Устройство для измерения расстояний

 

ь .Д .I с Р -.

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени аучноисслвдовательбкий институт горной геомеханики щ йй4дерского дела (71) Заявитель (84) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ

Изобретение относится к геодезическим средствам для измерения расстояний, находящих применение,в частности, в маркшейдерском деле и при строительстве крупных инженерных сооружений.

По основному авт. св. Ж 8709l9 известно устройство для измерения расстояний, содержащее генератор масштабных частот, электронный ключ, излучатель, коммутатор измерительного и опор. ного каналов, фотоцринмник и цифровой фаэометр,. в котором генератор счетных импульсов подключен через ключ к триггеру, соединенйому по входам со схемами совпадения. Входы схем совпадения соединены с усилителем-форьщрователем и генератором управликицих импульсов, дополнительньФ выход которого подключен к управлякяцему входу электронного ключа (1) .

Указанное устройство позволяет измерить расстояние с высокой точностью только до специального отражателя, выполйенного; например, в виде триппель2 призмы. Для измерения расстояний до диффузно-отражающей поверхности беэ заметного снижения точности требуется резкое увеличение мощности излучаемых импульсов, сопровождающееся, однако, значительным уменьшением длительности посылаемых на дистанцию импульсов модулированного света. Однако при коротких световых импульсах в известном устройстве невозможно производить измерение разности фаз, так как в этом случае на выход; одноканального цифрового фазометра будет подаваться вместо пакетов низкочастотного колебании только часть периода этогр колебания.

Цель изобретения - обеспечение измерения расстояний до диффузно-отражающих поверхностей.

Поставленная цель достигается тем, что между фотоприемником и усилителемформирователем цифрового фазометра включены кольцевая схема фаэовой автоподстройки частоты с пер естраиваемым генератором, фазовый детектор которой

3 97795 соединен .с фотоприемником, е блок слежения за фазой на выходе детекторе — с генератором управляющих импульсов, и смеситель, входы которого соединены с гетеродином и перестраиваемым генератором, а выход с усили гелем-формирователем.

Такое включение позволяет получить на входе цифрового фазометра непрерывные пакеты низкой частоты независимо lO от длительности световых импульсов.

Нв фиг. l показана блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие работу схемы.

Устройство содержит генератор 1 мас- ts штабных частот, электронный ключ 2, излучатель 3, отражатель 4, расщепитель

5, фотоприемник 6, коммутатор 7 измерительного и контрольного каналов, гетеродин 8, устройство 9 запоминания фазы, щ содержащее фазовый детектор 10, подстраиввемый генератор 11, блок 12 слежения, фильтр 13 низких частот и управляющий элемент 14, смеситель 15, а также цифровой фазометр 16, содержа- д щий усилитель-формирователь .17, схемы

1 8 и l 9 совпадения, генератор 20 управляющих импульсов, триггер 21, ключ

22, генератор 23 счетных импульсов, счетчик 24- импульсов и цифровой индикв- зо тор 25.

Генератор масштабных частот,вырабатывает высокочастотное колебание fz, которое поступает на электронный ключ 2.

Электронный ключ отпирается импульсами:

U с частотой повторения Й, поступающими с генератора 20, который располо-жен в фазоме гре 16. С выхода ключа радиоимпульсы Ug с частотой заполнения

f подаются на излучатель 3 и модулируюг его излучение. Йлительность импульсов во много раз меньше периода коммутации 3/Q: . Модулированные световые импульсы поступают на расщепитель

5 и через него на отражающую поверхность 4, до которой необходимо измерить расстояние. Отраженный сигнал направляется на фотоприемник 6 через оптический коммутатор 7. Через тот же коммутатор на фотон подается

so контрольный сигнал от расшепителя 5.

Таким образом, на фотоприемник поочередно с низкой чвстотойЯ/2 пропускаются измерительный U и контрольный 0" сигналы. Подача напряжения U> для срабатывания оптического коммутатора

$5 осуществляется от генератора 20 управляющих импульсов. С гетеродина 8 нв фотоприемник 6 подается напряжение

6 4 первой гетеродинной частоты f . B peГ зультате преобразования не выходе фо- топриемника выделяются импульсы U u и

, с промежуточной частотой заполнения к

hf =Е, -,„, несущие измерительную и кон-. трольную фазы масштабного колебания.

Эти рвдиоимпульсы с выхода фотоприемника поступают на вход устройства 9 запоминания фазы, на выходе которого вместо коротких радиоимпульсов выделяются непрерывные пакеты колебаний.

Причем начало первому пакету напряжения U задается рвдиоимпульсом U, начало второму пакету задается радиоимпульсом

04, фаза колебаний промежуточной частоты

К в пакетах остается той же, что и в соответс твукицих радиоимпульсах.

Устройство запоминания фазы представляет собой кольцевую схему фазовой автоподстройки частоты и .работает следующим образом.

Нв фазовый детектор 10 поступают два сигнала: один непрерывный от подстраиваемого генератора 11, другой в виде радиоимпульсов от фотоприемника 6.

Есчи эти двв сигнала близки по частоте, го схема работает в режиме биений. В этом случае сигнал биений, подаваемый на управляющий элемент 14, раскачивает по частоте колебание генераторе 11. Если частота генераторе достаточно близка к промежуточной частоте д f, то ввиду возрастания амплитуды биений она может оказаться равной в E.

B этот момент происходит захват частоты подстрвиввемого генератора 11 частотой и схема переходит в режим синхронизации.

B этом режиме выделяется сигнал ошибки, амплитуда и полярность которого зависит от разности фаз сигналов, подаваемых не фазовый детектор 10. Регулировкой частоты подстраиввемого генератора

11 достигается момент, когда сигнал ошибки равен нулю, что соответствует начальной разности фаз, равной 90,. Сиго нал ошибки на выходе детектора 10 будет иметь форму прямоугольных импуль сов, длительность которых равна длительности редиоимпульсов. Нв фиг. 2 импульсы U соответствуют разности фвз, раИной нулю, импульсы U соответствуют разности фаз, равной 180О, Для того, чтобы обеспечить непрерывное слежение за фазой входного сигнала, перед фильтром 13 низких частот установлен блок

12 слежения. На выходе этого блока будет иметь место уже постоянное управляющее напряжение, величина которо5 9779 го с высокой г >чносгью равна амплитуде импульса ошибки. На фиг. 2 это напряжение показано пунктирной линией, соединяющей вершины импульсов 05 и (/5

После фильтрации в фильтре l3 уцравлянхцее напряжение подается на управляющий элемент 14, который подсграиваег генератор 11. Кольцевая схема кроме функций устройства запоминания фазы выполняет роль селективного фильгра, I0 освобождающего входной сигнал or помех.

Пакеты напряжений с частотой заполнения а f и фазами измерительного и контрольного сигналов с выхода подстраива- 1 емого генератора. l l подаются на вход смесителя 15, на второй вход которого с выхода гетеродина подается вторая гетеродинная частота f > . Второе преобГ раэование масштабной частоты необходимо20 для получения пакетов V с низкой частотой заполнения F= f df, на которой производится высокочастотное измерение разности фаэ цифровым фазометром. B связи с различной длиной оптического З пути прохождения измерительного и контрольного сигналов пакеты О и U" ч сдвинуты по фазе для моментов перехода через нуль мгновенных значений сравниваемых колебаний на величину 30

У=У 2Лт, где Ч вЂ” искомая разность фаз, п1 - пелое число фазовых циклов.

Пакеты сигналов U "и 0" поступают на ч т цифровой фазометр 16, на входе которого имеется усилитель-формирователь 17.

Йальнейщее измерение разности фаз и отображение результатов йзмерений в

56 d дискретной цифровой форме происходит известным образом.

Предлагаемое устройство позволяет выполнять измерение расстояний без специальных отражателей, например при

1 съемке нарезных и очистных выработок с достаточной точностью. В случае использования отражателей более мощных, но коротких импульсов, становится возможно значительное расширение дальности действия устройства.

Формула изобрет ения

Устройство для измерения расстояний по авт. св. % 870919, o r л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью обеспечения измерения расстояний до диффузно-втражающих поверхностей, между фотоприемником и усилителем-формирователем цифрового фазометра включены кольцевая схема фазовой автоподстройки частоты с перес траиваемым генера тором, фазовый детектор которой соединен с фотоприемником, а блок слежения за фазой на выходе детектора — с генератором управлякицих импульсов. и смеситель, входы которого соединены с гетеродином и перестраиваемым генератором, а выход с усилителем-формирователем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 870919, кл. С» 01 С 3/08, 1980.