Лазерный фазовый дальномер

, г 1 ъп Е ИЗОБРЕТЕНИ И К ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ЛАЗЕРНЬЫ ФАЗОВЫЙ ДАЛЬНОМЕР (57) Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частно ти к лазерным фаэовым дальномерам н межмодовых биениях. Целью изобретеЯО 146210 ния является повышение точности измерения расстояний. Устройство состоит из последовательно соединенныхкварцевого генератора 4, делителя 3частоты, фазового детектора 2, усилителя 1 постоянного тока, излучателя 12, отражателя 13, фотоприемника8, преобразователя 1 О и блока измерения 6. В опорный канал включены фотоприемник 7 и преобразователь 5. В устройство входят умножитель 9 частотыи блок 11 контроля частоты, которыйпрекращает измерения и стирает накопленную информацию в блоке измерения 6 при сбое системы фаэовой автоподстройки частоты. 3 ил.Изобретение относится к геодези:ческому приборостроению, в частности :к дальнометрии, и может быть использовано в фазовых дальномерах на межмодовых биениях,На фиг. 1 приведена структурная схема лазерного фазового светодальномера на межмодовых биениях; на фиг. 2 - функциональная схема блока контроля частоты; на фиг. 3 - диаграммы сигналов блока контроля час.тоты. 10 Лазерный фазовый светодальномер :на межмодовых биениях содержит уси;литель 1 постоянного тока, фазовый1 детектор 2, делитель 3 частоты, квар.цевый генератор 4, преобразователь 5 ;опорного канала, блок измерения 6, Фотоприемник 7 опорного канала, фото- приемник 8, умножитель частоты 9, :преобразователь 10, блок 11 контроля ;:частоты, излучатель 12, отражатель 13, .причем лазерный излучатель 12 оптичес:ки связан с входом отражателя 13 и :оптическим входом Фотоприемника 7 опорного канала, выход отражателя оптически связан с оптическим входом Фотоприемника измерительного 8, фото :приемники объединены в один блок 14 Фотоприемников, вход которого соединен с выходом умножителя частоты 9, вход излучателя 12 соединен с выходом усилителя 1 постоянного тока, :вход последнего соединен с вьходом ;:фазового детектора 2, один из входов ,которого соединен с выходом делителя ;частоты 3, вход делителя частоты 3 сединен с выходом кварцевого генератора 4, другие выходы которого соединены с входами умножителя частоты 9, синтезаторами-преобразователями опорного 5 и измерительного 10 сигналов, с блоком измерения 6 и блоком 11. контроля частоты, выход фотоприемника опорного 7 соединен с другими входами фазового детектора 2 и синтезатора-преобразователя опорного сигнала 5, выход фотоприемника 8 соединен с входом синтезатора-преобразователя 50 измерительного сигнала 10, его выход соединен с другим входом блока 11 контроля частоты и с одним из вхоцовблока измерения 6, другой вход блока измерения 6 соединен с выходом синтезатора-преобразователя 5, выход блока контроля частоты соединен с входом установки в "0" блока измерения 6. Блок контроля частоты (Фиг,2) содержит запрещающую 15 и разрешающую 16 схемы И, одни из входов которых соединены между собой и с выходами кварцевого генератора 4. Другой вход запрещающей схемы И 15 соединен с выходом "1" запрещающего триггера 17, а выход - с входом запрещающего счетчика 18. Установочный вход запрещающего триггера соединен с выходом формирователя 19 коротких импульсов.Вход этого формирователя 19 соединен с выходом детектора 20 перехода нулевого уровня, вход этого детектора 20 соединен с выходом синтезатора-преобразователя измерительного 10. Кроме того, выход формирователя 19 коротких импульсов соединен с входом запрещающей схемы ИЛИ 21, с одним из входов сбрасывающей схемы И 22 и с одним из входов задерживающей схемы И 23. Выход схемы ИЛИ 21 соединен с входом установки в "Оч запрещающего счетчика 18, выход этого счетчика 18 соединен с входом разрешающей схемы ИЛИ 24, установочным входом разрешающего триггера 25, с другим входом запрещающей схемы ИЛИ 21 и со счетным входом запрещающего триггера 17. Выход разрешающей схемы И 16 соединен с входом разрешающего счетчика 26,. выход этого счетчика 26 соединен со счетным входом разрешающего триггера 25 и с другим входом разрешающей ,схемы ИЛИ 24, выход этой схемы соединен с входом установки в "0" счетчика 26. Выход "1" триггера 25 соединен с другим входом схемы И 16 и другим входом задерживающей схемы И 23, выход "0 триггера соединен с другим входом сбрасывающей схемы И 22, выход этой схемы 22 соединен с вхо-. дом установки в "0" задерживающего триггера 27 и с одним из входов сбрасывающей схемы ИЛИ 28, выход этой схемы 28 соединен с входом сброса информации с блока индикации и .с входом установки в "0" сбрасывающего счетчика 29, выход этого счетчика 29 соединен с другим входом сбрасывающей схемы ИЛИ 28 и с установочным входом задерживающего триггера 27, выход"0" этого триггера соединен с третьим входом задерживающей схемы И 23, выход которой соединен с входом сбрасывающего счетчика 29.Устройство работает следующим образом.рительного соответственно и сигналы от кварцевого генератора. На выходе синтезаторов-преобразователей 5 и 10 формируются сигналы частотой единицы килогерц, Разность фаз этих сигналов соответствует разности фаз межмодовых биений световых сигналов. Сигналы с выходов синтезаторов-преобразователей подаются на измерительные входы блока измерения 6, в котороми измеряют их разность фаз. С выходасинтезатора-преобразователя измерительного 10 сигнал подается на входблока 11 контроля частоты, в которомконтролируется длительность каждогопериода выходного сигнала. Если дли"тельность периода выходит за допустимые границы что произойдет при"сбое" системы Фазовой подстройкичастоты, то на выходе блока 11 контроля частоты появляется сигнал сброса, который поступает в блок измерения 6, и с его приходом стирается накопленная для одного отсчета информация,Блок контроля частоты работаетследующим образом.На вход детектора 20 пересечениянулевого уровня поступает синусоидальный сигнал от синтезатора-преобразователя измерительного (см,.Фиг. За). На выходе детектора пересечения нулевого уровня формируются 35прямоугольные импульсы, у которыхпередний фронт совпадает с моментомперехода синусоидального сигнала через ноль при нарастании (см. фиг.Зб).Эти импульсы поступают на вход форомирователя 19 коротких импульсов, навыходе которого формируются короткиеимпульсы (см. Фиг. Зв). Идея, зало,женная в принцип работы блока контроля частоты, заключается в том,что измеряют каждый период следова-ния коротких импульсов. Если последующий импульс пришел через время=Т+ЬТ, то работа дальномера продолжается. Здесь Т - период сигнала навыходе синтезатора-преобразователяизмерительного; 2 Т - допустимый интервал времени, т.е, такой интервалвремени, попадание последующего короткого импульса в который не приво дит к стиранию информации, накопленной в блоке измерения, Если последующий короткий импульс придет раньшеили позже интервала 24 Т, то вырабаз1462104Световой сигнал, содержащий две моды, с одного из концов лазерного излучателя 12, пройдя измеряемое расстояние и отразившись от отражателя 13, попадает в фотоприемник изме 5 рительный 8. С другого конца лазерного излучателя 13 световой сигнал попадает в Фотоприемник опорный 7. Оба фотоприемника 7 и 8 смонтированы в одном блоке 14, который представляет собой резонатор.Резонатор 14 возбуждается высокочастотным сигналом от умножителя частоты 9. На выходе фотоприемников выделяется сигнал промежуточной частоты, равной разности между частотой сигнала умножителя и частотой межмодовых биений светового излучателя. Эта промежуточная частота подается на фазовый детектор 2. На другой вход этого фазового детектора подается сигнал с делителя частоты 3, коэффициент деления которого подобран так, чтобы частота на выходе была равна ф промежуточной частоте сигнала на выходе фотоприемников 7 и 8. Выход фазового детектора 2 через усилитель 1 постоянного тока соединен с пьезокерамикой излучателя. Изменение напряжения на пьезокерамике приводит к изменению длины резонатора лазера и, следовательно, к изменению частоты межмодовых биений, Если промежуточная частота равна частоте сигнала с делителя, то напряжение на выходе усилителя постоянного тока не меняется. Если длина резонатора лазера по ка-. ким-то причинам изменилась и, следовательно, изменилась частота межмодовых биений, то изменится промежуточная частота на выходе Фотоприемников, напряжение на выходе фазового детектора 2 и усилителя изменится и изменится длина пьезокерамики так, что восстановится общая длина резонатора и, следовательно, частота межмодовых биений. Стабильность частоты межмо-. довых биений необходима потому, что именно по числу уложений волн межмодовых биений между излучателем и отражателем судят об,измеряемом расстоянии.Таким образом, частота межмодовых биений стабилизируется по частоте кварцевого генератора. На входы синтезаторов-преобразователей 5 и 10 подаются сигналы промежуточной частоты с фотоприемников опорного и изме 5 146тывается импульс, стирающий информацию в блоке измерения.В исходном состоянии (после прохождения импульса "Сброс" в мОментвключения дальномера) триггеры 17и 25 устанавливаются в положение,при котором прохождение сигналов через схемы И 15, 16 и 23 с другихвходов запрещено, а через 22 - разрешено.Первый короткий импульс, появившийся на выходе формирователя,19, опрокидывает триггер 17, устанавливаетв рулевое, состояние счетчик 18 черезсхему ИЛИ 21. Этот первый короткийимпульс проходит через схему И 22,схему ИЛИ 28 на выход блока и устанавливает блок измерения в "ноль".После опрокидывания триггера 17сигнал от кварцевого генератора поступает через схему И 15 на вход, счетчика 18 и счетчик начинает считать число периодов (импульсов). Если счетчик насчитает число периодов,сумма которых равна Т-ьТ, то на выходе его появляется сигнал, Этот сигнал через схему ИЛИ 24 устанавливает счетчик 26 в нулевое состояние,опрокидывает триггер 17 и запрещаетпрохождение сигналов на вход. счетчика 18, через схему ИЛИ 21 сбрасываетсчетчик 18 в "ноль" и опрокидываеттриггер 25,Еосле опрокидывания триггера 25 запрещается прохождение импульсов через схему И 22С этого момента сигнал от кварцевого генератора через схему И 16 начинает проходить на счетчик 26. Счетчик 26 начинает отсчитывать через схему И 15 и устанавливает. триггер 27 в "ноль", На схему 23 от этого триггера поступает сигнал, разрешающий прохождение коротких импульсов. Но с триггера 25 сигнал не поступает и короткие импульсы через схему И 23 не проходят. 2104 6Триггер 25 разрешает прохождение только в интервале 2 Т. Когда короткиеимпульсы попадают в этот интервал,то они не проходят через схему И 22,5а проходят через схему И 23 на счетчик 29. Счетчик считает такое числоимпульсов (периодов), которое доста-,точно, чтобы период следования коротких импульсов (межмодовых биений)стал равным Т. По истечении этоговремени на выходе счетчика формируется импульс, который проходит черезсхему ИЛИ 28 и сбрасывает информациюв блоке измерения, кроме того, этотимпульс опрокидывает, триггер 27 и темсамым запрещает прохождение импульсов через схему И 23. Выходной импульс схемы ИЛИ 28 устанавливает в20"0" счетчик 27, С этого момента прекращается прохождение импульсов наформирователь сброса в блоке измерения и начинаются нормальные измерения. Таким образом, исключается погрешность, обусловленная отличиемчастоты межмодовых биений от номинальной при нарушениях работы фазовой автоматической подстройки час-.тоты,30 Формула изобретения Лазерный фазовый дальномер, содержащий последовательно соединенныекварцевый генератор, делитель частоЗ 5 ты, фазовый детектор, усилитель по.стоянного тока, излучатель, отражатель, фотоприемник, преобразовательи блок измерения, фотоприемник опораоного канала, преобразователь опорного канала и умножитель частоты, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения точности, он снабженблоком контроля частоты, подключенным к выходам преобразователя и кварцевого генератора, а выходом связанным с входом установки на "0" блокаизмерения.