Электронно-оптический дальномер

О П ИС А Н И-Е ИЗОБРЕТЕН И Я р 493628 Союз Совйских Социалистических Реснуолик(61) Дополнительное к авт. свид-ву 3 (21) 19649731822) Заявлено 3 00 51) присоединением заявкиГосударственный комитет Совета Министров СССР5) Дата опубликования описания 09.06.7 2) Авторы изобретения Колесник, В. И. Луценко и В. Г, Сергее Харьковский авиационный институт(71) Заявитель ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАЛЬНОМЕР Изобретение относится к технике измерения расстояний и может быть использовано в геодезии, навигации, при монтаже сложных крупных инженерных сооружений.Известны электронно-оптические дальномеры, содержащие широкополосный усилитель и контур обратной связи, замыкаемый излучение оптического квантового генератора, прошедшим измеряемое расстояние, и состоящий из частотно-модулируемого генератора, фотоприемника, резонансного усилителя и частотного детектора,Однако в таких дальномерах наблюдается большая нестабильность частоты модуляции поднесущей, модулирующей излучение оптического квантового генератора, а следовательно низкая точность измерений.Для повышения точности измерения расстояний в предлагаемом дальномере установлены два полупрозрачных зеркала, второй фотоприемник, устройство измерения отношения частот и управляемая линия задержки, причем зеркала установлены после оптического модулятора под углом к нему и друг к другу, обеспечивающим поражение части передаваемого и принятого световых потоков на второй фотоприемник, подключенный к одному из входов устройства измерения отношения частот, выход которого подключен к управляемой линии задержки, включенной в контур обратной связи. На чертеже показана блок-схема дальномера.Излучение оптического квантового генератора 1 проходит через оптический модулятор 5 2 и падает на полупрозрачное зеркало 3, которое расщепляет луч на прямой и отраженный. 11 рямой луч от зеркала 3 попадает на второе полупрозрачное зеркало 4, а отраженный - на фотоприемник Ь, Луч, прошедший 10 через зеркало 4, направляют на уголковыйотражатель (катафот) б, установленный на объекте, расстояние до которого измеряют.Оптическое излучение, отраженное отражателем 6, вновь попадает на полупрозрачное 15 зеркало 4, расщепляющее это излучение надва луча: прямой и отраженный. Прямой луч, возвращенный отражателем б и прошедший через зеркало 4, попадает на зеркало 3, с помощью которого этот луч направляют на фо топриемник 7.С выхода фотоприемника электрическийсигнал подают на вход резонансного усилителя 8, а с него - на частотный детектор 9.С выхода детектора электрический сигнал, ве личина которого пропорциональна девиациичастоты входного сигнала, поступает на вход широкополосного усилителя 10. С одного выхода широкополосного усилителя сигнал подают на вход управляемой линии 11 задерж ки, с выхода которой сигнал поступает навход частотного модулятора 12. Частотный10 15 20 модулятор модулирует по частоте колебания генератора 13 поднесущей частоты. Напряжение с генератора 13 подают на оптический модулятор 2. Оптический луч, возвращенный отражателем 6 и отраженный зеркалом 4, направляют на фотоприемник 5. Электрический сигнал с фотоприемника подают на устройство 14 измерения отношения частоты биения к частоте автоколебаний, с выхода которого сигнал регулировки подают на управляемую линию задержки. С второго выхода широкополосного усилителя 10 колебания подают на частотомер 15.В дальномере излучение оптического квантового генератора проходит через оптическую линию задержки, время задержки в которой определяется величиной измеряемого расстояния, Линия задержки с помощью оптического модулятора 2 и фотоприемника 7 включена в цепь обратной связи широкополосного усилителя 10, В состав цепи обратной связи также входят резонансный усилитель 8, частотный детектор 9, управляемая линия 11 задержки, частотный модулятор 12 и генератор 13 поднесущей.При достаточно большом коэффициенте усиления широкополосного усилителя 10 случайные флюктуации сигналов приводят к возникновению в дальномере автоколебаний модулирующих по частоте колебания генератора поднесущей. В установившемся режиме значение частоты автоколебаний, регистрируемое частотомером 15, в силу выполнения условия фаз пропорционально измеряемому расстоянию и определяется в случае применения неинвертирующего широкополосного усилителя следующим выражением:2 пщп -Фв+ о а в случае инвертирующего широкополосногоусилителя частота автоколебаний равна2 т,(п + 1)и - Фа+ о где п=1, 2, 32 йгз= -- время задержки оптического излуСчения при прохождении им измеряемого расстояния;С - скорость света;Й - измеряемое расстояние;то - задержка в электрических цепях системы,Нестабильность величины т, приводит к случайным изменениям частоты автоколеба. ний, а следовательно, и к неточности в определении измеряемого расстояния.На вход фотоприемника 5 поступают оптические сигналы, модулированные по амплитуде колебанием поднесущей, которое в свою очередь промодулировано по частоте автоко. лебаниями, установившимися в системе. Эти сигналы сдвинуты по фазе относительно друг 25 ЗО 35 40 45 50 55 друга из-за задержки в электрических цепях системы.Колебания, модулирующие оптические лучи, поступившие на вход фотоприемника, можно записать в виде 1,=Е,з 1 п щ 1+ " з 1 па 1; 1, Е, з 1 п (Од(1 - ,) + з 10 и (1 - р)где а - частота колебаний поднесущей;1 - текущее время;Ла - девиация частоты поднесущей;а - частота автоколебаний;то - время задержки в электрическихцепях системы.При смешивании этих колебаний в фотоприемнике на его выходе образуется колебание вида1=Е, +Е,соз(щ,р,+ Ьа,р,соза 1),представляющие собой биения, частота которых остается неизменной при постоянстве времени задержки то, При этом на выходе измерителя отношения частоты биений к частоте автоколебаний выделяется напряжение неизменной величины, которое подается на управляемую линию задержки, включенную в цепь обратной связи широкополосного усилителя.При изменении времени задержки то отношение частоты биений к частоте автоколебаний изменяется, и на выходе измерителя отношения этих двух частот появляется управляющий сигнал, который изменяет время задержки в управляемой линии задержки таким образом, что система возвращается в исходное состояние, т, е. частота автоколебаний возвращается к установившемуся значению. Таким образом, нестабильность частоты авто- колебаний из-за случайного изменения величины задержки в электронных цепях уменьшается благодаря введению дополнительной регулируемой задержки сигнала.При изменении расстояния до объекта частота автоколебаний в системе изменяется, и эти изменения регистрируются частотомером. Однако отношение частоты биений к частоте автоколебаний при неизменном времени задержки в электрических цепях остается. постоянным. Нестабильность же частоты из-за нестабильности компенсируется с помощью управляемой линии задержки, Это дает возможность получить более высокую точность измерения расстояний с помощью предлагаемого дальномера. Предмет изобретенияЭлектронно-оптический дальномер, содержащий широкополосный усилитель и контур обратной связи, замыкаемый излучением оптического квантового генератора, состоящий из частотного модулятора, генератора частоты, оптического модулятора, фотоприемника, резонансного усилителя и частотПодписное Заказ 904/13 Изд.305 Тираж 782 1 ПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )К, Раушская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова, 2 ного детектора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расстояний, в дальномере установлены два полупрозрачных зеркала, второй фотоприемник, устройство измерения отношения частот и управляемая линия задержки, причем зеркала установлены после оптического модулятора под углом к нему и друг к другу, обеспечива 1 ощим отражение передаваемого и принятого световых потоков на второй фотоприемник, подключенный к одному из входов устройства измерения отношения частот, выход которого подключен к управляемой линии задержки, включенной в контур обратной связи.