Рециркуляционный светодальномер

 

Использование: измерительная техника . Сущность изобретения: рециркуляционный дальномер содержит 1 блок запуска (1), 1 источник излучения (2), 2 приемника излучения (3, 7), 2 линии задержки (4, 11), 1 вычислительный блок (5), 1 спектральный селектор (6), 2 формирователя импульсов (8, 9), 1 триггер (10), 1 элемент И (12), 1 элемент ИЛИ (13), 1 источник тока (14). 1-13-4-2, 6-3-8-10-5-1, 6-7-9-10-13, 8-11-12-1, 9- 12-5-10. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 С 3/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4769463/10 (22) 20.11.89 (46) 23.04.93. Бюл. ЬЬ 15 (71) Белорусский государственный университет им, В.И.Ленина (72) С.Д.Жарников, B.Ë.Êoçëîâ и И;А.Малевич (56) Авторское свидетельство СССР

3Ф 365558, кл, 6 01 С 3/08, 1973.

Патент CLUA

М 3645624, кл. G 01 С 3/08, 1972. (54) РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫЙ СВЕТОДАЛЪНОМЕР

„„ IJ „„1810753 А1 (57) Использование: измерительная техника. Сущность изобретения: рециркуляционный дальномер содержит 1 блок запуска (1), 1 источник излучения (2), 2 приемника излучения (3, 7), 2 линии задержки (4, 11), 1 вычислительный блок (5), 1 спектральный селектор (6), 2 формирователя импульсов (8, 9), 1 триггер (10), 1 элемент И (12), 1 элемент

ИЛИ (13), 1 источник тока (14). 1-13 — 4-2, 6 — 3 — 8 — 10 — 5 — 1, 6 — 7-9 — 10 — 13, 8 — 11 — 12 — 1, 912 — 5 — 10. 2 ил.

1810753

Изобретение относится к дальномерным устройствам и может быть использовано в геодезии, строительстве, монтаже крупных инженерных сооружений.

Цель изобретения — повышение точности измерения расстояний.

Нэ фиг. 1 представлена функционэльнэя схема устройства; нэ фиг. 2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит последовательно соединенные блок запуска 1, элемент ИЛИ

13, первую линию задержки 4, источник излучения 2, второй вход которого соединен с источником постоянного тока 14, э также спектрэльный селектор 6, выходы которого оптически свяээны с приемниками излучения 3, 7, соединенными через формировэтели импульсов 8, 9 к S- u R-входам триггера

10, выход которого соединен с входом элемента "ИЛИ" 13, элемент И 12, вторэя линия задержки 11, вычислительный блок 5, счетные входы которого соединены выходом триггера 10, э информационный — с выходом элемента И 12.

Для лучшего понимэния сущности изобретения поясним в начале работу источникэ излучения 2. В качестве источника излучения в заявляемом устройстве используется полупроводниковый лээер. Источник тока 14 задает через лазерный диод постоянный ток, величина которого несколько превышает noporoaoe знэчение, при котором начинается генерация лэзерного излучения. Если затем нэ постоянное смещение накладывать импульсы длительностью

50 — 100 нс, то во время действия электрического импульса лазер начинает светить в другой спектральной области, т.е. при отсутствии импульса лээер излучает нэ одной длине волны Л2, э при подаче импульса излучает нэ длине волны Л1 причем Я > Л1 (во время действия импульса спектр излучения сдвигается в коротковолновую область).

Нэ фиг. 2б показано излучение лазера нэ длине волны Л i, нэ фиг. 2в — нэ длине волны Lz. Разность Л2 -il > может достигать величины 50 †1 А.

Перейдем к описанию рэботы зэявляемого устройства в нэчэльный момент времени по сигнэлу внешнего запуска. блок ээпускэ 1 формирует импульс (фиг. 2э), который через элемент "ИЛИ" 13 и линию ээдержки 4 поступает нэ источник излучения 2.

Источник тока 14 зэдэет режим работы лэзерэ по постоянному току таким образом, чтобы он непрерывно генерировэл лазерйде излучение, В момент импульса запуска также происходит обнуление триггера 10 по

С-входу, э вычислительный блок приходит в исходное состояние. Оптическое излучение лазера 2, отраженное от обьектэ, попадает нэ спектральный селектор 6, в котором происходит пространственное разделение излучения нэ двэ пучка, в одном из них концентрируется излучение с длиной волны

i4 (фиг. 2б) и попадает нэ приемник излучения 3, B другом — c длиной волны kz (фиг. 2в)

10 и попадает нэ приемник излучения 7.

Спектральное разрешение этих системтаково, что позволяет выделить составляющие спектра излучения, нэходящиеся нэ межмодовых расстояниях, т.е, 5-10 А. По15 сле регистрации оптических импульсов под положительному перепаду напряжения нэ выходах приемников излучения 3, 7 (из "лог.

0" в лог. "1") формирователи импульсов 8, 9 формируют импульсы (фиг. 2г, д соответственно), которые по S- u R-входам переключэт триггер 10, таким образом, что нэ его выходе формируется импульс (рис. 2ж), длительность которого равна разности времен прихода с дистанции оптических импульсов с разной длиной волны излучения Л1 иЛ2, Электрический импульс с выхода триггера

10 ээтем через элемент "ИЛИ" 13 и линию задержки 4 поступает в блок 2 и нэ дистэнцию сновэ посылается оптический импульс нэ длине волны Л1 . Следовательно, в системе установится процесс рециркуляции, период которого будет определяться зэдержкой излучения нэ дистанции и постоянной электрической задержкой, определяемой длительностью зэдержки в линии 4, Таким образом, во время действия электрического импульса нэ дистанцию посылается оптический импульс нэ длине волны, после окончания электрического импуЛьса нэ дистанцию посылается излучение с длиной волны ilz. Тэк кэк скорость рэспрострэнения оптического излучения в воздухе зависит от длины волны, причем ilz>4 то задержки нэ дистанции излучения с длиной волны Л1 будет больше, чем с Л2 .

Разность оптических задержек равняется:

2(Л 2Ы2 21 () ()

50 где L — измеряемое расстояние;

С вЂ” скорость света в вакууме; п1, п2 — коэффициенты преломления воэдухэ нэ длинах волн Л, Лг, Следовэтельно, фронт оптического импульса с длиной волны Л2 придет с дистэнции раньше спэдэ импульса с длиной волны Л1 нэ величину Л т (фиг. 2б, в), и длительность импульса на выходе триггера

10 каждый период рециркуляции будет

1810753 уменьшаться на At (фиг, 2ж). 8 начальный момент времени блок запуска 1 формирует импульс, длительностью Т+ tz, где тз — длительность задержки линии 11, Каждый период рециркуляции длительность импульса на 5 выходе триггера 10 уменьшается на At, и когда она станет равной ta на входах элемента И 12, импульсы совпадут (фиг. 2д, е) и на его выходе появится импульс (фиг. 2з), попадающий в блок запуска 1. с которого на 10 источник излучения 2 будет подана исход ная длительность импульса. Сигнал с выхода элемента "И" 12 также подается на информационный вход блока 5, где происходит вычисление величины At no следую- 15 щей формуле

Лт =, Т (2) где N — число периодов рециркуляции от момента запуска до момента появления им- 20 пульса на выходе элемента "И" 12.

При запуске с выхода элемента 12 блок

1 формирует импульс длительностью Т и в режиме рециркуляции он суммируется в элементе ИЛИ 13 с импульсом длительно- 25 стью тз с выхода триггера 10, и таким образом запускающий импульс равняется Т+ тз.

При внешнем запуске в начальный момент времени блок 1 формирует импульс Т+ тз и, следовательно, запускающий импульс на 30 входе источника излучения 2 остается всегда одинаковой величины.

Поясним алгоритм работы вычислительного блока 5.

В нем по значению частоты рециркуля- 35 ции определяется время оптической задержки и, значит, дальность до объекта, а по разности оптических задержек на различных длинах волн находится средняя скорость распространения излучения вдоль 40 линии наблюдения, что учитывается при вычислении результата дальности. Этот происходит следующим образом. Справедливо соотношение: п1 An> .45 по (3) где пр, nt — показатели преломления воздуха для длины волны11 при стандартной температуре(значение берется из справочника) и при условиях измерений, соответственно; 50

A n<, Ant — разности показателей преломления на длинах волн А2, Л1 при стандартной температуре и в условиях измерений, соответственно.

Учитывая (3), дальность вычисляется по 55 формуле:

1- = — tom/2 = - — Ьпт/2, (4)

С Ano0, пг Ж1 по где ton — время задержки на дистанции излучения с длиной волны А1, 8 этой формуле величины nn, Alo С известны и берутся из справочника, t>n определяется по частоте рециркуляции, значение Ап> находится из формул (1), (2) после небольших математических преобразований

Ьп1 = At — = nt . (5)

С At топ1

Так как в формуле (5) величину At c относительной погрешностью лучше. чем

10 — 10 практически определить сложно, то и значение п1 следует брать с такой же погрешностью, т.е. нет необходимости учитывать зависимость от температуры.

Следовательно, вычислительный блок 5 содержит два счетчика, один иэ которых измеряет частоту рециркуляции, а второй— число периодов рециркуляции до появления импульса нэ выходе элемента "И" 12, а также вычислительную схему на базе микропроцессора, производящую математическую обработку полученной информации по формулам (2); (4), (5), Таким образом, благодаря использованию оригинального режима работы источника излучения и введению в устройство блоков спектрального селектора, второго приемники излучения, двух формирователей импульсов, триггера и других. в заявляемом устройстве одновременно с измерением расстояний удается получить информацию о скорости распространения излучения вдоль линии наблюдения и учесть ее значение при расчете дальности по величине оптической задержки, что повышает точность измерения расстояний.

Формула изобретения

Рециркуляционн ый светодал ьномер, содержащий блок запуска, источник излучения, первый приемник излучения, первую линию задержки и вычислительный блок, отличающийся тем, что, с целью повышения точности. он снабжен спектральным селектором, установленным перед первым приемником излучения, вторым приемником излучения, оптически сопряженным со спектральным селектором, первым и вторым формирователями импульсов, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго приемников излучения, источником постоянного тока, соединенным с источником излучения. второй линией задержки, элементами ИЛИ, И и

D-триггером, 0-вход которого соединен с общей шиной, S- u R-входы — соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, С-вход — с входом

1810753

Составитель С.Юмашев

Техред М,Моргентал Корректор M,Ìàêñèìèøèíeö

Редактор

Заказ 1439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР"

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сброса вычислительного блока и входом внешнего запуска блока запуска, а выход

0-триггера соединен со счетными входами вычислительного блока и входом элемента

ИЛИ, второй вход которого соединен с вы- 5 ходом блока запуска, а выход через первую линию задержки — с источником излучения, выход первого формирователя импульсов через вторую линию задержки соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с вторым формирователем импульсов, а выход — с входом блока запуска и информационным входом вычислительного блока.