Выбор принципа измерения малых временных интервалов

Для определения расстояния при помощи светодальномера необходимо зафиксировать величину временного отрезка в течении которого носитель информации – импульс света пройдёт путь между началом и концом измеряемой линии.

Прежде всего следует отметить что скорость распространения света близка к 300 000 км./сек. За одну миллиардную долю секунды наносекунды (нс), свет проходит расстояние равное 30 см. Необходимая точность геодезических измерений колеблется от 1-2 см. до десятых долей см.

Следовательно, точность измерения временных отрезков должна быть в пределах от десятых до тысячных долей нано­секунды.

Принцип действия такого светодальномера заключается в следующем, (рис. 1)

Отдельные короткие импульсы света, излучаемые импуль­сным источником света 1, направляют на полупрозрачную пластину 2, с помощью которой часть энергии светового им­пульса отражается и поступает в приёмное устройство 4, где от данного сигнала включаются электронные часы.

Другая часть энергии светового импульса проходит через пластину 2, попадает на отражатель 5, установленный на дру­гом конце линии, отражается от него проходит линию в об­ратном направлении попадает на зеркало 3 ,а затем в приёмное устройство 4 , и выключает электронные часы.

Скорость света известна. Длина линии может быть вычислена по формуле:

(2) или (3)

Рассмотренная схема импульсного светодальномера лежит в основе многих типов современных светодальномеров. Одним из существенных недостатков этих дальномеров состоит в том , что для выполнения точных геодезических измерений необходимо использовать импульсные сигналы с очень крутыми фронтами, которые практически реализовать и передать без искажений весьма трудно.

Решение проблемы значительно упрощается в случае применения фазовых методов определения отрезков времени прохождения светового сигнала вдоль измеряемой линии.

Фазовый метод измерения расстояний

Упрощённая принципиальная схема фазового светодальномера

Свет от источника непрерывного излучения падает в виде параллельного пучка на непрозрачный диск 1, вращающийся в плоскости, перпендикулярной световому потоку с угловой скоростью . В диске сделан вырез в виде стрелки. Световой поток в своём поперечном сечении на выходе из диска будет соответствовать форме выреза, т.е. будет иметь форму стрелки, которая вращается в пространстве с угловой скоростью .

Поместим на пути светового потока полупрозрачную пласти­ну 2, от которой часть светового потока отразится в сторону. Направим с помощью зеркал 3 и 4 эту часть потока на экран 5, представляющий собой прозрачный диск на котором нанесена круговая градусная шкала. В результате на экране можно наблю­дать изображение стрелки, вращающееся с угловой скоростью .

Другую часть светового потока прошедшую через полупроз­рачную пластину 2. направим на отражатель установленный на другом конце линии. После прохождения линии в прямом и обратном направлениях световой поток с помощью зеркала 4 также спроектируем на экран 5 и получим второе изображение стрелки. Так как длинна световых потоков существенно различается по времени прохождения различных по длине путей на экране можно наблюдать два изображения стрелки вращающихся с одинаковой угловой скоростью ω, но образу­ющих между собой угол . Этот угол и называется фазовым.

Фазовый угол служит основным параметром, с помощью которого определяется время прохождения светового сигнала от источника света до отражателя. То есть, измерив фазовый угол между двумя световыми потоками можно определить расстояние между двумя точками ситуации.

Определить величину фазового угла можно путём фотогра­фирования экрана 5 за очень короткий промежуток времени. Положение стрелок на шкале может быть произвольным угол между ними величина постоянная и зависит от длины измеря­емой линии.