Устройство для дистанционного измерения расстояний

(19) (11) 60 жлик ПИСАНИ АВТОРСКОМУ БРЕТ ТЕЛЬ СТВ 2924106/40-2305,05.8015.03.85. Бюл. 1 Р 10М.Т.Прилепин, А.С,Морозов, А.Б.Сергеев кельт -(22) (46) (72) В.Н.М дов довиков, н С.Н.Солонженеровкартоинститут тосьемки ГОсудАРстВенный комитет сссРПО ДЕЛЮИ ИЗОБ ЕТЕНИй И ОтКРЫткй(54)(57) 1, УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ, содержащее интерФероиетр Маккельсона,двухчастотный стабилизированныйлазер и Фотоприемник, расположенные соответственно на входе и выходеинтерФерометра Майкельсона, модулятор, соединенный с отражателем опор 4(51)6 01 С 3/08 6 01 В 9/ ного канала интерФерометра Маисона, и вычислительный блок, ол и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью увеличения дальности действия, оно снабжено генератором парных импульсов, коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли порядка .интерФеренции, соединенным входом с выходом Фотоприемника, а выходомс входом вычислительного блока, при этом генератор парных импульсов соединен выходом с вторым входом вычислительного блока и с входом комму-, татора частот лазера, соединенного выходом с двухчастотным стабилизированным лазером.ЪГ2. Устройство по п.1, о т "л ич а ю щ е е с я тем, что, измеритель ЮФ дробной доли порядка интерФеренции состоит из резонансного усилителя, соединенного входом с выходом Фотоприемника, и измерителя амплитуды первОй гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилителя, а выходом - с первым входом вычислительного блока.Изобретение относится к областигеодезического приборостроения и может использоваться для измерениярасстояний между объектами.Известно устройство для дистанци" 5онного измерения расстояний, содержащее двухлучевой интерферометр иизмеритель дробной доли порядка интерференции 11 ,Это устройство позволяет изме Орить смещение концевого отражателядвухлучевого интерферометра с точностью примерно 10доли интерференционной полосы, что составляет5;10 " мкм, 15Однако этим устройством невозможно измерить целые числа порядковинтерференции, что делает его непригодным для уточнения расстояний,если Оно предварительно не известно 20с точностью до половиин длины волныизлучения используемого источникасвета (0,2-0,4 мкм),Известно устройство для дистанционного измерения расстояний, содер,жащее двухчастотннй лазер и измеритель дробных долей порядков интерференции на частотах излучения лазеРа 1.23.Недостатком этого устройства явля рется наобходимость перестройки частоты в диапазоне между реперннмичастотами, Это приводит к использованию дорогих перестраиваемнх лазерове Кроме того при Зыйоле 1 ении Вы"сокоточных измерений больших расстояний (до 1 км) необходима точнаяФиксация концевых частот, что возможно осуществить, в частности спомощью дополнительного стабилизи Орованного лазера и монохроматора 31.При этом, измеряемое расстояниевычисляют по Формуле где ч - скорость света в воздухе;1 г концевые частоты;8 - число сосчитанных импуль 5 Осов (разность порядков интерференцииЭто устройство предназначено для измерения длины интерфероме 1 ра, т.е. для измерения небольших расстояний 55 (до нескольких метров) в условиях стационарной атмосферн и обладает сложной конструкцией. Наиболее близким техническим решением к предложенному является устройство для дистанционного измере ния расстояний, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотнНй стабилизированный лазер и Фотоприемник, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, модулятор, соединенный с отражателем опорного канала интерФерометра Майкельсона, и вычислительный блок Р 13.Недостатком этого устройства является небольшой диапазон измерений (несколько десятков метров), так как в нем не предусмотрено исключение влияния атмосферы.Цель изобретения - увеличение длительности действия.Цель достигается тем, что устройство для дистанционного измерения расстояний, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотный стабилизированный лазер и Фотоприемник, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, модулятор, соединенный с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона, и вычислительный блок, снабжено генератором парных импульсов, коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли порядка интерференции, соединенным входом с выходом Фотоприемника, а выходом со входом вычислительного блока, при этом генератор парных импульсов соединен внходом со вторым входом вычислительного блока и со входом коммутатора частот лазера, соединенного выходом с двухчастотннм стабилизированным лазером.Кроме. того поставленная цель дополнительно достигается тем, что измеритель дробной доли порядка интерференции состоит из резонансного усилителя, соединенного входом с выходом Фотоприемника, и измерителя амплитуды первой гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилителя, а выходом с первым входом вычислительного блока.На чертеже представлена Функциональная схема устройства для дистанционного измерения расстояний.Устройство для дистанционного измерения расстояний содержит интерферометр Майкельсона, состоящий из полупрозрачного зеркала 1, отражате3 93866 ля 2 рабочего канала и отражателя 3 опорного канала, двухчастотный стабилизированный лазер 4 и Фотоприемник 5, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра 5 Майкельсона, измеритель 6 дробной доли порядка интерференции, соединенный входом с выходом Фотоприемника 5, вычислительный блок 7, соединенный первым входом с выходом измерителя 1 О 6 дробной доли порядка интерференции, генератор 8 парных импульсов, соединенный выходом со вторым входом вычислительного блока 7, коммутатор 9 частот лазера .4, соединенный входом 15 .с выходом генератора 8 парных импульсов, а выходом с двухчастотным стабилизированным лазером 4, и модулятор 10, соединенный с отражателем 3 опорного канала интерферометра Майкельсог 20 на.При этом измеритель 6 дробной доли порядка интерференции состоит изрезонансного усилителя 11, соединенного входом с выходом Фотоприемни ка 5, и измерителем 12 амплитудыпервой гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилителя 11,а выходом с первым входом вычислительного блока 7; модулятор 10 может быть выполнен, например, пьеэокерамическим. О Устройство для дистанционного измерения расстояний работает следующим образом:,;:; 35Стабилизированньп двухчастотяый лазер 4 излучает на частоте 4.:за время длительности одного из:-",11 аоных импульсов, вырабатываемых генератором 8 парных импульсов, и на чаатоте 40,за время длительности второго2парного импульса. Излучение на частотах 1 ипоступает в интерферометр Майкельсона, расщепляется полупрозрачным зеркалом 1 и, отразившись 45 от отражателя 2 и 3 рабочего и опорного каналов сводится в один пучок полупрозрачным зеркалом 1 и направляется им на светочувствительную площадку фотоприемника 5. Измеритель 50 6 дробной доли порядка интерференции измеряет дробную долю интерференционной полосы и вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный этой доле интерференционной полосы, 55 поступающий на первый вход вычислительного блока 7. Генератор 8 парных импульсов управляет переключением частот двухчастотного стабилизированного лазера 4 с помощью коммутатора 9 частот лазера 4 и этим же сигналом, поступающим на второй вход вычислительного блока 7, определяет время усреднения сигналов от измерителя 6 дробной доли порядка интерференции, поступающих на первый вход вычислительного блока 7. При этом, пьезокерамический модулятор 10, изменяя положение отражателя 3 опорного канала, вызывает модуляцию опти-" ческой разности хода на выходе интерферометра. Сигналы с выхода Фотоприемника 5 поступают на резонансный усилитель 11,. наагроййый. на частоту модуляции положения 1.отражателя 3 опорного канала интерЬербйетра Иайкельсона. Резонансный усилитель 11 выделяет из них первую гармонику, величину которой определяет измеритель 12 амплитуды первой гармоники. Величина сигнала на выходе измерителя 12 амплитуды пропорциональна дроб" ной доли порядка интерференции.При этом дистанционное определение расстояния осуществляется в вычислительном блоке 7 следующим обра-, зом.Предварительно по величине расстояния В, измеренного с точностью2 см, например, с помощью светодальнометра, вычисляется по Формуле (1) разность целых порядков интерФеренции к на частотах излучения лазера ,. Затем вводят в вычислительный блок 7 измеренные с помощью измерителя 6 дробной доли порядка интерференции дробные доли порядков интерференции д, Ь 2 на частотах1 соответственно,Производится вычисление целого числа порядков интерференции й, на частоте излучения 1 лазера по Форму- ле где д 1 - длины волн, соответ 1 2ствующие частотам излученчя 1, 92 лазера.Искомое уточненное расстояние определяется по формуле:+д(з 1Из Формулы (3) видно, что относительная ошибка измерения определяет938660 , фся стабильностью частоты лазера, ко- плитуды и разности фаэ не превосходятФторая имеет величину 10 . Следова кГц. Следовательно, величину гтельно, если исключить влияние атмо следует выбирать1 мс.сферы на результат измерений, то от С другой стороны, корелляционнывносительная, погрешность измерений 5 связи флюктуации оптического сигналавеличины расстояния Р так же соста- на приэемных трассах затухают за вревит величину 10 . мя -1 с, Поэтому целесообразно выВлияние флюктуацни атмосферы на брать временной интервая т между отрезультат измерения можно исключить дельньва измерениями ь 1 с, Величинапример, ограничением времени ре ны Ф и Т определяют длительность пар,гистрацни интерференционной картины. имнульсон генератора 8 парных импуль. Для этого выполняется ряд измерений сов и интервал между ними.на двух частотах излучениялазера за малые промежутки временй7 с последуюпрм осреднением в вы ,числительном блоке 7. Поскольку из, вестно, что спектры 4 щюктуации амПредложенное устройство позволяет 15 измерять расстояния до 1 км. в одинэтап, то есть о дальномерному принципу с относительной погрешностью 10 Составитель Й.йров Редактор Л.Письман ТехредИ.Надь Корректор Н.КорольПодписноенного комитета СССРений и открытийРаушская наб., д.45 Тираж 651 Государствделам иэобре Москва, Жаказ 1679 по 13035, П "Патент", г".Ужгород роектная,4