Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике Глава 2. ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРОВ В НАУКЕ И ТЕХНИКЕ2.1. ЛАЗЕРЫ В ГЕОДЕЗИИОптические методы измерения расстояний и углов хорошо известны в промышленной метрологии и геодезической службе, однако их применение было ограничено источниками света. Измерения на открытом воздухе с использованием модулированного света были возможны лишь при небольших расстояниях в несколько километров. С помощью лазеров удалось значительно расширить область применения оптических методов, а в ряде случаев и упростить их. Методы дальнометрирования в геодезии с использованием света основаны на том, что в однородной среде оптическое излучение на всем пути распространяется прямолинейно и с постоянной скоростью. Поскольку в геодезическом оптическом дальномере передатчик и приемник обычно совмещены, то расстояние между дальномером и объектом может быть найдено из простого соотношения
где Таким образом, задача определения расстояния между дальномером и объектом сводится к определению соответствующего интервала времени между зондирующим импульсом и импульсом, отраженным от объекта. Из приведенного соотношения следует, что ошибка измерения дальности будет определяться соотношением
где Оно позволяет сказать, что ошибка в измерении дальности зависит от двух причин.
Рис. 20. Функциональная схема импульсного дальномера Первая — это степень точности определения скорости излучения (т. е. наши знания о скорости света), а вторая — определяется инструментальной точностью геодезического дальномера. Известно, что значение скорости света равно 299 792,5 км/с, а относительная ошибка блоке определяется время между опорным и отраженным сигналами. В качестве индикатора дальности может быть использована либо электронно-лучевая трубка, либо счетно-решающий прибор, показывающий непосредственную величину измеряемой дальности. Ошибки отсчета определяются способом отсчета расстояния, масштабом, крутизной зондирующего и отраженного объектом импульсов. Не рассматривая подробно все эти факты, остановимся на одном из них, а именно на крутизне переднего фронта импульсов. Крутизна зондирующего импульса у лазеров с модулированной добротностью может быть очень большой. Если она составляет даже 10% от длительности импульса, то при импульсе в Принцип действия фазового дальномера представлен на рис. 21. Излучение газового генератора проходит через модулятор. Следовательно, выходное излучение будет промодулировано в соответствии с законом
где Отразившись от объекта, излучение попадает на приемную систему и с помощью ФЭУ преобразуется в электрический сигнал
где Напряжения
где
Рис. 21. Функциональная схема фазового дальномера Точность работы дальномера определяется следующими факторами: 1. Точностью масштабной частоты
где Тогда
т. е. относительная дальномерная ошибка равна относительной ошибке масштабной частоты. 2. Точностью измерения разности фаз. Можно записать, что
где Наибольшую ошибку вносит первая составляющая. Дальномерная ошибка уменьшается с ростом масштабной частоты.
Рис. 22. Функциональная схема КДГ-3 Однако хорошо известно, что однозначность при измерении разности фаз возможна только в пределах угла Этот принцип положен в основу отечественного геодезического дальномера КДГ-3. Функциональная схема дальномера приведена на рис. 22. Назначение блоков понятно из рисунка. Источником излучения служит полупроводниковый диод из арсенида галлия. Его излучение модулируется задающим генератором и направляется на зеркальный отражатель, установленный на противоположном конце измеряемой линии. Отраженное излучение принимается приемной системой и фокусируется на фотоэлектронном умножителе. Особенностью дальномера является то, что процессы фазового детектирования и гетеродинирования сигналов происходят непосредственно в околокатодном пространстве ФЭУ. Эти процессы осуществляются таким образом. Часть напряжения от задающего генератора подается на смеситель. Одновременно на него же подается напряжение от стабилизированного кварцами гетеродина. На выходе смесителя образуется промежуточная частота 100 кГц, которая через фазовращатель подается на специальный электрод у фотокатода ФЭУ. На другой электрод подаегся напряжение от гетеродина. Таким образом фототок, вызываемый принятым от отражателя излучением, будет еще вторично модулироваться высокочастотным сигналом, создаваемым гетеродином. Это приведет к появлению в фототоке ФЭУ переменной составляющей с разностной частотой задающего генератора и гетеродина, т. е. с частотой 100 кГц. Фаза этой переменной составляющей фототока будет зависеть от измеряемого расстояния. Полученная переменная составляющая фототока взаимодействует с электрическим полем, создаваемым напряжением, подаваемым на верхний электрод со смесителя через фазовращатель и коммутатор фазы. При этом происходит фазовое детектирование, так как фототок будет зависеть от разности фаз между опорным и отраженным сигналами. Фазовращатель позволяет плавно изменять фазу опорного сигнала, что дает возможность довести разность фаз между опорным и отраженным сигналом до 90 или 270°. При этом отсчет по шкале фазовращателя соответствует разности фаз между опорным и. отраженным сигналами. Сигнал с ФЭУ подается на синхродетектор и нуль-индикатор. Показания нуль-индикатора будут равны нулю при разности фаз между опорным напряжением и отраженным сигналом, равной 90 или 270°. При этом Измеряемое расстояние можно выразить таким образом:
где Таблица 9 (см. скан) Основные характеристики геодезических дальномеров [15] Поскольку В табл. 9 приведены некоторые характеристики зарубежных и отечественных геодезических дальномеров.
|
1 |
Оглавление
|