книги из ГПНТБ / Генике, А. А. Геодезические фазовые дальномеры

конденсатора между базой и коллектором одного из транзисторов. В результате этого в сердечнике трансформатора Тр4 возникает изме­ няющийся во времени магнитный поток, величина которого пропор­ циональна разности токов і\ и і'[. При этом в различных обмотках трансформатора Тр1 индуктируются э. д. с., пропорциональные скорости изменения магнитного потока.

Представим себе, что после включения источника, на обмотках трансформатора Трх возникают э. д. с. такой полярности, как пока­ зано на рис. 97. Появление положительного напряжения па эмит- \ тере транзистора Т г вызывает увеличение тока в коллекторной цепи того же транзистора, что приводит к дальнейшему увеличению магнитного потока в сердечнике трансформатора, а следовательно, и положительного напряжения на эмиттере транзистора Т х. В резуль­ тате наблюдается лавинообразный процесс, который заканчивается тем, что транзистор Т х открывается, а транзистор Т 2 запирается (так как на эмиттере последнего индуктируется э. д. с. отрицатель­ ной полярности).

Транзистор Т х будет открыт до тех пор, пока магнитный поток в сердечнике трансформатора не достигнет насыщения. При этом скорость изменения магнитного потока резко уменьшается. В итоге уменьшаются и э. д. с., индуктируемые во всех обмотках трансфор­ матора, в том числе и э. д. с. на эмиттере транзистора Т ѵ Такое уменьшение приводит к уменьшению тока коллектора этого транзи­ стора, что вызывает появление э. д. с. противоположной полярности (на рисунке знаки э. д. с. показаны в скобках).

Теперь уже положительное напряжение UI на эмиттере транзи­ стора T z создает условия для отпирания этого транзистора. И наобо­ рот, отрицательное напряжение U3 на эмиттере транзистора Т х содействует запиранию последнего. Отпирание транзистора T z и запирание транзистора Т 4 также происходят лавинообразно. Затем снова наступает режим насыщения магнитного потока в сердечнике трансформатора Т р х, после чего процесс начинает повторяться.

Таким образом, поочередное отпирание и запирание транзисторов задающего генератора приводит к тому, что на вторичных обмотках IУу и Wy трансформатора Тр t возникает переменное напряжение, форма изменения которого близка к прямоугольной.

Для увеличения мощности колебаний, создаваемых задающим генератором, используется усилитель на транзисторах Т3 и Г4. Этот усилитель, так же как и задающий генератор, собран по двух­ тактной схеме с объединенными коллекторами, но каждый транзи­ стор здесь работает по схеме с общим эмиттером.

Основная особенность данного усилителя состоит в том, что он работает тоже в ключевом режиме. При таком режиме управляющее напряжение, подаваемое с обмоток W'y и W’v на вход транзисторов Т з и Г4, выбирается таким, чтобы при положительном напряжении на эмиттере каждый транзистор работал в режиме насыщения, т. е. был полностью открыт, а нри отрицательном — полностью закрыт.

Таким образом, транзисторы Т3 и Т4 усилителя мощности также

150

Г л а в а III

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ТИПЫ СВЕТО- И РАДИОДАЛЬНОМЕРОВ

§ 23. СВЕТОДАЛЬИОМЕР СВВ-1

Разработанный в СССР и успепшо испытанный еще в 1953 г. первый серийно изготовляющийся отечественный светодальномер за истекшее время подвергался неоднократной модернизации. Здесь мы дадим описание СВВ-1 образца 1961 г.

Светодальномер имеет визуальную индикацию и переменные масштабные частоты в диапазоне от 9,6 до 10,4 МГц. Приведение к заданной разности фаз, равной 0°, достигается изменением мас­ штабной частоты, которая измеряется гетеродинным волномером. Дальность действия — днем до 5 км, а в темное время суток прп использовании в качестве источника света лампы ДАЦ-50 и при хорошей видимости — до 20 км.

Основными частями дальномера являются приемо-передающий блок, волномер, блок питания н отражатели. Общий вес комплекта без передвижной электростанции — около 100 кг; потребляемая мощность — около 350 Вт.

Прп нормальной работе дальномер обеспечивает точность изме­ рения длин линий порядка ±(2 + 2-10~6D) см.

На рис. 98 дан общий вид дальномера, а на рис. 99 — общий вид волномера. Блок-схема дальномера СВВ-1 приведена нарис. 100.

Световой поток от лампы И направляется конденсором в моду­ лятор — ячейку Керра, имеющую только входной поляроид /74 (выходной поляроид ставится’лишь для юстировки). К конденсатору Керра ККі подводится высокочастотное напряжение от генератора переменной частоты н постоянное напряжение смещения. Напряже­ ние смещения получают путем сложения анодного напряжения, подаваемого на выходную лампу генератора, с выпрямленным напряжением, снимаемым с выходного контура.

Модулированный свет направляется передающей оптической сис­ темой на отражатель. Отразившись от него, свет попадает в прием­ ную оптическую систему, в фокусе которой помещена вторая ячейка

используемой в качестве демодулятора, расположен так, что его электроды развернуты на 90° относительно электродов первого конденсатора. Такое расположение соответствует работе так назы­ ваемым «компенсационным способом». Высокочастотное напряжение поступает на демодулирующую ячейку от того же генератора, кото­

152

рый используется для питания модулятора. Такое подключение обеспечивает синхронную работу обеих ячеек Керра.

Электроды второго конденсатора Керра располагают в предметной плоскости окуляра. Для исклю­ чения возможной несимметрии двух

трактов в процессе измерений меняют функции труб. Дости­ гается это тем, что окуляр ставят на место конденсора и источника света, а последние — на место окуляра.

Поляроиды модулятора (Uj) и демодулятора (П2) скрещены, и при отсутствии напряжения на конденсаторах Керра свет в глаз наблюдателя не попадает.

Если к конденсаторам Керра приложено модулирующее напря­ жение, то количество света, попадающего в глаз наблюдателя, будет

153

зависеть от разности фаз между опорным и принимаемым сигналами, которая в свою очередь зависит как от величины измеряемого расстояния, так и от значения частоты модуляции. Разности фаз, крат­ ной 2зт, соответствует минимум света, который фиксируется визу­ ально. Для получения этого минимума оператор изменяет частоту модуляции, а в момент фиксации минимума измеряет данную частоту гетеродинным волномером. В схеме волномера имеется опорный термостатированный кварцевый генератор на частоту 10 МГц. Непо­ средственно волномером измеряется только разность между частотой

модуляции и частотой кварцевого опорного генератора. Максималь­ ное значение этой разностной частоты не превышает 400 кГц (10,0— 9,6 МГц или 10,4—10,0 МГц). Ошибка измерения разностной частоты волномером составляет 20—40 Гц. Суммарная' предельная ошибка измерения частоты модуляции не превосходит 5 • 10~6 от измеряемой частоты. Приближенное значение частоты модуляции может быть определено с помощью высокочастотного генератора, шкала кото­ рого оцифрована в произвольных единицах.

Примененный в СВВ-1 компенсационный способ повышает точ­ ность индикации минимума света. Рассмотрим основные характер­ ные особенности этого способа.

Обратимся к рис. 101, на котором показано размещение элемен­ тов, необходимых для реализации этого метода, и ход лучей. Свет от источника поляризуется в плоскости с помощью поляроида П, ось которого ориентирована относительно электрического поля

154

конденсатора Керра К і под углом 45°. Если к К 4 приложить посто­ янное напряжение, то лун при прохождении конденсатора Керра рас­ щепляется на два: обыкновенный и необыкновенный, идущие с раз­ ной скоростью. На рисунке кривая, представляющая крлебання необыкновенного луча, заполнена штриховкой. Мы видим, что не­ обыкновенный луч обгоняет' обыкновенный, в результате чего на выходе из К і у них образуется разность хода (разность фаз) Дер, и свет становится эллиптически поляризованным. Величина раз­ ности фаз зависит от величины приложенного напряжения Е. При Е — 0 Дер = 0, а при Е = Ет Дер = п. Эллиптически поляризован­ ный свет направляется во второй конденсатор Керра К 2, подобный КX- Однако конденсатор К 2 установлен так, что его электроды рас-, положены под углом 90° относительно электродов первого. После выхода из К 2 свет проходит через поляроид А, ось которого располо­ жена под углом 90° относительно оси П (установлен «на темноту»).

Если к К 2 приложить точно такое же постоянное напряжение, как и к КI, то, поскольку они развернуты на 90° друг относительно друга, в К г обыкновенный луч пройдет по пути необыкновенного, и наоборот. В результате, имеющийся сдвиг фаз Дер будет скомпен­ сирован и из К 2 выйдет свет, плоскополярнзованный в той же пло­ скости, что и входящий в Я ,. А таік как поляроиды скрещены, то свет через А не пройдет.

Если приложенные к К ± и К 2 напряжения разной величины, то полной компенсации не будет, и через систему пройдет какая-то часть света, величина которой зависит от соотношения напряжений.

Если оба конденсатора Керра питать синхронно синусоидаль­ ным высокочастотным напряжением (естественно, что одновременно должно быть приложено и напряжение смещения), то соотношение фаз, а следовательно, и степень компенсации будут зависеть от час­ тоты приложенного напряжения / и расстояния между центрами

место полная компенсация, и света на выходе второй ячейки Керра видно не будет. Это соответствует разности фаз обыкновенного и необыкновенного лучей 0 или 2я.

В реальной светодальномерной системе обе описанные выше ячейки Керра располагаются рядом, а на другом конце линии уста­ навливается отражатель. Если расстояние от ячеек Керра до отра-

А. жателя равно D, то полная компенсация имеет место при D = N — ,

Применение компенсационного метода позволяет получить до­ вольно острые минимумы света, что обеспечивает высокую точность измерений. В качестве первичного источника питания для СВВ-1 может быть использована любая передвижная электростанция переменного тока промышленной частоты напряжением 110, 127

155

или 220 В соответствующей мощности. К комплекту СВВ-1 придается передвижная электростанция АБ-1-0/230.

Для выполнения измерений установленные на местах приемо­ передающий блок и отражатель взаимно наводятся. Все блоки соеди­ няются кабелями и подключаются к источнику электроэнергии. За 20—24 мин до начала измерений включают накалы ламп и термо­ стат кварцевого генератора, а за 15—20 мин — накалы ламп волно­ мера и все анодные напряжения. При этом по имеющемуся индика­ тору (неоновой лампе) настраивают выходной каскад усилителя мощ­ ности. Его подстраивают и в процессе измерений. Подачей высоко­ вольтного импульса «поджигают» лампу ДАЦ-50 и уточняют на­ водку на отражатель. После этого дальномер готов к работе. Изме­ нением частоты модуляции получают минимум света на выходе приемной ячейки Керра, и волномером измеряют частоту, при кото­ рой наблюдался минимум.

156

мерными приборами. Светодальномер выпускался небольшими пар­ тиями до 1965 г. В ЭОД-1 используется плавно изменяемая масштаб­ ная частота и фотоэлектрическая индикация. Передающая и прием­ ная оптические системы — зеркально-линзовые, со съемными передними компонентами. Модулятором служит ячейка Керра со скрещенными поляроидами.

Основными частями дальномера являются приемо-передатчик, частотомер, блок питания и отражатели (один или два). Общий вес комплекта около 300 кг, мощность, потребляемая от источника питания (бензоэлектрический агрегат АБ-1), — около 300 Вт.

Внешний вид светодальномера показан на рис. 102 и 103, а на рис. 104 — входящий в комплект зеркально-линзовый отражатель.

Блок-схема ЭОД-1 приведена на рис. 105. Световой поток напра­ вляется в ячейку Керра, к конденсатору которой от усилителя мощности подводится переменное напряжение с плавно изменяемой частотой, имеющей величину около 10 МГц. Для реализации исполь­ зуемого в дальномере парафазного метода индикации разности фаз (см. § 7) на конденсатор Керра одновременно с высокочастотным напряжением подается переменное напряжение трапецеидальной

157

формы, используемое в качестве напряжения смещения. Благодаря этому выходящий из модулятора свет оказывается модулированным по интенсивности высокой частотой, причем фаза «огибающей» свето­ вого потока с частотой 100 Гд изменяется на 180°.

После выхода из ячейки Керра модулированный свет передающей оптической системой посылается на отражатель, а после отражения в обратном направлении свет попадает в приемную оптическую сис­ тему и концентрируется последней на катоде фотоумножителя типа ФЭУ-17. Фотоумножитель используется в дальномере как преобра­ зователь световых сигналов в электрические, а также как демодуля­ тор. Для работы в, режиме последнего на фотокатод относительно 1-го эмиттера подается опорное напряжение, снимаемое с усилителя

' 2500кги гззг+гзэзкгц

Рис. 105

мощности, питающего конденсатор Керра. В результате взаимодей­ ствия фототока и опорного напряжения ток на выходе фотоумножи­ теля оказывается максимальным в тех случаях, когда эти сигналы имеют одинаковую фазу, и минимальным — когда они в противо­ фазе. Фототок усиливается усилителем низкой частоты и поступает в балансный детектор, управляемый тем же трапецеидальным сиг­ налом, который подается на конденсатор Керра. Благодаря этому входящий в состав балансного детектора стрелочный прибор с нулем посредине шкалы будет иметь нулевые показания («нулевая индика­ ция») только в тех случаях, когда опорный сигнал и сигнал, приня­ тый с дистанции, сдвинуты по фазе на 90 или 270°.

Для разрешения неоднозначности и для приведения разности фаз к 90 или 270° в ЭОД-1 изменяется частота модуляции света. Общий диапазон изменения частоты 864 кГц, причем для уменьшения оши­ бок, связанных с измерением частоты, последняя изменяется плавно

158

только в двух ограниченных диапазонах шириной 28 кГц, разне­ сенных на 808 кГц. Такая система обеспечивает разрешение неодно­ значности, начиная с расстояний в 5 км.

Для повышения стабильности частоты модулирующих колебаний и облегчения ее измерения в дальномере использован следующий метод. Колебания от термостатированного кварцевого генератора (см. рис. 105), имеющие частоту 2,5 МГц, подаются в высокочастот­ ный смеситель, куда поступают также колебания от генератора с плавным изменением частоты в пределах от 101 до 108 кГц. В ре­ зультате смешения возникают колебания комбинационных частот (и, в частности, колебания суммарной и разностной частот). Посред­ ством избирательных фильтров, подключаемых с помощью переклю­ чателя диапазонов, на выходе смесителя получают сигнал, частота которого может плавно изменяться в пределах 2601—2608 или 2392— 2399 кГц. После двухкратного удвоения частоты сигнал суммарной илн разностной частоты, изменяемой от 10 404 до 10 432 кГц (I диа­ пазон) или от 9568 до 9596 кГц (II диапазон), поступает на усилитель мощности, а с последнего — на конденсатор Керра и на фотоумножи­ тель. Опорный сигнал предварительно проходит через фазосдвига­ ющее устройство, состоящее пз двух частей.

Первая часть — электрическая линия задержки, собранная из элементов L и С, вводит постоянный фазовый сдвиг. Этот сдвиг нужен для того, чтобы создать в опорном сигнале такую временную задержку, при которой получаются нулевые показания индикатора фазы при пропускании света через калибровочную оптическую линию.

Вторая часть — фазовращатель, представляющий собой пере­ страиваемый в небольших пределах колебательный контур, вводит плавно изменяемый фазовый сдвиг, примерно до 12°. Этот фазовра­ щатель выполняет роль своеобразного микрометренного устройства и используется для взятия на одной масштабной частоте нескольких отсчетов, соответствующих четырем положениям фазового переклю­ чателя (назначение последнего будет пояснено ниже).

Отсчеты по шкале фазовращателя (проградуированной в услов­ ных единицах) переводятся в линейную меру по рптической калибро­ вочной линии, длина которой может изменяться на 88 см, что соответствует изменению дистанции на 44 см.

Для измерения частоты модуляции в момент нулевых показаний индикатора фазы используется частотомер и вспомогательный квар­ цевый генератор на 100 кГц. Частотомер построен на декатронах и имеет емкость 9999 единиц. Наибольшая скорость счета — порядка 10 000 Гц. Счет ведется в течение 2 сек. Интервал счета задается имеющимися в частотомере кварцевыми часами, состоящими из кварцевого генератора на 5 кГц и делителя на декатронах. При изме­ рении частоты плавного генератора колебания от него подают в сме­ ситель, на который поступают и колебания от кварцевого генератора с частотой 100 кГц. Разностная частота, изменяемая в пределах от 1 до 8 кГц, измеряется непосредственно частотомером с точностью до 1 Гц.

159