RU1810753C - Recirculating light range finder - Google Patents

Recirculating light range finder

Info

Publication number
RU1810753C
RU1810753C SU894769463A SU4769463A RU1810753C RU 1810753 C RU1810753 C RU 1810753C SU 894769463 A SU894769463 A SU 894769463A SU 4769463 A SU4769463 A SU 4769463A RU 1810753 C RU1810753 C RU 1810753C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
trigger
radiation
output
pulse
Prior art date
Application number
SU894769463A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Дмитриевич Жарников
Владимир Леонидович Козлов
Игорь Александрович Малевич
Original Assignee
Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина filed Critical Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина
Priority to SU894769463A priority Critical patent/RU1810753C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1810753C publication Critical patent/RU1810753C/en

Links

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Использование: измерительна  техника . Сущность изобретени : рециркул ционный дальномер содержит 1 блок запуска (1), 1 источник излучени  (2), 2 приемника излучени  (3, 7), 2 линии задержки (4, 11), 1 вычислительный блок (5), 1 спектральный селектор (6), 2 формировател  импульсов (8, 9), 1 триггер (10), 1 элемент И (12), 1 элемент ИЛИ (13), 1 источник тока (14). 1-13-4-2, 6-3-8-10-5-1, 6-7-9-10-13, 8-11-12-1, 9- 12-5-10. 2 ил.Usage: measuring technique. The inventive recirculating range finder contains 1 trigger unit (1), 1 radiation source (2), 2 radiation receivers (3, 7), 2 delay lines (4, 11), 1 computing unit (5), 1 spectral selector ( 6), 2 pulse shaper (8, 9), 1 trigger (10), 1 AND element (12), 1 OR element (13), 1 current source (14). 1-13-4-2, 6-3-8-10-5-1, 6-7-9-10-13, 8-11-12-1, 9-12-5-10. 2 ill.

Description

L-L-

I---УI --- Y

0000

о -ч ел соooh eat with

Изобретение относитс  к дальномер- ным устройствам и может быть использовано в геодезии, строительстве, монтаже крупных инженерных сооружений.The invention relates to rangefinder devices and can be used in geodesy, construction, and installation of large engineering structures.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  рассто ний.The purpose of the invention is to increase the accuracy of distance measurement.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.In FIG. 1 shows a functional diagram of a device; in FIG. 2 are timing diagrams illustrating its operation.

Устройство содержит последовательно соединенные блок запуска 1, элемент ИЛИ 13, первую-линию задержки 4, источник излучени  2, второй вход которого соединен с источником посто нного тока 14, а также спектральный селектор 6, выходы которого оптически св заны с приемниками излучени  3.7, соединенными через формирователи импульсов 8, 9 к S- и R-входам триггера 10, выход которого соединен с входом элемента ИЛИ 13, элемент И 12, втора  лини  задержки 11, вычислительный блок 5, счетные входы которого соединены выходом триггера 10, а информационный - с выходом элемента И 12.The device contains a serially connected trigger unit 1, OR element 13, a first delay line 4, a radiation source 2, the second input of which is connected to a constant current source 14, and a spectral selector 6, the outputs of which are optically coupled to radiation receivers 3.7 connected through pulse shapers 8, 9 to the S- and R-inputs of trigger 10, the output of which is connected to the input of the OR element 13, element And 12, the second delay line 11, the computing unit 5, the counting inputs of which are connected by the output of the trigger 10, and the information - with exit lementa and 12.

Дл  лучшего понимани  сущности изобретени  по сним в начале работу источника излучени  2. В качестве источника излучени  в за вл емом устройстве используетс  полупроводниковый лазер. Источник тока 14 задает через лазерный диод посто нный ток, величина которого несколько превышает пороговое значение, при котором начинаетс  генераци  лазерного излучени . Если затем на посто нное смещение накладывать импульсы длительностью 50-100 не, то во врем  действи  электрического импульса лазер начинает светить в другой спектральной области, т.е. при отсутствии импульса лазер излучает на одной длине волны А2, а при подаче импульса излучает на длине волны AI причем Аг At (во врем  действи  импульса спектр излучени  сдвигаетс  в коротковолновую область).For a better understanding of the invention, I will first take into account the operation of radiation source 2. A semiconductor laser is used as the radiation source in the inventive device. The current source 14 sets a constant current through the laser diode, the value of which slightly exceeds the threshold value at which the generation of laser radiation begins. If then pulses with a duration of 50-100 ns are applied to a constant bias, then during the action of an electric pulse, the laser begins to shine in a different spectral region, i.e. in the absence of a pulse, the laser emits at a single wavelength A2, and when a pulse is applied, it emits at a wavelength AI where Ar At (during the action of the pulse, the emission spectrum shifts to the short-wavelength region).

На фиг. 26 показано излучение лазера на длине волны , на фиг. 2в - на длине волны Ki. Разность Аа -Ai может достигать величины 50-100 А.In FIG. 26 shows laser radiation at a wavelength; FIG. 2c - at the wavelength Ki. The difference Aa -Ai can reach a value of 50-100 A.

Перейдем к описанию работы за вл емого устройства в начальный момент времени по сигналу внешнего запуска, блок запуска 1 формирует импульс (фиг. 2а), который через элемент ИЛИ 13 и линию задержки 4 поступает на источник излучени  2. Источник тока 14 задает режим работы лазера по посто нному току таким образом, чтобы он непрерывно генерировал лазер- kpe излучение, В момент импульса запуска также происходит обнуление триггера 10 поLet us proceed to the description of the operation of the claimed device at the initial time by the external trigger signal, the trigger unit 1 generates a pulse (Fig. 2a), which, through the OR element 13 and delay line 4, enters the radiation source 2. The current source 14 sets the laser operation mode DC so that it continuously generates a laser-kpe radiation. At the moment of the trigger pulse, trigger 10 is also reset to zero

00

55

00

55

00

55

00

55

С-входу, а вычислительный блок приходит в исходное состо ние. Оптическое излучение лазера 2, отраженное от объекта, попадает на спектральный селектор 6, в котором происходит пространственное разделение излучени  на два пучка, в одном из них концентрируетс  излучение с длиной волны AI (фиг. 26) и попадает на приемник излучени  3, в другом - с длиной волны Аа (фиг. 2в) и попадает на приемник излучени  7.C-input, and the computing unit returns to its original state. The optical radiation of the laser 2 reflected from the object falls on the spectral selector 6, in which the radiation is spatially divided into two beams, in one of them the radiation with a wavelength of AI is concentrated (Fig. 26) and hits the radiation receiver 3, in the other with a wavelength of Aa (Fig. 2c) and hits the radiation receiver 7.

Спектральное разрешение этих систем таково, что позвол ет выделить составл ющие спектра излучени , наход щиес  на межмодовых рассто ни х, т.е. 5-10 А. После регистрации оптических импульсов под положительному перепаду напр жени  на выходах приемников излучени  3, 7 (из лог. О в лог. 1) формирователи импульсов 8, 9 формируют импульсы (фиг. 2г, д соответственно ), которые по S- и R-входам переключат триггер 10, таким образом, что на его выходе формируетс  импульс (рис. 2ж), длительность которого равна разности времен прихода с дистанции оптических импульсов с разной длиной волны излучени  AI и А 2. Электрический импульс с выхода триггера 10 затем через элемент ИЛИ 13 и линию задержки 4 поступает в блок 2 и на дистанцию снова посылаетс  оптический импульс на длине волны AI . Следовательно, в системе установитс  процесс рециркул ции, период которого будет определ тьс  задержкой излучени  на дистанции и посто нной электрической задержкой, определ емой длительностью задержки в линии 4.The spectral resolution of these systems is such that it is possible to isolate the components of the emission spectrum located at the intermode distances, i.e. 5-10 A. After registering optical pulses under a positive voltage drop at the outputs of radiation receivers 3, 7 (from log. O to log. 1), pulse shapers 8, 9 generate pulses (Fig. 2d, e, respectively), which in S - trigger 10 is switched to the R inputs, so that a pulse is generated at its output (Fig. 2g), the duration of which is equal to the difference between the times of arrival of optical pulses from the distance with different radiation wavelengths AI and A 2. Electric pulse from the output of trigger 10 then through the element OR 13 and the delay line 4 enters the bl ok 2 and the optical pulse at the AI wavelength is again sent to the distance. Consequently, a recirculation process will be established in the system, the period of which will be determined by the delay of radiation at a distance and a constant electric delay, determined by the duration of the delay in line 4.

Таким образом, во врем  действи  электрического импульса на дистанцию посылаетс  оптический импульс на длине волны, после окончани  электрического импу/1ьса на дистанцию посылаетс  излучение с длиной волны АЙ. Так как скорость распространени  оптического излучени  в воздухе зависит от длины волны, причем Аа AI , то задержки на дистанции излучени  с длиной волны AI будет больше, чем с А2 .Thus, during the action of an electric pulse, an optical pulse is sent to the distance at a wavelength, after the end of the electric impulse, radiation with a wavelength of AH is sent to the distance. Since the speed of propagation of optical radiation in air depends on the wavelength, with AA AA, there will be more delay at the radiation distance with wavelength AI than with A2.

Разность оптических задержек равн етс :The difference in optical delay is:

00

55

Д1 D1

()(1)()(1)

ССSS

где L - измер емое рассто ние;where L is the measured distance;

С - скорость света в вакууме;C is the speed of light in vacuum;

щ, па - коэффициенты преломлени  воздуха на длинах волн AI , А2 .u, pa are the refractive indices of air at wavelengths AI, A2.

Следовательно, фронт оптического импульса с длиной волны А2 придет с дистанции раньше спада импульса с длиной волны AI на величину А г (фиг. 26, в), и длительность импульса на выходе триггера 10 каждый период рециркул ции будетConsequently, the front of an optical pulse with a wavelength of A2 will come from a distance earlier than the decay of a pulse with a wavelength of AI by A g (Fig. 26, c), and the pulse duration at the output of trigger 10 each recirculation period will be

уменьшатьс  на At (фиг. 2ж). В начальный момент времени блок запуска 1 формирует импульс, длительностью Т + 1з, где 1з - длительность задержки линии 11. Каждый период рециркул ции длительность импульса на выходе триггера 10 уменьшаетс  на At, и когда она станет равной 1з на входах элемента И 12, импульсы совпадут (фиг. 2д, е) и на его выходе по витс  импульс (фиг, 2з), попадающий в блок запуска 1, с которого на источник излучени  2 будет подана исходна  длительность импульса. Сигнал с выхода элемента И 12 также подаетс  на информационный вход блока 5, где происходит вычисление величины At по следующей формулеdecrease by At (Fig. 2g). At the initial time, the trigger unit 1 generates a pulse of duration T + 1z, where 1s is the delay time of line 11. Each recirculation period, the pulse duration at the output of trigger 10 decreases by At, and when it becomes equal to 1z at the inputs of element And 12, the pulses coincide (Figs. 2e, e) and at its output a pulse (Figs. 2h) hits the trigger unit 1, from which the initial pulse duration will be applied to the radiation source 2. The signal from the output of the element And 12 is also fed to the information input of block 5, where the calculation of the value of At by the following formula

At At

NN

(2)(2)

где N - число периодов рециркул ции от момента запуска до момента по влени  импульса на выходе элемента И 12.where N is the number of recirculation periods from the moment of start up to the moment of occurrence of a pulse at the output of element And 12.

При запуске с выхода элемента 12 блок 1 формирует импульс длительностью Т и в режиме рециркул ции он суммируетс  в элементе ИЛИ 13 с импульсом длительностью ta с выхода триггера 10, и таким образом запускающий импульс равн етс  Т + тз. При внешнем запуске в начальный момент времени блок 1 формирует импульс Т + тз и, следовательно, запускающий импульс на входе источника излучени  2 остаетс  всегда одинаковой величины.When starting from the output of element 12, block 1 generates a pulse of duration T and, in recirculation mode, it is summed in element OR 13 with a pulse of duration ta from the output of trigger 10, and thus the triggering pulse is T + tz. With an external start-up, at the initial moment of time, block 1 generates a pulse T + T3 and, therefore, the trigger pulse at the input of radiation source 2 always remains the same.

По сним алгоритм работы вычислительного блока 5.I will take a look at the algorithm of the computing unit 5.

В нем по значению частоты рециркул ции определ етс  врем  оптической задержки и, значит, дальность до объекта, а по разности оптических задержек на различных длинах волн находитс  средн   скорость распространени  излучени  вдоль линии наблюдени , что учитываетс  при вычислении результата дальности. Этот происходит следующим образом. Справедливо соотношение:It determines the optical delay time and, therefore, the distance to the object from the value of the recirculation frequency, and the average speed of radiation propagation along the observation line, which is taken into account when calculating the range result, is found from the difference in optical delays at different wavelengths. This happens as follows. The fair ratio is:

ni Amп. п0 5ь () где no, ni - показатели преломлени  воздуха дл  длины волныАч при стандартной температуре (значение беретс  из справочника) и при услови х измерений, соответственно;ni Amp. n0 5b () where no, ni are the refractive indices of air for the wavelength Ah at standard temperature (the value is taken from the reference book) and under the measurement conditions, respectively;

А По, Ащ - разности показателей преломлени  на длинах волн А2 , AI при стандартной температуре и в услови х измерений, соответственно.And By, Asch are the refractive index differences at the wavelengths of A2, AI at standard temperature and under measurement conditions, respectively.

Учитыва  (3), дальность вычисл етс  по формуле:Taking into account (3), the range is calculated by the formula:

где torn - врем  задержки на дистанции излучени  с длиной волны AI .where torn is the delay time at the radiation distance with wavelength AI.

В этой формуле величины п0, Лп0. С известны и берутс  из справочника, t0m опре- дел етс  по частоте рециркул ции, значение Ani находитс  из формул (1), (2) после небольших математических преобразованийIn this formula, the quantities n0, nn0. C are known and taken from the reference book, t0m is determined by the recirculation frequency, the value of Ani is found from formulas (1), (2) after small mathematical transformations

1010

Дл, ,-.For,, -.

i -torni -torn

(5)(5)

Так как в формуле (5) величину At с относительной погрешностью лучше, чем 10 -10 практически определить сложно, то и значение ni следует брать с такой жеSince in formula (5) the value of At with a relative error is better than 10 -10 is practically difficult to determine, the value of ni should be taken with the same

погрешностью, т.е. нет необходимости учитывать зависимость от температуры.error, i.e. no need to consider temperature dependence.

Следовательно, вычислительный блок 5 содержит два счетчика, один из которых измер ет частоту рециркул ции, а второй -число периодов рециркул ции до по влени  импульса на выходе элемента И 12, а также вычислительную схему на базе микропроцессора , производ щую математическую обработку полученной информации поTherefore, the computing unit 5 contains two counters, one of which measures the recirculation frequency, and the second — the number of recirculation periods before the pulse appears at the output of the And 12 element, as well as a microprocessor-based computational circuit that mathematically processes the obtained information using

формулам (2), (4), (5).formulas (2), (4), (5).

Таким образом, благодар  использованию оригинального режима работы источника излучени  и введению в устройство блоков спектрального селектора, второгоThus, thanks to the use of the original mode of operation of the radiation source and the introduction into the device of the blocks of the spectral selector, the second

приемники излучени , двух формирователей импульсов, триггера и других, в за вл емом устройстве одновременно с измерением рассто ний удаетс  получить информацию о скорости распространени receivers of radiation, two pulse shapers, a trigger, and others, it is possible to obtain information on the propagation velocity simultaneously with the distance measurement device in the inventive device

Claims (1)

излучени  вдоль линии наблюдени  и учесть ее значение при расчете дальности по величине оптической задержки, что повышает точность измерени  рассто ний. Формула изобретени radiation along the observation line and take its value into account when calculating the distance from the magnitude of the optical delay, which increases the accuracy of measuring distances. The claims Рециркул ционный светодальномер, содержащий блок запуска, источник излучени , первый приемник излучени , первую линию задержки и вычислительный блок, отличающийс  тем, что, с цельюA recirculating light-range finder comprising a trigger unit, a radiation source, a first radiation receiver, a first delay line and a computing unit, characterized in that, for the purpose of повышени  точности, он снабжен спектральным селектором, установленным перед первым приемником излучени , вторым приемником излучени , оптически сопр женным со спектральным селектором, первым и вторым формировател ми импульсов, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго приемников излучени , источником посто нного тока, соединенным с источником излучени , второй линией задержки, элементами ИЛИ, И и D-триггером, D-вход которого соединен с общей шиной, S- и R-входы - соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов, С-вход - с входомTo increase accuracy, it is equipped with a spectral selector installed in front of the first radiation receiver, a second radiation receiver optically coupled to the spectral selector, first and second pulse shapers, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the first and second radiation receivers, and a constant current source connected with a radiation source, a second delay line, elements OR, AND and a D-trigger, the D-input of which is connected to a common bus, S- and R-inputs, respectively, with the outputs of the first and second form irovateley pulses, P-input - to the input сброса вычислительного блока и входом внешнего запуска блока запуска, а выход D-триггера соединен со счетными входами вычислительного блока и входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом блока запуска, а выход через первую линию задержки - с источником излучени ,the reset of the computing unit and the external trigger input of the trigger unit, and the output of the D-trigger is connected to the counting inputs of the computing unit and the input of the OR element, the second input of which is connected to the output of the trigger unit, and the output through the first delay line to the radiation source, выход первого формировател  импульсов через вторую линию задержки соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с вторым формирователем импульсов, а выход - с входом блока запуска и информационным входом вычислительного блока.the output of the first pulse shaper through the second delay line is connected to the first input of the And element, the second input of which is connected to the second pulse shaper, and the output is connected to the input of the trigger unit and the information input of the computing unit. Л.L. Фиг. 2FIG. 2
SU894769463A 1989-11-20 1989-11-20 Recirculating light range finder RU1810753C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894769463A RU1810753C (en) 1989-11-20 1989-11-20 Recirculating light range finder

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU894769463A RU1810753C (en) 1989-11-20 1989-11-20 Recirculating light range finder

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1810753C true RU1810753C (en) 1993-04-23

Family

ID=21484808

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU894769463A RU1810753C (en) 1989-11-20 1989-11-20 Recirculating light range finder

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1810753C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР ISfe 365558, кл. G 01 С 3/08, 1973. Патент US № 3645624, кл. G 01 С 3/08, 1971 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5742379A (en) Device and method for electronically measuring distances
US4553836A (en) Method and apparatus for electrooptical distance measurement
JP2896782B2 (en) Pulse type lightwave distance meter
US7212278B2 (en) Method and device for recording a three-dimensional distance-measuring image
US5359404A (en) Laser-based speed measuring device
US6252655B1 (en) Distance measuring apparatus
JP2885807B2 (en) Distance detection device
JPS5848881A (en) Method and device for measuring distance
KR950019772A (en) Optical distance measuring device using phase change and its method
RU1810753C (en) Recirculating light range finder
JP3089332B2 (en) Lightwave rangefinder
US5247342A (en) Light wavelength measuring apparatus including an interference spectroscopic section having a movable portion
JPH06138230A (en) Distance measuring equipment
JP2000266852A (en) Distance-measuring apparatus
US3645624A (en) Range-measuring method and apparatus
JP3183592B2 (en) Distance measuring device
JPH0769422B2 (en) Pulse laser range finder
JP3177708B2 (en) Distance measurement method with lightwave distance meter
JP2853350B2 (en) Laser distance measuring device
JP3486223B2 (en) Distance measuring device
SU1760315A1 (en) Pulse distance meter
JPH05312950A (en) Ranging apparatus and method
JPH08105971A (en) Ranging method using multi-pulse and device therefor
JP7252783B2 (en) distance measuring device
SU1364870A1 (en) Range-measuring device