SU1599652A1 - Laser light range finder - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к геодезическому приборостроению и позвол ет повысить точность измерений. Дл  этого в лазерном светодальномере, содержащем последовательно расположенные и оптически св занные лазерный источник света 1, модул тор 2, демодул тор-преобразователь 3, фотоэлектронные приемники 4 и 5, усилители-селекторы промежуточной частоты 6 и 7, фазометр 8, генератор модулирующей частоты и гетеродин, генератор модулирующей частоты выполнен в виде последовательно расположенных опорного генератора 9 и подключенного к его первому выходу умножител  частоты 10, первый выход умножител  частоты подключен к входу усилител  мощности 13, а гетеродин выполнен в виде последовательно расположенных амплитудного модул тора 12 и усилител  мощности, причем первый вход амплитудного модул тора подключен к второму выходу опорного генератора, а второй вход амплитудного модул тора - к второму выходу умножител  частоты. 1 ил.The invention relates to geodetic instrumentation and improves the accuracy of measurements. To do this, in a laser range finder, containing a series-arranged and optically coupled laser light source 1, modulator 2, demodulator-converter 3, photoelectric receivers 4 and 5, intermediate-frequency selector amplifiers 6 and 7, phase meter 8, modulating frequency generator and the local oscillator, the modulating frequency generator is designed as a series of reference oscillator 9 and connected to its first output of frequency multiplier 10, the first output of the frequency multiplier is connected to the input of power amplifier 13, and erodin the form of sequentially arranged the amplitude modulator 12 and the power amplifier, the first input of an amplitude modulator is connected to the second output of the reference oscillator and the second input of the amplitude modulator - to the second output of the frequency multiplier. 1 il.

Description

сдsd

соwith

а: сд a: cd

tsDtsD

ложенных опорного генератора 9 и подключенного к его первому выходу умножител  частоты 10, первый выход умножител  частоты подключен к входу усилител  мощности 13, а гетеродин выполнен в виде последо- в&тельно расположенных амплитудного модул тора 12 и усилител  мощности, причем первуй вход амплитудного модул тора подключен к второму выходу опорного генератора , а второй вход амплитудного модул тора - к второму выходу умножител  частоты . 1 ил.The reference oscillator 9 and the frequency multiplier 10 connected to its first output, the first output of the frequency multiplier is connected to the input of power amplifier 13, and the local oscillator is made of sequentially located amplitude modulator 12 and power amplifier, and the first input of amplitude modulator connected to the second output of the reference oscillator, and the second input of the amplitude modulator to the second output of the frequency multiplier. 1 il.

Изобретение относитс  к оптическому приборостроению и может примен тьс  в системах оптической св зи, локации, в геодезическом приборостроении дл  построени  высокоточных светодальномеров геодезического и специального назначени .The invention relates to optical instrument making and can be applied in optical communication systems, locations, in geodetic instrument making for the construction of high-precision light-range-ranging meters for geodetic and special purposes.

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности и точности фазового свето- дальномера путем исключени  несинхронных уходов частоты сигналов, сформированных в опорном и дистанционном каналах.The aim of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of a phase light range finder by eliminating asynchronous frequency drifts of signals generated in the reference and remote channels.

На чертеже изображена схема устройства .The drawing shows a diagram of the device.

Светодальномер состоит из послехаова- тельно расположенных и оптически св занных лазерного источника света 1, модул тора 2, демодул тора-преобразовател  3, фотоприемников 4 и 5, принимающих сигналы с выхода демодул тора-преобразовател  3, усилителей-селекторов промежуточной частоты б и 7, св занных с выходами фотоэлектронных приемников 4 и 5 соответственно , и фазосравнивающего устройства (фазометра ) 8. Электрический вход модул тора 2 подключен к выходу генератора модулирующей частоты (, включающего в себ  высокостабильный опорный (задающий) генератор 9 частоты Ц умножитель 10 частоты Q. )м и первый усилитель мощности 11 частоты (Ом. Электрический вход дет -юду- л тора-преобразовател  3 подключен к выходу гетеродина частоты шм-|-Ц выполненного в виде последовательно расположенных амплитудного модул тора 12 и второго усилител  мощности 13, причем первый вход амплитудного модул тора подключен к второму выходу опорного генератора 9, а второй вход амплитудного модул тора подключен к второму выходу умножител  частоты 10. Блоки 9-13 представл ют собой источник модулирующего напр жени  (на- чертеже не обозначен).The range finder consists of post-locally positioned and optically coupled laser light source 1, modulator 2, demodulator converter 3, photodetectors 4 and 5, receiving signals from the output of demodulator converter 3, amplifiers-selectors of intermediate frequency b and 7, connected to the outputs of photoelectronic receivers 4 and 5, respectively, and the phase-equalizing device (phase meter) 8. The electrical input of the modulator 2 is connected to the output of the modulating frequency generator (including a highly stable reference (I specify 9) frequency generator Q; multiplier 10 frequency Q.) and the first power amplifier 11 frequency (Ohm. The electrical input of the deductor converter 3 is connected to the output of the local oscillator frequency Schm- | -C made in the form of consecutive amplitude module torus 12 and second power amplifier 13, the first input of the amplitude modulator connected to the second output of the reference oscillator 9, and the second input of the amplitude modulator connected to the second output of the frequency multiplier 10. Blocks 9-13 are the source of the modulating voltage or (cash figure is not indicated).

Модул тор 2 и модул тор-преобразователь 3 могут быть реализованы в виде кристаллических  чеек, работающих на линейном электрооптическом эффекте Поккель- са или акустооптическом эффекте. Амплитудный модул тор обеспечивает получение однополосного амплитудно-модулированного сигнала.Modulator 2 and converter modulator 3 can be implemented as crystalline cells operating on the linear electro-optical Pockels effect or acousto-optical effect. Amplitude modulator provides a single-band amplitude-modulated signal.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Световой сигнал от лазерного источникаLight signal from a laser source

1 направл етс  в модул тор света 2, на1 is directed to a light modulator 2, on

электрический вход которого поступает сигнал частоты Ы с усилител  мощности 11. После модул ции с частотой сом часть светового потока через линию оптической задержки 14 закорачиваетс  на вход модул тора-преобразовател  3, тем самым образуетс  опорный канал светодальномера. Друга  часть модулированного излучени  модул тора 3 направл етс  на измер емую дистанцию и, отразившись от зеркального отражател  15, принимаетс  на демодул тор-преобразователь 3, тем самым образуетс  дистанционный (измерительный) канал светодальномера .the electrical input of which receives the frequency signal Ы from the power amplifier 11. After modulating with the frequency som, a portion of the light flux through the optical delay line 14 is short-circuited to the input of the modulator-converter 3, thereby forming the reference channel of the range finder. Another part of the modulated radiation of the modulator 3 is directed to the measured distance and, being reflected from the mirror reflector 15, is received at the demodulator-converter 3, thereby forming a remote (measuring) channel of the remote end transmitter.

Режим преобразовани  опорного и дистанционного оптических сигналов осуществл етс  путем подачи с усилител  мощности 13 на демодул тор-преобразователь 3 высокочастотного электрического сигнала, амплитуда которого измен етс  по закону. (S)sincoMt. На выходе демодул тора- преобразовател  3 образуютс  два опти- ческих сигнала (опорный и дистанционный)The conversion mode of the reference and remote optical signals is carried out by applying from the power amplifier 13 to the demodulator-converter 3 a high-frequency electrical signal, the amplitude of which varies according to the law. (S) sincoMt. The output of the demodulator of the converter-3 is formed by two optical signals (reference and remote).

промежуточной частоты . Световые сир- налы частоты Qip (опорный и дистанционный , содержащий информацию об измер емой дистанции) принимаютс  соответственно фотоприемниками 4 и 5, усиливаютс  в усилител х-селекторах 6 и 7 и подаютс  на входы фазосравнивающего устройства 8. Рассмотрим особенности устройства. Дл  светового луча, проход щего опорный канал, фазовые сдвиги соответственно в модул торе 2 и демодул торе-преобразователе 3 определ ютс  по формулеintermediate frequency. The light sirens of Qip frequency (reference and remote, containing information about the measured distance) are received by the photoreceivers 4 and 5, respectively, amplified in the amplifier x-selectors 6 and 7, and fed to the inputs of the phase-equalizer 8. Consider the features of the device. For the light beam passing the reference channel, the phase shifts, respectively, in modulator 2 and demodulator-converter 3 are determined by the formula

ф, (()ф01+Я- -COSOit ,f, (() f01 + I- -COSOit,

ffff

1/9,1/9,

в)at)

ф2(1|)ф02 (сом -f и) ti,ф2 (1 |) ф02 (som -f and) ti,

00

гдеф|(1) -фазовый сдвиг, вносимый модул тором 2;where | (1) is the phase shift introduced by modulator 2;

ф2(1|) -фазовый сдвиг, вносимый демодул тором-преобразователем 3; 5ф2 (1 |) -phase shift introduced by demodulator-converter 3; five

,/C;/ C;

At - врем  прохождени  светового потока по опорному каналу с длинойAt - time of passage of the light flux on the reference channel with a length

оптического пути D: с выхода модул тора света 2 до входа фотоприемного устройства 5. Интенсивность светового потока на выходе демодул тора-преобразовател  дл  опорного канала представл етс  в видеoptical path D: from the output of the light modulator 2 to the input of the photodetector 5. The intensity of the luminous flux at the output of the demodulator of the converter for the reference channel is represented as

sin -i jIiiiMlii lo2  sin -i jIiiiMlii lo2

(2)(2)

Провед  подстановку слагаемых (I) в (2) после разложени  в р д Фурье и р да преобразований дл  переменной части интенсивности света на выходе преобразовател  (на входе фотоприемника 5) получаемSubstituting the terms (I) into (2) after decomposing into a Fourier series and a series of transformations for a variable part of the light intensity at the output of the converter (at the input of the photodetector 5), we obtain

,()a,()cos((co. + Q)-a,)t+ ,, () a, () cos ((co. + Q) -a,) t +,

++

(3)(3)

Будем считать, что регистрируемый сигнал лежит на линейном участке амплитудной характеристики фотоприемника 5. Тогда выходной ток фотоприемника (ia) по форме будет повтор ть входной световой поток, а выражение дл  ia будет отличатьс  от (3) посто нным коэффициентом В, имеющим размерность А/лк;We assume that the recorded signal lies in the linear portion of the amplitude characteristic of the photodetector 5. Then the output current of the photodetector (ia) will repeat in shape the input light flux, and the expression for ia will differ from (3) by a constant coefficient B, having dimension A / lk;

i(t)c,n BU(i) BIJ,()a,(-)xi (t) c, n BU (i) BIJ, () a, (-) x

2а)мО,2a) MO,

X cos(((o« + Q)-(ov)X cos (((o "+ Q) - (ov)

(4)(four)

Таким образом, на выходе фотоприемника 5 имеетс  сигнал, амплитуда которого пропорциональна разности фаз гармоник колебаний с частотами модул ции о)м и гетеродина озм+й и изменение во времени происходит с частотой О. Рассмотренный сигнал после усилени  в усилителе-селекторе 7 поступает на вход фазоизмерительного устройства 8.Thus, at the output of the photodetector 5, there is a signal whose amplitude is proportional to the phase difference of the oscillation harmonics with the modulation frequencies o and the local oscillation + y and changes over time with the frequency O. The considered signal after amplification in the amplifier-selector 7 enters the input phase measuring device 8.

Аналогичным образом дл  дистанционного сигнала, прошедшего модул тор 2, измер емую дистанцию D2, демодул тор-преобразователь 3, фотоприемник 4 и усилитель- селектор 6, сигнал на выходе фотоприемника 4 представитс  в видеSimilarly, for a remote signal passed through modulator 2, measured distance D2, demodulator converter 3, photodetector 4 and amplifier-selector 6, the signal at the output of photodetector 4 is represented as

1а)д.с.. ВШ,()1,()С05(ШМ +1a) ds. VS, () 1, () С05 (BL +

+ Q)-CO.)t + + Q) -CO.) T +

(5)(five)

где D2 - рассто ние, проходимое светом поwhere D2 is the distance traveled by the light

дистанционному каналу. Таким образом, в каждом канале свето- дальномера (а именно, на выходах усилителей-селекторов 6 и 7) имеетс  один сигнал, определ емый дл  опорного канала выра- жением (4), и сигнал дистанционного канала, определ емый выражением (5), соответст- 5 венно. Сравнением на фазометре 8 фаз этих сигналов промежуточной частоты определ етс  информаци  об измер емом рассто нии D D2-D|.remote channel. Thus, in each channel of the light range finder (namely, at the outputs of the selector amplifiers 6 and 7) there is one signal defined for the reference channel by the expression (4) and the signal of the remote channel defined by the expression (5) accordingly. A comparison on the phase meter 8 phase of these intermediate frequency signals determines information on the measured distance D D2-D |.

Известно, что инструментальна  точ- ность фазового светодальномера на основе преобразовани  частоты, в основном, определ етс  помехоустойчивостью системы, стабильностью сравниваемых сигналов про- межуточной частоты, отношением сигнал/ шум на входе фазоизмерительного устрой- 5 ства.It is known that the instrumental accuracy of the phase-rangefinder based on frequency conversion is mainly determined by the noise immunity of the system, the stability of the intermediate frequency signals being compared, and the signal-to-noise ratio at the input of the phase measuring device.

В предлагаемом устройстве выполнение генератора модулирующей частоты в виде последовательно расположенных опорноQ го генератора и усилител  мощности, а гетеродина - в виде последовательно расположенных амплитудного модул тора и усилител  мощности, обеспечивает синхронность уходов частоты в цепи кристалличекого демодул тора-преобразовател  и, как след5 ствие, малый уровень относительной расстройки сигналов промежуточной частоты, позвол ющий уменьшить полосы пропускани  усилителей-селекторов и уровень шумов в приемных цеп х. Кроме того, достигаетс  возможность оптимизации процессаIn the proposed device, the execution of the modulating frequency generator in the form of successively located reference generator and power amplifier, and the local oscillator in the form of successively located amplitude modulator and power amplifier, ensures synchronism of frequency drifts in the circuit of the crystal demodulator-converter and, as a consequence, small the relative detuning level of the intermediate frequency signals, allowing a reduction in the passbands of the selector amplifiers and the noise level in the receiving chains. In addition, it is possible to optimize the process.

0 преобразовани  и получени  максимальных амплитуд колебаний промежуточной частоты с высокой стабильностью, обеспечивающие повышение точности индикации фазы при фазовом сравнении.0 converting and obtaining the maximum amplitudes of the oscillations of the intermediate frequency with high stability, providing an increase in the accuracy of the phase indication during phase comparison.

3535

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Лазерный светодальномер, содержащий источник излучени , модул тор, оптическую линию задержки, демодул тор-преобразова4Q тель, два выхода которого св заны с фото- - приемниками, соединенными с входами фазометра , и источник модулирующего напр жени , перва  и втора  клеммы выхода которого подключены к управл ющим входам соответственно модул тора и демодул тора45 преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, источник модулирующего напр жени  выполнен в виде последовательно соединенных высокостабильного опорного генератора, умножитат  частоты и первого усилител  мощности, соеди50 ненного с первой клеммой выхода, и последовательно соединенных амплитудного модул тора и второго усилител  мощности, соединенного с второй клеммой выхода, причем первый и второй входы амплитуд ного модул тора подключены к соответствующим выходам соответственно, высокостабильного опорного генератора и умножител  частоты. A laser range finder containing a radiation source, a modulator, an optical delay line, a demodulator converter, two outputs of which are connected to photo receivers connected to the phase meter inputs and a source of modulating voltage, the first and second output terminals of which are connected to control inputs, respectively, of the modulator and demodulator of the converter transformer, characterized in that, in order to increase the accuracy, the source of the modulating voltage is made in the form of a series-connected highly stable reference A generator, a frequency multiplier and a first power amplifier connected to the first output terminal, and a series-connected amplitude modulator and a second power amplifier connected to the second output terminal, the first and second inputs of the amplitude modulator connected to the corresponding outputs of the highly stable reference generator and frequency multiplier.