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

ее значение считывается со шкалы генератора, градуируемой по кварцевому калибратору. Индикация разности фаз — визуальная. Для повышения точности индикации применен «способ сравнений». Для этого по выходе из демодулятора свет направляется в двояко­ преломляющую пластинку, в которой он расщепляется на две соста­ вляющие (обыкновенный и необыкновенный лучи). В результате этого в поле зрения окуляра видны два световых пятна и визуально фиксируется момент, когда ихяркость становится одинаковой. Это имеет место при сдвиге фаз на 90 или 270°. Светодальномер ТД-1 имеет только одну трубу с линзовым объективом диаметром 70 мм.

Светодальномером КДГ-3 возможно в любое время суток изме­ рять расстояния от 20 до 1200 м с точностью ± (2 -|-5) см.

Для разрешения неоднозначности имеется три фиксированные частоты с номинальными значениями около 30 МГц. Индикация разности фаз фотоэлектрическая, по стрелочному прибору. В ком­ плект дальномера входят трипельпризменные или зеркально-линзо­ вые отражатели. Потребляемая мощность — около 5 Вт.

Полный вес комплекта с источниками питания (сухие элементы) и одним отражателем составляет 48 кг.

Общий вид приемо-передатчика и отражателя дан на рис. 112. Особенностью КДГ-3 является в первую очередь то, что в нем источником излучения является некогерентный оптический нванто-

* При серийном производстве этому дальномеру присвоен шифр СМ-3.

170

вый генератор из арсенида гарлия (светодиод). Его спектр излучения лежит в области 0,9 мкм и имеет ширину около 300 ангстрем. Срав­ нительно узкая полоса излучения позволяет применить интерферен­ ционный светофильтр и тем самым снизить влияние фона. Излучение полупроводникового излуча­ теля модулируется высокой частотой непосредственно по питанию, благодаря чему от­ падает необходимость в отдель­

ном модуляторе.

Блок-схема кдг-3 предста­ влена на рис. ИЗ. Полупровод­ никовый излучатель 2 моду­ лируется кварцевым генерато­ ром 1, и излучение напра­ вляется оптической системой 3 на отражатель 4. Отраженное

.іішіштншшшшштш ■

Рис. 112

излучение попадает в оптическую систему 5 и далее посылается на фотокатод фотоумножителя типа ФЭУ-28 8. Для контроля положе­ ния нуля имеется система ОКЗ.

Напряжение от кварцевого генератора 1 одновременно поступает на смеситель 11. На этот же смеситель поступает напряжение от вспомогательного кварцевого генератора 12, частота которого отли­ чается на 100 кГц от частоты основного генератора 1.

Напряжение промежуточной частоты 100 кГц (опорное напряже­ ние) со смесителя 11 через фазовращатель 10 поступает на коммута­ тор фазы 9 и далее на накладной управляющий электрод ФЭУ 6. На второй управляющий электрод 7 поступает напряжение от вспо­ могательного генератора 12. Так как свет, пришедший от отражателя,

171

модулирован колебаниями с частотой генератора 1, то в результате взаимодействия возникакщего при этом фототока с напряжением вспомогательного генератора 12 появляется фототок, пульсирующий с разностной частотой 100 кГц. При этом фаза его зависит от рас­ стояния, пройденного световым сигналом. В результате же взаимо­ действия этого фототока с напряжением той же частоты, поступа­ ющим на электрод 6 (т. е. в результате фазового детектирования), получается сигнал, несущий информацию об измеряемом расстоянии.

Фазовращателем 10, изменяющим фазу опорного напряжения, разность фаз опорного сигнала и сигнала, пришедшего от отража­ теля (пли с ОКЗ), доводят до 90 или 270°, и со шкалы фазовраща­ теля считывают искомую разность фаз.

Коммутатор фазы 9 меняет скачком на 180° фазу опорного напря­ жения. В результате этой коммутации в выходном токе фотоумно­ жителя появляется составляющая, имеющая частоту 1 кГц, ампли­ туда которой зависит от разности фаз. Прп атом при разности фаз 90 или 270° амплитуды минимальны.

С фотоумножителя усиленный низкочастотный сигнал поступает на синхронный (балансный) детектор 13 п далее на нуль-индпкатор 14 — стрелочный прибор с нулем в середине шкалы, по которому и оценивается момент достижения разности фаз 90 или 270°.

Для исключения некоторых ошибок фазовращателя в опорный тракт введена фазосдвнгающая цепочка. При включении вводится дополнительный сдвиг примерно на 90°. Измерения выполняются один раз с дополнительным сдвигом, второй — без него.

Как уже говорилось, для разрешения неоднозначности приме­ нены три .масштабные частоты, а именно: 30 МГц, 29,9 МГц н 27 МГц. Вспомогательный генератор генерирует колебания с частотами, отличающимися от масштабных на 100 кГц. Для получения каждой пз частот имеется свой кварцевый резонатор.

Оптическая система КДГ-3 — однотрубная, зеркально-линзовая. Разделение посланного и принятого сигналов происходит на свето­ делительном зеркале, выполненном в виде чередующихся прозрач­ ных н зеркальных полос. Действующая площадь как при передаче, так и прп приеме сигнала равна половине действительной площади объектива.

Для наведения на отражатель имеется возможность приемную оптическую систему использовать как зрительную трубу.

Так как излучение лежит в невидимой области, то визуальное наведение может быть выполнено только грубо. Уточнение произво­ дится по показаниям стрелочного прибора, по которым можно судить об уровне приходящего сигнала,

§ 27. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НЕКОТОРЫХ ЗАРУБЕЖНЫХ СВЕТОДАЛЬНОМЕРАХ

Как уже отмечалось во введении, за последнее десятилетие во многих странах мира разработано довольно значительное число различных типов светодальномеров. Впервые до серийного выпуска

172

были доведены разработанные в Швеции светодальномеры типа «Геодиметр» (фирма «AGA»).

С 1956 г. был начат выпуск геодиметра NASM-2A. Это был пер­ вый зарубежный светодальномер, получивший общее признание и широко использованный на геодезических работах. В дальнейшем как фирма «AGA», так и другие зарубежные фирмы разработали большое количество светодальномеров различного типа.

Естественно, что описать все выпускаемые светодальномеры невозможно, поэтому ниже мы остановимся лишь на некоторых из них.

Геодиметр NASM-2A. Большой светодальномер «Геодиметр NASM-2A» дает возможность измерять расстояния до 25—30 км, а в условиях хорошей видимости и больше. Точностыізмеренип опре­ деляется выражением

М = ±(1 + 2.10-°/)) см.

Для разрешения неоднозначности применены три фиксирован­ ные частоты модуляции: 10,0 МГц, 10,05 МГц и 10,3 МГц. Фазоизмерительная часть по принципу работы такая же, как в ЭОД-1. Приведение к разности фаз в 90 или 270° достигается е помощью фазовращателя, вводящего в опорный сигнал фазовую задержку, изменяемую от некоторой постоянной величины до более чем пол­ ного цикла.

Показания фазовращателя калибруются по длинной оптической линии: полная длина ее переменной части 15,6 м, что соответствует изменению дистанции на 7,8 м. Благодаря такой калибровке оказы­ вается возможным исключить нестабильность фазовых задержек в опорном тракте, а также нелинейность фазовращателя п тем самым повысить точность измерений.

Общий вид геодиметра NASM-2A показан на рис. 114. Он состоит из приемо-передатчика, собираемого из двух блоков: электриче­ ского, весящего без упаковки 46 кг, и оптического, который, также без упаковки, весит 48 кг, и отражателей. В упаковках, каждый из блоков приемо-передатчика весит около 100 кг. Оптические системы, как передающая, так и приемная — зеркально-линзовые, с диамет­ ром зеркал 300 мм. Потребляемая мощность — 140 Вт. Отражатели используются трипельпризменные, по 7 призм в блоке. При работе можно соединить три блока.

Блок-схема геодиметра NASM-2A дана на рис. 115. Свет от 20-ваттной лампы накаливания модулируется по интенсивности ячейкой Керра с двумя поляроидами и передающей оптической сис­ темой посылается на отражатель. Ячейка Керра питается от генера­ тора высокой частоты, стабилизированного кварцевым резонатором. Используются попеременно три кварцевых резонатора. Фазоизмери­ тельная часть принципиально такая же, как в ЭОД-1. Основное отличие то, что фазовращателем можно изменять фазу в широких пределах (от 0 до 180°).

173

Прн. измерении расстояний свет направляется на отражатель, серым клином устанавливается необходимый уровень принятого сигнала, и изменением фазовой задержки получают нулевые пока­ зания индикатора фазы при четырех положениях фазового переклю­ чателя. Вычисляется среднее из четырех отсчетов по фазовраща­ телю. Затем свет переводится в оптическую линию и подбирается такая ее длина, прн которой среднее из четырех отсчетов по фазо­ вращателю при изменении длины оптической линии было бы близ­ ким к полученным при измерении расстояния. Затем длина оптиче­ ской линии несколько изменяется с таким расчетом, чтобы показа-

Рпс. 114

ния фазовращателя, полученные при работе на дистанции, оказа­ лись заключенными между полученными ранее, и теми, которые будут получены при данной длине оптической линии. Действитель­ ный перевод показаний фазовращателя в линейную меру осуще­ ствляется путем интерполяции. Обычно для удобства интерполяции длину линии увеличивают на 10 см.

Выполнив такие измерения на трех частотах, можно получить необходимые данные для вычисления длины линии.

Для работы с геодезического сигнала NASM-2A не приспособлен. В комплекте нет подставки для установки прибора на столике сиг­ нала.

Геодиметр Модель 8. В 1968 г. фирма AGA выпустила геодиметр Модель 8, основным отличием которой от предыдущих моделей является применение в качестве источника излучения газового, гелий-неонового лазера. Общий вид приемо-передатчика показан на рис. 116.

174

Электрическая схема дальномера подобна схеме светодальномера

«Кварц». В качестве модулятора света применена сложная ячейка Поккельса на кристаллах кдп.

Коллимирующая оптическая система имеет увеличение 15х и сжимает световой пучок примерно до 20". Приемная оптическая система, расположенная параллельно передающей, имеет световой диаметр 90 мм и фокусное расстояние 600 мм.

„ Для исключения влияния электрических фазовых задержек в приооре имеется ОКЗ.^ Перед фотоумножителем помещен узкополосный

интерференционный светофильтр. Уровень светового сигнала регу­ лируется серым клином.

Рпс. 116

Благодаря применению лазера с очень хорошими характеристи­ ками (мощность излучения 5 мВт, расходимость пучка около 2,5'

аметРе на В1?Х0Де 0,6 мм, гарантированный срок службы 5000 ч) дальность действия дальномера весьма значительная: в усло­

виях хорошей видимости до 60 км и больше, хотя оптимальными следует считать расстояния в пределах 25 -j- 50 км. Дальномер

характеризуется ошибкой + (0,5 -f- 2-10~eD) см. Методика измере­ ний такая же, как и для светрдальномера «Кварц».

Теодолит 3G. Светодальномер Теодолит 3G разработан фирмой «Спектра-Физикс» (США). Он предназначен для выполнения специ­ альных инженерно-геодезических работ, особенно тех, при которых требуется измерение линий большой протяженности с высокой точ-

176

ностыо. Для полного использования возможностей Геодолита недо­ статочно обычно применяемого метода учета влияния метеорологиче­ ских факторов (измерение метеоэлементов на концах линии). При измерениях необходимо производить прямое измерение показателя преломления вдоль линии с помощью специального прибора — реф­ рактометра. Такие приборы разрабатываются, по пока существуют лишь в макетах. Без одновременного применения рефрактометра' Теодолит может обеспечить лишь немногим большую точность, чем, например, «Кварц» или Геодиметр Модель 8. Общий вид прибора дан на рис. 117.

В светодальномере Теодолит 3G использован гелий-неоновый ла­ зер с длиной волны излучения

чения лежит в диапазоне 50 МГц. Для разрешения неоднозначности используются более низкие ча­

стоты. Фазовые измерения ведутся на промежуточной частоте около 5 кГц. Дальномер полностью автоматизирован, и измеряемое рас­ стояние считывается с цифрового индикатора, измерение линии занимает 2—3 мин. Инструментальная погрешность ±1 мм.

Дальность действия прибора в светлое время — до 65 км, в тем­ ное — до 80 км. Светодальномер состоит из нескольких блоков. Измерительный блок весит 47 кг. Электронный блок весит 17 кг и цифровой индикатор — 3 кг. Отражатели — трипельпризменные. Потребляемая мощность — 400 Вт.

Дистомат DI-10. Светодальномер DI-10 фирмы Вильд (Швейца­ рия) предназначен для измерения расстояний до 1000 м в любое время суток. Источник излучения в дальномере — арсенид-галлие- вый светодиод мощностью 0,5 мВт с длиной волны излучения около 0,9 мкм. Точность измерений 1-^-2 см. Результат измерений считы­ вается с цифрового табло через 10 с после нажатия кнопки. На из­ мерение линии затрачивается около 30 с.

Приемником излучения’является кремниевый фотодиод. Измери­ тельная частота лежит в диапазоне 15 МГц. Общий вид прибора дан на рис. 118. С трехпризменным отражателем возможно измерять

расстояние только до 500 м, для измерения расстояний до 1000 м необходим шестипризмеиный отражатель.

Светодальнрмер состоит из двух блоков; приемо-передатчика весом 7,2 кг и измерительного, весящего вместе со встроенным 12 В аккумулятором 13,8 кг. Потребляемая мощность — 10 Вт. Трех­ призменный отражатель весит 3,2 кг.

Рис. 118

Особенностью этого светодальномера является сочетание прин­ ципа разрешения неоднозначности путем изменения частоты с изме­ рением расстояния на фиксированной частоте. Для разрешения неоднозначности частота плавно изменяется от 13,48686 до 14,98540 МГц и при этом автоматически подсчитывается п и вычис­ ляется N. Домер фазового цикла для получения окончательного результата производится при работе на частоте 14,98540 МГц (длина волны 20 м), стабилизированной кварцем. При этом фазометр рабо­ тает на низкой частоте, получающейся в результате смешения частот двух генераторов.

178

Светодальномер ЕОК-2000. Разработанный народным предприя­

в любое время суток. Внешний вид прибора дан на рис. 119. Источ­ ник излучения — арсеиид-галлиевый светодиод. Приемник-фотоум­ ножитель. Передающая и приемная оптические системы раздельные. Однако благодаря небольшому диаметру объективов (32 и 35 мм) они перекрываются трипельпризмой, и при измерении коротких расстояний осложнений не возникает. Блок-схема электрической части такая же, как у «Квар­ ца». Масштабных частот три: 30; 30,3 и 33 МГц. Раз­ ностная частота, на которой ведется измерение фазы, — 7,5 кГц. Инструментальная ошибка ±1 см. Отсчеты сни­ маются со шкалы фазовра­ щателя, в качестве которой используется механический цифровой счетчик. Для упро­ щения методики вычислений этот счетчик имеет приспо­ собление для сброса показа­ ний. Контроль положения нуля выполняется по съе­ мочной насадке, играющей роль оптического короткого замыкания.

Для питания прибора используется 12 В аккумулятор, от кото­ рого он потребляет мощность 8 Вт. Вес приемо-передатчика — 12 кг.

Особенностью ЕОК-2000 является введение в него, кроме основ­ ного излучателя, вспомогательного источника видимого света. Это создает известные удобства при наведении прибора на отража­ тель; наблюдая с помощью окуляра -через приемную оптическую систему отражателя, можно по появлению отраженного света судить о том, как наведен инструмент.

С трехпризменным отражателем можно измерять расстояния до 1 км. С одной призмой можно измерять линии до 0,5 км, а для измерения линий длиной 2 2,5 км необходим девятипризменный отражатель.

Рег-Эльта 14. В последнее время наметилась тенденция сочетать в одном приборе угломерный инструмент и светодальномер. В раз­ работанном фирмой «Оптон» (ФРГ)" приборе Рег-Эльта 14 не только осуществлено такое сочетание, но и автоматизирован процесс изме­

показан на рис. 120. Дальность действия — до 2 км. Точность изме­ рения линий ±1 см, горизонтальных углов ±3", время измерения —