Способ измерения расстояния

)5 ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ СССР АТЕНТН НИЕ ИЗО Н О АВТОРСКО ВИДЕТЕЛЬСТВУ/1 о = - 11 2 улятора светменте, под на электрооптическ которым поним л эл аетс%19итехнический институт ковский авиационный джоникидзеП.Жуковский, Ф.Б,Амисян и Е.А.Прокопец ртография. 1973, Гл 9,Изобретение относится к методам и средствам для измерения расстояний при специальных инженерно-геодезических работах и может применяться для создания высокоточных измерителей расстояний в системах связи, оптической локации, доплеровских измерителях скорости, в оптоэлектронном приборостроении, для построения высокоточных светодальномеров геодезического и специального назначения.Целью изобретения является повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем, что изменением режима питания модулятора демодулятора света в пределах - 30,350,65 получают информационОомОпные характеристики, выявляют точки максимальной крутизны (особые точки), при выбранном оптимальном режиме питания и фиксированных особых точках снимают демодуляционную характеристику, по которой(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ (57) Использование: в системах связи оптической локации. Сущность изобретения: способ включает изменение оптического пути светового потока путем перемещения блока модулятора-демодулятора до получения электрического сигнала, устанавливают режим питания модулятора-демодулятора света в пределах 0,35 - 0,65 и фиксируют режим питания, соответствующий максимальной крутизне изменения соотношения . ОомОп, где Оом - амплитуда модулирующего колебания; Оп - полуволновое напряжение, 3 ил. определяют положение модулятора-демодулятора света, соответствующего минимуму электрического сигнала и измеряемое расстояние.Рассмотрим демодуляционную характеристику (ДМХ) процесса модуляции-демодуляции Светового потока в электрооптическом модуляторе-демодуляторе света, имея ввиду, что полезная информация содержится в фазе поднесущей.Относительная интенсивность светового потока на входе фотоприемного устройства (ДМХ) фазового светодальномера, показанного на фиг.1, равна Оомнормированное значение модулирующего колебания, т.е. отношение его амплитуды к полуволновому напряжению;О - измеряемое расстояние;А - длина волны модулирующего колебания;1 - функция Бесселя первого рода нулевого порядка,Анализируя в целом ход кривых на фиг.2 можно отметить, что несмотря на некоторые различия между максимальными значения 1/1 о, сугцественными представляются различия в области минимумов характеристики.При любом режиме Оом/Оп частота следования минимумов демодулированного светового потока на выходе демодулятора равна частоте модуляции ам и сохраняется при изменении Оом/Оп. При этом основное требование к выбору режима Оом/Оп сводится к условию, при котором исходная рабочая точка системы модулятор-демодулятор стабильна и сохраняет свое положение на модуляционной характеристике.При фотоэлектрической регистрации сигнала, полученного на выходе демодулятора, изменение интенсивности на выходе анализатора вызывает соответствующие изменения фототока на выходе ФПУ,При работе на линейном участке амплитудной характеристики ФПУ функция 1 а=т(О) с точностью до постоянного коэффициента будет совпадать с ДМХ, В прототипе способа индикация осуществляется по экстремальным (" нулевым" ) точкам ДМХ. В этом случае точность функции "нулевых" точек ограничивается действием помех, обусловленных собственными шумами ФПУ, В предлагаемом способе индикацию осуществляют в точках ДМХ с наибольшей крутизной, а фиксацию - в точках кривой 1 а=(О), рассчитываемых на уровне порога чувстви- тельности ФПУ.Подобные точки определены как "особые".Крутизна изменения сигнала на выходе ФПУ (обусловливающая чувствительность светодальномера, т,е, интервал значений, определяющих точность фиксации домера фазового цикла) пропорциональна крутизне изменения ДМХ. Следовательно, оценка крутизны ДМХ при минимальных (пороговых) значениях относительной интенсивности 1/1 о на выходе системы равнозначна оценка крутизны в "особой" точке кривой 1=КО), Очевидно, что "особая" точка имеет координату, зависящую от режима питаниямодулятора-демодулятора света и интенсивности приемного света.Таким образом максимальная крутизна ДМХ Зпх для данного режима о Ио Оом -О в ), определенная в "особой"пточке Ъ может служит параметром, характеризующим точность индикации величины демодулированного светового потока. 10 Определяемая крутизна ДМЗ для схемы, представленной на фиг,1, ориентируясь. на соотношение (1) 15(2)На фиг.З представлена зависимость крутизны 3 ДМХ от режима питания модулятора-демодулятора в области точки Ьч, рас считанная по формуле (2) для случая 1/1 о=сопзт, Оом - О. Как следует из кривой фиг.З в интервале значений Оом/Оп = "-0,3 - 0,65 зависимость крутизны 8 от амплитуды переменного напряжения носит ли нейный характер,Итак, для повышения точности измерения расстояний рекомендуемый режим питания модулятора-демодулятора света должен быть выбран в интервале Оом/Оп 35 035 065Реализация способа измерения расстояний осуществляется светодальномером, функциональная блок-схема которой приведена на фиг.1. Светодальномер содержит 40 лазерный генератор 1, свет которого через блок модулятора-демодулятора 2 направляется на измеряемую трассу. Отразившись от зеркального отражателя 3, световой поток вновь принимается на блок модулятора-де модулятора и направляется на фотоприемное устройство (ФПУ) 4, включающий в себя анализатор света (не показанный на рисунке). Электрический сигнал с ФПУ 4 усиливается усилителем 5 и поступает на 50 аналого-цифровой преобразователь 6, Информация с выхода аналого-цифрового преобразователя 6 поступает на вход микропроцессора 7. Выход высокочастотного генератора 8 подключен к блоку 3 для 55 осуществления модуляции демодуляции светового луча, Перемещение блока модулятора-демодулятора 2 осуществляется шаговым двигателем 9. Выходы микропроцессора 7 подключены к индикатору 10, высокочастотному генератору 8 и шаговому двигателю 9 для их управления.Светодальномер работает следующим образом. Модулирующие колебания от высокочастотного генератора 8 подаются на блок модулятора-демодулятора 2. Луч лазерного генератора 1, проходя через модулирующий элемент блока 2, модулируется и направляется вдоль измеряемой трассы на отражатель 3 и, возвращаясь, вновь попадает в блок 2, где демодулируется и после трансформации в анализаторе света в амплитудно-модулированный принимается ма ФПУ 4. Электрический сигнал с ФПУ усиливается усилителем 5.До начала процесса измерения расстояния осуществляем юстироаку измернтельного тракта светодэльномера, а частности определяем режим питания Оо/Оп модулятора-демодулятора света, соответствующий максимальной крутизне ДМХ. С этой целью шаговый двигатель 9 перемещает блок модулятора-демодулятора 2 от одного крайнего положения в другое, После каждого вага шагового двигателя 9 производится измерение выходного напряжения усилителя 5 и преобразование его в цифровой код аналого-цифровым преобразователем 6. Инфор мация с выхода аналого-цйфрового преобразователя записывается в память микропроцессора 7. В результате в памяти микропроцессора накапливаются дискретные значения(1, 32.,3 и) семейства кривых среднеинтегрального светового потока. Далее микропроцессор 7 по заданной программе анализирует поступившую информацию, вычисляет положение "особых" точек по оптимальному режиму питания модулятора- демодулятора света и соответствующее положение модулятора-демодулятора 2. Завершение операции означает готовностьсветодальномера к проведению измерениярасстояния.5 Цикл измерения расстояния включаетснятие одной кривой среднеинтегральногосветового потока для выбранного режимапитания Оо/Оп, вычисление положениямодулятора-демодулятора 2 при минимуме10 электрического сигнала на основе обработки измеренных значений всей кривой среднеинтегрэльного светового потока, выводинформации об измеренном значении расстояния на табло цифрового индикатора 10,15 Работой узлов, а именно высокочастотногогенератора 8, шагового двигателя 9, аналого-цифрового преобразователя 6 и индикатора 10 управляет микропроцессор 7 позаданной программе измерений, которую20 можно изменять в зависимости от конкретной задачи измерения,Формула изобретен ияСпособ измерения расстояния светодальмоиером, аключающий изменение оп 25 тического пути светового потока путемперемещения блока модулятора-демодулятора света до получения минимальногоэлектрического сигнала, последовательнуюфиксацию блока модулятора-демодулятора30 света с измерением положений точек фиксации и обработку результатов измерений,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, перед перемещениемблока модулятора-демодулятора света, ус 35 танавливают режим питания Оом/Оп модулятора-демодулятора света в пределах 0,35- 0,65, где Оом - амплитуда модулирующегоколебания, Оп - полуволновое напряжение,и фиксируют режим питания, соответствую 40 щий максимальной крутизне изменения соотношения Оом/Оп,(6.) Гя Л д 50 ЛУОЮС 9 удспиг.5 Й актор каэ 1717 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., ЧБ Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 1 Й 03 О,Я Ю 1 ф РЗ И Составитель М.ТерещенкоТехред М.Моргентал Корректор Н.Гунько