Лекция Устройство светодальномеров. Светодальномера первого поколения. Светодальномеры второго поколения. Светодальномера третьего поколения.

    Скачать с Depositfiles 

Лекция 6

4.5 Устройство светодальномеров

Все фазовые дальномеры состоят из четырех основных узлов (рис. 4.10):

— передающая оптическая система или передатчик,

— приемная оптическая система или приемник,

— фазоизмерительное устройство,

— отражательная оптическая система или отражатель

Рис. 4.10 – Общая функциональная схема светодальномера

Передатчик излучает высокочастотные несущие колебания, которые модулируются измерительными колебаниями. В светодальномерах несущими являются колебания оптического диапазона, источником которых может быть светодиод или лазер. Источником измерительных колебаний является генератор, напряжение с которого прикладывается к модулятору. Световой луч от источника проходит через модулятор и в нем под влиянием измерительного напряжения осуществляется модуляция оптического луча. В светодальномерах используют только два вида модуляции: по интенсивности излучения либо по форме эллипса поляризации.

Передающая оптическая система посылает модулированный луч вдоль измеряемой линии.

Таким образом, передатчик светодальномера состоит из источника света, модулятора, генератора измерительных колебаний и передающей оптической системы. Если источником света является светодиод, то модуляцию интенсивности его излучения выполняют путем подачи измерительного напряжения непосредственно к светодиоду.

В светодальномерах используют пассивные отражатели. Пассивными они называются потому, что они только отражают световой луч в направлении приемника, который находится рядом с передатчиком. Основной частью отражателей является зеркальная поверхность, которая отражает попадающий на нее луч.

Приемником светодальномера является приемная оптическая система. Она улавливает свет, отраженный отражателем, и направляет его на фазоизмерительное устройство.

На фазоизмерительное устройство кроме колебаний с приемника подается также измерительное напряжение от генератора передатчика. Текущая фаза этого напряжения равна фазе модуляции  луча в начале его пути. Фаза модуляции светового потока равна фазе модулирующего напряжения в точке его выхода из модулятора. Поэтому началом измеряемой линии в светодальномерах является выход из модулятора. Фазой  считают фазу модуляции отраженного светового луча на входе в фазоизмерительное устройство, потому что в нем заканчивается путь светового луча. Задачей фазоизмерительного устройства является измерение разности текущих фаз .

Существенную роль в принципе работы и конструкции светодальномеров имеет его фазоизмерительное устройство. Все светодальномеры делятся на три поколения. В основе деления светодальномеров на поколения лежит способ измерения разности фаз, либо тип фазометра, использованного в устройстве.

В светодальномерах первого поколения используют оптические фазометры, которые измеряют разность фаз на частоте модуляции света. Основной частью оптического фазометра является модулятор, работающий синхронно с модулятором передатчика (рис. 4.11).

Рис. 4.11 – Общая функциональная схема светодальномера первого поколения

Модулятор фазометра называют демодулятором. Синхронность работы модулятора и демодулятора заключается в том, чтобы их частота работы была одинаковой. Такая синхронность обеспечивается за счет того, что оба они работают от напряжения одного генератора, а именно от генератора измерительных колебаний. Кроме этого, обязательно должна быть известна разность фаз  работы модулятора и демодулятора. Таким образом, должны выполняться два условия:

, (4.27)

где  и — частота работы, соответственно, демодулятора и модулятора,

 и — фаза работы демодулятора и модулятора,

— известная величина, которая может быть постоянной или переменной. При использовании равенств (4.27) интенсивность сигнала после прохождения через модулятор и демодулятор является функцией разности фаз . Она может иметь, например, следующий вид:

, (4.28)

где  и — коэффициенты.

       Если определить интенсивность сигнала , то можно получить искомую разность фаз . В этом и состоит суть работы фазометров дальномеров первого поколения.

       Интенсивность сигнала на выходе из демодулятора измеряет либо регистрирует индикатор. Им может быть либо глаз наблюдателя, в этом случае регистрация называетсявизуальной, либо прибор, в этом случае регистрация называется приборной. Соответственно этому светодальномеры первого поколения разделяются на две группы: с визуальной и приборной регистрацией разности фаз.

       В настоящее время используются дальномеры первого поколения с приборной регистрацией разности фаз. В них световой луч преобразуют в фототок после демодуляции. При этом используют модуляцию света только по форме эллипса поляризации. Процесс измерения этими дальномерами удалось в значительной степени автоматизировать.

 В светодальномерах второго поколения в фазоизмерительных устройствах используют радиоэлектронные аналоговые фазометры. В них перед измерением разности фаз преобразовывают отраженный модулированный световой луч в ток, сила которого изменяется с частотой и фазой, равными частоте и фазе модуляции отраженного светового потока. Это преобразование осуществляется в специальном устройстве, которое называется фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Поэтому в дальномерах второго поколения свет может модулироваться только по интенсивности (рис. 4.12). Роль колебаний с фазой, равной , выполняет измерительное напряжение, подаваемое на фазометр.

Аналоговые фазометры могут точно измерять разность фаз двух колебаний только на низких частотах. Вследствие этого возникает необходимость в понижении частоты прямого и отраженного сигналов перед подачей их в фазометр. Такое понижение частот в дальномерах второго поколения выполняется способом гетеродирования. В этом способе сохраняется разность фаз колебаний, т.е. разность фаз колебаний после понижения их частоты является такой же, как и перед понижением.

Рис. 4.12 – Общая функциональная схема светодальномера второго и третьего поколения

     Для гетеродирования в фазоизмерительном устройстве необходимо иметь дополнительный генератор, который называется гетеродином, и два смесителя: опорный и сигнальный. Частота гетеродина является близкой к измерительной частоте. Разницу этих частот выбирают такой, при которой фазометр, используемый в дальномере, может работать наилучшим образом. Чаще всего это низкая частота, равная нескольким килогерцам.

    На опорный смеситель подаются колебания с генератора измерительной частоты и с гетеродина. С опорного смесителя получают колебания низкой разностной частоты, фаза которых прямо пропорциональна фазе .

     Сигнальный смеситель смешивает колебания с фотоэлектронного умножителя и с гетеродина. С этого смесителя выделяют колебания с частотой, равной разности частот измерительных колебаний, полученных с ФЭУ, и колебаний гетеродина, т.е. такой же частоты, как и с опорного смесителя. Их фаза является прямо пропорциональной фазе . Фазометр определяет разность фаз колебаний с опорного и сигнального смесителей, равную .

     Светодальномеры третьего поколения отличаются от дальномеров второго поколения в основном в том, что в них вместо аналогового используют цифровой фазометр, который измеряет разницу фаз колебаний, также как и в светодальномерах второго поколения, после понижения их частоты способом гетеродирования. Однако это, на первый взгляд, незначительное различие, существенно изменило светодальномерную технику, и дало возможность перейти на экономичный импульсный режим работы и автоматизировать процесс измерений, а также процесс обработки. Это стало возможным благодаря тому, что процесс измерения фазометрами длится очень маленький промежуток времени, а результат измерения представляется в кодовой форме.

        В дальномерах второго и третьего поколений неоднозначность разрешают многоступенчатым способом.      При этом в дальномерах второго поколения используют косвенное измерение фазовых домеров для частот, которые необходимы для исключения неоднозначности. В дальномерах третьего поколения генератор генерирует колебания измерительных частот, необходимых для исключения неоднозначности, поэтому фазовые домеры измеряют непосредственно.

 
    Скачать с Depositfiles