Обобщённая функциональная схема светодальномера

Рассмотрим порядок работы и основные требования, предъявляемые к основным узлам светодальномера, а так же к передающей и принимающей оптическим системам. Как уже было сказано передающая и принимающая системы в современных светодальномерах объединены в одну систему однако назначение их работы различно.

Для работы дальномера в качестве источника света используют полу­проводниковые и лазерные излучатели. Излучатель должен обеспечивать высокую интенсивность излучаемой энергии в узком спектральном диапазоне.

Поскольку для осуществления фазовых измерений во всех видах светодальномеров необходимы модулированные колебания, то излуча­емый поток света подвергается модуляции колебаниями масштабной частоты, которые вырабатывает генератор масштабной частоты.

Для обеспечения высокой точности измерений световой поток модули­руют частотами в десятки мегагерц. Основное требование предъявляе­мое к модулятору состоит в том , чтобы потери света были минимальны­ми ,а глубина модуляции - максимальной. Во многих типах современ­ных дальномеров излучатель и модулятор объединяются в один узел.

Вырабатываемая генератором масштабная частота, определяет длину полуволны которой измеряется расстояние. По этому основным требованием предъявляемым к генератору масштабной частоты явля­ется стабильность вырабатываемых частот. Для достижения этих требо­ваний используются кварцевые резонаторы.

Так как в дальномер введена линия ОКЗ до в требование к передаю­щей оптической системы включается дополнительная функция-стабиль­ность сигнала на линии ОКЗ.

Приёмная оптическая система принимает оптический модулированный сигнал от отражателя и направляет его на ФЭУ, где он преобразуется в электрический и направляется в фазоизмерительное устройство, в котором измеряется разность фаз между опорным и информационными сигналами.

На трактах опорного и информационного сигналов в схему включён гетеродин вырабатывающий дополнительные частоты позволяющие с большей точностью измерять расстояние. Смешивание и разделение этих частот производится в смесителях стоящих на пути опорного и информационного сигналов.

В схему дальномера введен микропроцессор ,который связан с фазоизмерительным устройством, управляет всем процессом измерений и вы­дает на табло величину измеренной линии.

Источники излучения оптического диапазона

К оптическому диапазону относятся электромагнитные колебания с длиной волны от 0,001мкм (10 – 6 м.) до 1,0 мм. Источники света или источники несущих колебаний должны отвечать следующим требованиям:

1. Мощность источника должна обеспечивать прохождение сигнала от из­дателя до отражателя и обратно с наименьшими потерями , и достаточ­на для, уверенной работы приёмного устройства дальномера. Мощность источника измеряется в ваттах и их производных милливаттах мегаваттах.

2. Излучатель должен формировать световой луч в узконаправленный пучок ориентированный на отражатель. Этот показатель измеряется в ваттах на кв. метр. Или вт/мм², вт/см².

3. Излучение должно концентрироваться в узком спектральном диапазоне,

чтобы отделить его от широкополосного солнечного излучения.

4. Излучение должно быть поляризовано, т.е. вектор напряжённости электромагнитного поля был направлен строго в направлении светового луча.

5. Излучатели должны быть компактными. Потребляемая ими энергия дол­жна быть минимальной.

Всем этим требованиям в большей или меньшей степени удовлетворяют оптические квантовые генераторы – лазеры и полупроводниковые светодиоды.

Лазер – устройство, при помощи которого электрическая энергия преобразуется в световую в результате атомарных процессов происходящих реактивном веществе. Лазер состоит из трёх основных частей:

1. Активное вещество.

2. Система накачки.

3. Оптический резонатор.

Активное вещество составляет основу лазера, так как именно оно является источником индуцированного излучения. Система накачки используется для создания в активном веществе индуцированного излучения.

Оптический резонатор состоит из двух зеркал - непрозрачного и зеркала прорезью в центре для прохождения светового луча. Торцовые поверхности лазерной трубки наклонены к оси под углом «Брюстера», что обеспечивает поляризацию светового потока. Наиболее широкое распространение в дальномерах получил гелий – неоновый лазер. Основа этого лазера- кварцевая или стеклянная трубка заполненная смесью гелия и неона. Длина трубки от 10 до 50 см. к концам трубки припаяны кварцевые пластины под углом «Брюстера» к оси трубки. По обе стороны трубки размещены зеркала оптического резонатора которые тщательно юстируются. Возбуждение активного вещества производится путем введения в него электродов анода – собирателя электронов и катода – испускателя электро­нов. К которым подводится высокое напряжение порядка 1000 в.

Излучение в лазере создаётся атомами неона, а атомы гелия играют вспомо­гательную роль. Длина волны светового излучения 0,63мкм. Газовые лазеры применяются в геодезических светодальномерах Кварц, Гранат, СГ-3 для измерения базисных сторон.