деполяриэуются в равной степени, отражаясьот 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 фазовыхсдвигов, вносимых показателем преломления, его функциями, а такжеоптическими элементами.