SU938660A1 - Устройство дл дистанционного измерени рассто ний - Google Patents

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ, содержащее интерферонетр Майкельсона, двухчастотный стабилизированный лазер и фотоприемник, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, модул тор , соединенный с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона , и вычислительный блок, отличающеес  тем, что, с целью увеличени  дальности действи , оно снабжено генератором парных им-пульсов , коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли пор дка .интерференции, соединенным входом с выходом фотоприемника, а выходом с входом вычислительного блока, при этом генератор парных импульсов сое динен выходом с вторым входом вычислительного блока и с входом коммутатора частот лазера, соединенного выходом с двухчастотным стабилизированным лазером.. 2. Устройство по П.1, о т л и (Л чающеес  тем, что, измеритель дробной доли пор дка интерференции состоит из резонансного усилител , соединенного входом с выходом фотоприемника , и измерител  амплитуды со со перв)й гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилите00 л , а выходом - с первым входом выоь числительного блока. а

Description

Изобретение относитс  к области геодезического приборостроени  и мо жет использоватьс  дл  измерени  рассто ний между объектами, Известно устройство дл  дистанци онного измерени  рассто ний, содер .жащее двухлзгчевой интерферометр и измеритель дробной доли пор дка интерферешщи lj. Это устройство позвол ет измерить смещение концевого отражател  двух учевог о интерферометра с точностью примернб 10 доли интерфереивдонной полосы, что составл ет 5.-10 мкм. Однако этим устройством невозмож но измерить целые числа пор дков интерференции, что делает его непригодным дл  уточнени  рассто ний, если оно предварительно не известно с точностью до половины длины волны излзгчени  используемого источника. света (0,2-0,4 мкм). Известно устройство дл  дистанци онного измерени  рассто ний, содержащее двухчастотньй лазер и измеритель дробных долей пор дков интерфе рендан на частотах излучени  лазера С23, Недостатком этого устройства  вл етс  наобходимость перестройки частоты в диапазоне между реперными частотами. Это приводит к использованию дорогих перестраиваемых лазеров . Крсциетого, при выполнении высокоточных: измерений больших рассто  ний (д0 1 км) необходима точна  фиксаци  концевых частот, что возможно осущ&с:твить, В частности, с помощью дополнительного стабилизированного лазера и монохроматора D При этом, измер емое рассто ние вьиисл ют по формуле г(,- скорость света в воздухе; концевые частоты; N - число сосчитанных импул сов (разность пор дков интерференции). Это устройство предназнйченр дл  измерени  длины интерферомегра, т.е дл  измерени  небольших рассто ний (дъ нескольких метров) в услови х стационарной атмосферы и обладает сложной конструкцией. Наиболее близким техническим решением к предложенному  вл етс  устройство дл  дистанционного измерени  рассто ний, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотный стабилизированный лазер и фотоприемник , расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона , модул тор, сое;щненный с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона, и вычислительный блок fA. Недостатком этого устройства  вл етс  небольшой диапазон измерений ( несколько дес тков метров), так как в нем не предусмотрено исключение вли ни  атмосферы. Цель изобретени  - увеличение длительности действи . Цель достигаетс  тем, что устройство дл  дистанционного измерени  рассто ний, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотный Стабилизированный лазер и фотоприемник , расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, модул тор, соединенньй с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона, и вычислительный блок, снабжено генератором парных импульсов, коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли пор дка интерференции, соединенньм входом с выходом фотоприемника , а вькодом со входом вычисли- тельного блока, при этом генератор парных импульсов -соединен выходом со вторым входом вычислительного блока и со входом коммутатора частот лазера, соединенного выходом с двухча .стотным стабилизированным лазером. Кроне.того поставленна  цель дополнительно достигаетс  тем, что измеритель дробной доли пор дка интерференции состоит из резонансного усилител , .соединенного входом с выходом фотоприемника, и измерител  амплитуды первой гармоники, соединенного входом с выходом реэонансного усилител , а выходом с первым входом вычислительного блока. На чертеже представлена функциональна  схема устройства дл  дистанционного измерени  рассто ний. Устройство дл  дистанционного измерени  рассто ний содержит интерферометр Майкельсона, состо щий из полупрозрачного зеркала 1, отражате3 л  2 рабочего канала и отражател  3 опорного канала, двухчастотный стабилизированный лазер 4 и фотоприемник 5, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, измеритель 6 дробной доли пор дка интерференции, соединен ньй входом с выходом фотоприемника 5 вычислительный блок 7, соединенньй первым входом с выходом измерител  6 дробной доли пор дка интерференщш , генератор 8 парных импульсов, соединенный выходом со вторым входом вычислительного блока 7, коммутатор частот лазера .4, соединенный входом .с выходом генератора 8 парных импуль сов, а выходом с двухчастотным стаби лизированньгм лазером 4, и модул тор 10, соединенный с отражателем 3 опор ноге канала интерферометра Майкельсо При этом измеритель 6 дробной дол пор дка интерференции состоит из резонансного усилител  11, соединенного входом с выходом фотоприемника 5, и измерителем 12 амплитуды первой гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилител  11,а выходом с первым входом вычислительного блока 7; модул тор 10 может быть выполнен, например, пьезокерамическим . Устройство дл  дистанционного измерени  рассто ний работает следующим образом.Стабилизированньй двухчастотный лазер 4 излучает на частоте за врем  длительности одного изпарных импульсов, вырабатываемых генератором 8 парных импульсов, и на ч астоте -02 .за врем  длительности второго парного импульса. Излучение на часто тах - и л) поступает в интерферометр Майкельсона, расщепл етс  полупрозрачным зеркалом 1 и, отразившис от отражател  2 и 3 рабочего и опорного каналов сводитс  в один пучок полупризрачным зеркалом 1 и направл етс  им на светочувствительную площадку фотоприемника 5. Измерител 6 дробной доли пор дка интерференции измер ет дробную долю интерфере ционной полосы и вьфабатывает электрический сигнал, пропорциональный этой доле интерференционной полосы, поступающий на первый вход вычислительного блока 7. Генератор 8 парны импульсов управл ет переключением 0 частот двухчастотного стабилизированного лазера 4 с помощью коммутатора 9 частот лазера 4 и этим же сигналом, поступающим на второй вход вычислительного блока 7, определ ет врем  усреднени  сигналов от измерител  6 дробной доли пор дка интерференции , поступающих на первый вход вычислительного блока 7. При этом, пьезокерамический модул тор 10, измен   положение отражател  3 опорного канала, вызьшает модул цию оптической разности хода на выходе интерферометра .. Сигналы с выхода фотоприемника 5 поступают на резонансный усилитель 11,. . на частоту модул ции положени  -;05:р жател  .3 опорного канала HHTep tepoiieVpu Шйкельсона . Резонансный усилитель t J вьщел ет из них первую rapMoraiKy, величину которой определ ет измеритель 12 амплитуды первой гармоники. Величина сигнала на выходе измерител  12 амплитуды пропорциональна дробной доли пор дка интерференции. При этом дистанционное определение рассто ни  осуществл етс  в вычислительном блоке 7 следуюпщм образом . Предварительно по величине рассто ни  D , измеренного с точностью -- 2 см, например, с помощью светодальнометра , вычисл етс  по формуле (1) разность целых пор дков интерференции И на частотах излучени  лазера л), , 1 . Затем ввод т в вы-; .числительный блок 7 измеренные с помощью измерител  6 дробной доли пор дка интерференции дробные доли пор дков интерференции Д,, Д соответственно. частотах VT г Производитс  вычисление целого числа пор дков интерференции М на частоте излучени  -J лазера по формуле . (.A, где Д,, ДЛИНЫ волн, соответствуюп91е частотам из-, лучени  -V, , зера. Искомое уточненное рассто ние определ етс  по формуле: D(. Из формулы (3) видно, что относительна  ошибка измерени  определ етс  стабильностью частоты лазера, котора  имеет величину 10. тепьно, если исключить вли ние сферы на результат измерений, то от- носительна  .погрешность измере1Шй величины рассто ни  О так же составит величину 10.

Вли ние флюктуации атмосферы на результат измерени  можно исключить, например, ограничением времени регистрации интерференционной картины. Дл  этого выполн етс  р д измерений на двук частотак излучеаа  -t , А лазера за малые промежутки времени k с послед спщм осреднением в вы числительном блоке 7. Поскольку известно , что спектры флюктуащхи амплитуды и разности фаз не 1февосход т 1 кГц. Следовательно, г следует выбирать л 1 мс.

С другой стороны, корелл хщоаные св зи флюктуафш оптич :ко ч сигнала на приземных трассах затухают за врем  «I с. Поэтому целесообразно выбрать вр енной интервал t между отдел измерени ми : 1 с. Величины и Т О11редел ют длительность пар. импульсов генератода 8 парных импульсов и интервал между  1ими«

Предложенное устройство позвол ет измер ть рассто ни  до 1 км. в один этап, то есть по дальномерному прин ,-7 ципу с относительной погрешностью 10

М/Д/ А.х

ю

ипаиш llUIIIIIIf

Claims (2)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотный стабилизированный лазер и фотоприемник, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра^: Майкельсона, модулятор, соединенный с отражателем опор ного канала интерферометра Майкель— сона, и вычислительный блок, отличающееся тем, что, с целью увеличения дальности действия, оно снабжено генератором парных им-пульсов, коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли порядка интерференции, соединенным входом с выходом фотоприемника, а выходом с входом вычислительного блока, при этом генератор парных импульсов соединен выходом с вторым входом вычислительного блока и с входом коммутатора частот лазера, соединенного выходом с двухчастотным стабилизированным лазером.

2. Устройство по п.1, о т'л и чающееся тем, что, измеритель дробной доли порядка интерференции состоит из резонансного усилителя, соединенного входом с выходом фотоприемника, и измерителя амплитуды первой гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилителя, а выходом - с первым входом вычислительного блока.

099886 ’HS