4.2 Загальна функціональна схема світловіддалеміра першого покоління.

Загальна функціональна схема світловіддалеміра першого покоління.

У СД 1-го покоління використовують оптичні фазометри, які вимірюють різницю фаз на частоті модуляції світла. Основною частиною оптичного фазометра є модулятор, який працює синхронно з модулятором передавача. Модулятор фазометра називається демодулятором. Синхронність роботи модулятора і демодулятора полягає в тому , щоб їх частота роботи була однакова. Це забезпечується тим , що вони працюють під впливом напруги від одного генератора , а саме генератора випромінюваних коливань. Крім цього обов’язково мусить бути відома різниця фаз α модулятора і демодулятора: (4.2), де і - частоти роботи модулятора і демодулятора;

- фаза їх роботи;

- відома величина, яка може бути змінною або постійною.

При виконані рівностей (4.3) сила сигналу після проходження через модулятор і демодулятор є функцією різниці фаз . Вона може мати, наприклад такий вигляд : ), де А і В – коефіцієнти. Якщо визначити силу сигналу І, то отримаємо потрібну різницю фаз . В цьому і полягає суть роботи фазометрів СД 1-го покоління. Силу сигналу на виході з демодулятора вимірює або реєструє індикатор. Ним може бути око спостерігача – тоді реєстрація є візуальною. Відповідно до цього СД 1-го покоління поділяють на дві групи : з візуальною та приладовою реєстрацію різниць фаз. При візуальній реєстрації роль демодулятора і модулятора виконують однакові пристрої , які модулюють світло або за інтенсивністю , або за формою еліпса поляризації. Візуально можна фіксувати лише екстремальні значення інтенсивності світла, тобто мінімуми або максимуми , які відповідають визначеним значенням фазових домірів , наприклад, такі , які дорівнюють 0. Для встановлення максимумів екстремальних інтенсивностей світла або потрібних значень фазових домірів найчастіше плавно змінюють виміри частоти, рідше – різницю фаз роботи модулятора і демодулятора , тобто α. Слід відзначити, що віддалеміри 1-го покоління з візуальною реєстрацією різниці фаз мають просту будову , але зустрічаються вже рідко. Інколи візуальна реєстрація виконується для грубого виміру ліній (на приклад у СГ-3).

У віддалемірах з приладовою реєстрацією різниці фаз індикатором служить мікроамперметр, тому необхідно світловий потік перетворити в фотострум. Це можна зробити після його демодуляції (як у СГ-3) або перед нею (як у геодиметрі NASM2).

В першому випадку модулятором і демодулятором у віддалемірі є однакові пристрої, які можуть модулювати як інтенсивність випромінювання, так і форму еліпса його поляризації. Перетворення світлового потоку після проходження демодулятора виконується за допомогою фотоелектричного помножувача(ФЕП). Якщо перетворення світлового потоку у фотострум проходить перед демодуляцією, то демодулювати треба струм, сила якого змінюється за гармонійним законом з частотою модуляції світла і фазою . Для перетворення у фазометрі відбитого світлового потоку у фотострум і його демодуляції використовують ФЕП. В цьому варіанті у віддалемірі 1-го покоління світловий потік потрібно модулювати тільки за інтенсивністю.

У віддалемірах з приладовою реєстрацією різниці фаз вимірювальна частота може змінюватися плавно або дискретно. Зараз поширені віддалеміри 1-го покоління з приладовою реєстрацією, в яких світловий потік перетворюється у фотострум після демодуляції. При цьому застосовують модуляцію світла, тільки за формою еліпса поляризації. Процес вимірювань цими віддалемірами вдалося значною мірою автоматизувати.

Лекція 5.

Світловіддалеміри другого і третього поколінь.

У світловіддалемірах другого покоління використовують радіоелектронні аналогові фазометри. В них перед вимірюванням різниці фаз перетворюють відбитий модульований світловий промінь в струм, сила якого змінюється з частотою і фазою, що дорівнює частоті і фазі модуляції відбитого світлового потоку. Це перетворення відбувається в ФЕП, тому у віддалемірах 2-го покоління світло може бути модульованим тільки за інтенсивністю. Роль коливання з фазою, що дорівнює , виконує вимірювальна напруга, яку подають на фазометр.

Аналогові фазометри можуть точно вимірювати різницю фаз двох коливань на низьких частотах. Тому виникає необхідність зниження частоти прямого і відбитого коливань перед подачею їх на фазометр, що у віддалемірах виконують способом гетеродинування. Він знижує частоти коливань. У цьому способі зберігається різниця фаз коливань, тобто різниця фаз коливань після зниження їх частоти є такою ж, як перед зниженням. Для гетеродинування у ФЕП потрібно мати допоміжний генератор, який називається гетеродином, і 2 змішувачі: опорний і сигнальний. Частота гетеродина є близькою до вимірювальної частоти. Різницю цих частот вибирають такою, на якій найкраще працює фазометр, застосований у віддалемірі , це, частіше, є низька частота, що дорівнює декільком кГц. На опорний змішувач подають коливання з генератора вимірювальної напруги і з гетеродина. З опорного змішувача отримують коливання низької різничної частоти, фаза яких є прямо пропорційною до фази . Сигнальний змішувач змішує коливання з ФЕП та з гетеродина. З цього змішувача виділяють коливання з частотою, яка дорівнює різниці частот вимірювальних коливань, отриманих з ФЕП, і коливань гетеродина, тобто коливань такої ж частоти, як і ті, що йдуть з опорного змішувача. Їх фаза є прямо пропорційною до фази . Фазометр визначає різницю фаз коливань з опорного і сигнального змішувачей, яка дорівнює .