SU938660A1

SU938660A1 - Device for remote measuring of distances

Info

Publication number: SU938660A1
Application number: SU802924106A
Authority: SU
Inventors: М.Т. Прилепин; А.С. Медовиков; В.Н. Морозов; А.Б. Сергеев; С.Е. Солодов
Original assignee: Московский Институт Инженеров Геодезии,Аэрофотосъемки И Картографии
Priority date: 1980-05-05
Filing date: 1980-05-05
Publication date: 1985-03-15

Abstract

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЙ, содержащее интерферонетр Майкельсона, двухчастотный стабилизированный лазер и фотоприемник, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, модул тор , соединенный с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона , и вычислительный блок, отличающеес тем, что, с целью увеличени дальности действи , оно снабжено генератором парных им-пульсов , коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли пор дка .интерференции, соединенным входом с выходом фотоприемника, а выходом с входом вычислительного блока, при этом генератор парных импульсов сое динен выходом с вторым входом вычислительного блока и с входом коммутатора частот лазера, соединенного выходом с двухчастотным стабилизированным лазером.. 2. Устройство по П.1, о т л и (Л чающеес тем, что, измеритель дробной доли пор дка интерференции состоит из резонансного усилител , соединенного входом с выходом фотоприемника , и измерител амплитуды со со перв)й гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилите00 л , а выходом - с первым входом выоь числительного блока. а1. DEVICE FOR MEASURING DISTANCE REMOTE comprising interferonetr Michelson dual frequency stabilized laser and a photodetector, disposed respectively upstream and downstream of the Michelson interferometer, a modulator coupled to the reflector to a reference channel Michelson interferometer, and computing unit, characterized in that, in order to increase range, it is equipped with a generator of paired pulses, a laser frequency switch and a fractional meter for the order of the interference connected by the input the output of the photodetector, and the output with the input of the computing unit, while the generator of paired pulses is connected to the output of the second input of the computing unit and with the input of the laser frequency switch connected to the output with a dual-frequency stabilized laser .. 2. The device according to claim 1, O TL (It is, of course, that the fractional fraction meter for the interference order consists of a resonant amplifier connected by an input to a photodetector output, and an amplitude meter from the first harmonic, connected by an input to a resonant amplification 0 l, and the output - with the first input of the numeral block. but

Description

Изобретение относитс к области геодезического приборостроени и мо жет использоватьс дл измерени рассто ний между объектами, Известно устройство дл дистанци онного измерени рассто ний, содер .жащее двухлзгчевой интерферометр и измеритель дробной доли пор дка интерферешщи lj. Это устройство позвол ет измерить смещение концевого отражател двух учевог о интерферометра с точностью примернб 10 доли интерфереивдонной полосы, что составл ет 5.-10 мкм. Однако этим устройством невозмож но измерить целые числа пор дков интерференции, что делает его непригодным дл уточнени рассто ний, если оно предварительно не известно с точностью до половины длины волны излзгчени используемого источника. света (0,2-0,4 мкм). Известно устройство дл дистанци онного измерени рассто ний, содержащее двухчастотньй лазер и измеритель дробных долей пор дков интерфе рендан на частотах излучени лазера С23, Недостатком этого устройства вл етс наобходимость перестройки частоты в диапазоне между реперными частотами. Это приводит к использованию дорогих перестраиваемых лазеров . Крсциетого, при выполнении высокоточных: измерений больших рассто ний (д0 1 км) необходима точна фиксаци концевых частот, что возможно осущ&с:твить, В частности, с помощью дополнительного стабилизированного лазера и монохроматора D При этом, измер емое рассто ние вьиисл ют по формуле г(,- скорость света в воздухе; концевые частоты; N - число сосчитанных импул сов (разность пор дков интерференции). Это устройство предназнйченр дл измерени длины интерферомегра, т.е дл измерени небольших рассто ний (дъ нескольких метров) в услови х стационарной атмосферы и обладает сложной конструкцией. Наиболее близким техническим решением к предложенному вл етс устройство дл дистанционного измерени рассто ний, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотный стабилизированный лазер и фотоприемник , расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона , модул тор, сое;щненный с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона, и вычислительный блок fA. Недостатком этого устройства вл етс небольшой диапазон измерений ( несколько дес тков метров), так как в нем не предусмотрено исключение вли ни атмосферы. Цель изобретени - увеличение длительности действи . Цель достигаетс тем, что устройство дл дистанционного измерени рассто ний, содержащее интерферометр Майкельсона, двухчастотный Стабилизированный лазер и фотоприемник , расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, модул тор, соединенньй с отражателем опорного канала интерферометра Майкельсона, и вычислительный блок, снабжено генератором парных импульсов, коммутатором частот лазера и измерителем дробной доли пор дка интерференции, соединенньм входом с выходом фотоприемника , а вькодом со входом вычисли- тельного блока, при этом генератор парных импульсов -соединен выходом со вторым входом вычислительного блока и со входом коммутатора частот лазера, соединенного выходом с двухча .стотным стабилизированным лазером. Кроне.того поставленна цель дополнительно достигаетс тем, что измеритель дробной доли пор дка интерференции состоит из резонансного усилител , .соединенного входом с выходом фотоприемника, и измерител амплитуды первой гармоники, соединенного входом с выходом реэонансного усилител , а выходом с первым входом вычислительного блока. На чертеже представлена функциональна схема устройства дл дистанционного измерени рассто ний. Устройство дл дистанционного измерени рассто ний содержит интерферометр Майкельсона, состо щий из полупрозрачного зеркала 1, отражате3 л 2 рабочего канала и отражател 3 опорного канала, двухчастотный стабилизированный лазер 4 и фотоприемник 5, расположенные соответственно на входе и выходе интерферометра Майкельсона, измеритель 6 дробной доли пор дка интерференции, соединен ньй входом с выходом фотоприемника 5 вычислительный блок 7, соединенньй первым входом с выходом измерител 6 дробной доли пор дка интерференщш , генератор 8 парных импульсов, соединенный выходом со вторым входом вычислительного блока 7, коммутатор частот лазера .4, соединенный входом .с выходом генератора 8 парных импуль сов, а выходом с двухчастотным стаби лизированньгм лазером 4, и модул тор 10, соединенный с отражателем 3 опор ноге канала интерферометра Майкельсо При этом измеритель 6 дробной дол пор дка интерференции состоит из резонансного усилител 11, соединенного входом с выходом фотоприемника 5, и измерителем 12 амплитуды первой гармоники, соединенного входом с выходом резонансного усилител 11,а выходом с первым входом вычислительного блока 7; модул тор 10 может быть выполнен, например, пьезокерамическим . Устройство дл дистанционного измерени рассто ний работает следующим образом.Стабилизированньй двухчастотный лазер 4 излучает на частоте за врем длительности одного изпарных импульсов, вырабатываемых генератором 8 парных импульсов, и на ч астоте -02 .за врем длительности второго парного импульса. Излучение на часто тах - и л) поступает в интерферометр Майкельсона, расщепл етс полупрозрачным зеркалом 1 и, отразившис от отражател 2 и 3 рабочего и опорного каналов сводитс в один пучок полупризрачным зеркалом 1 и направл етс им на светочувствительную площадку фотоприемника 5. Измерител 6 дробной доли пор дка интерференции измер ет дробную долю интерфере ционной полосы и вьфабатывает электрический сигнал, пропорциональный этой доле интерференционной полосы, поступающий на первый вход вычислительного блока 7. Генератор 8 парны импульсов управл ет переключением 0 частот двухчастотного стабилизированного лазера 4 с помощью коммутатора 9 частот лазера 4 и этим же сигналом, поступающим на второй вход вычислительного блока 7, определ ет врем усреднени сигналов от измерител 6 дробной доли пор дка интерференции , поступающих на первый вход вычислительного блока 7. При этом, пьезокерамический модул тор 10, измен положение отражател 3 опорного канала, вызьшает модул цию оптической разности хода на выходе интерферометра .. Сигналы с выхода фотоприемника 5 поступают на резонансный усилитель 11,. . на частоту модул ции положени -;05:р жател .3 опорного канала HHTep tepoiieVpu Шйкельсона . Резонансный усилитель t J вьщел ет из них первую rapMoraiKy, величину которой определ ет измеритель 12 амплитуды первой гармоники. Величина сигнала на выходе измерител 12 амплитуды пропорциональна дробной доли пор дка интерференции. При этом дистанционное определение рассто ни осуществл етс в вычислительном блоке 7 следуюпщм образом . Предварительно по величине рассто ни D , измеренного с точностью -- 2 см, например, с помощью светодальнометра , вычисл етс по формуле (1) разность целых пор дков интерференции И на частотах излучени лазера л), , 1 . Затем ввод т в вы-; .числительный блок 7 измеренные с помощью измерител 6 дробной доли пор дка интерференции дробные доли пор дков интерференции Д,, Д соответственно. частотах VT г Производитс вычисление целого числа пор дков интерференции М на частоте излучени -J лазера по формуле . (.A, где Д,, ДЛИНЫ волн, соответствуюп91е частотам из-, лучени -V, , зера. Искомое уточненное рассто ние определ етс по формуле: D(. Из формулы (3) видно, что относительна ошибка измерени определ етс стабильностью частоты лазера, котора имеет величину 10. тепьно, если исключить вли ние сферы на результат измерений, то от- носительна .погрешность измере1Шй величины рассто ни О так же составит величину 10.The invention relates to the field of geodetic instrumentation and can be used to measure distances between objects. A device for distance measurement of distances is known, containing a two-way interferometer and a fractional meter for interfluid lj. This device allows to measure the displacement of the end reflector of the two interferometer with an accuracy of about 10 fractions of the interferometric bottom band, which is 5. -10 µm. However, this device cannot measure integer order of interference, which makes it unsuitable for specifying the distance if it is not previously known to within half the effective wavelength of the source used. light (0.2-0.4 microns). A device for distance measurement of distances is known, which contains a two-frequency laser and a fractional fraction meter for interferd orders at C23 laser radiation frequencies. The disadvantage of this device is the need for frequency tuning in the range between reference frequencies. This leads to the use of expensive tunable lasers. When performing high-precision measurements of large distances (d0 1 km), it is necessary to precisely fix the end frequencies, which can be done with, for example, using an additional stabilized laser and a monochromator. At the same time, the measured distance is determined by formula r (, is the speed of light in air; end frequencies; N is the number of counted pulses (difference of interference patterns). This device is intended for measuring the length of an interferomegre, i.e. for measuring small distances (d few meters) under conditions st It is a stationary atmosphere and has a complex structure.The closest technical solution to the proposed is a device for remote measurement of distances, containing a Michelson interferometer, a dual-frequency stabilized laser and a photodetector located at the input and output of the Michelson interferometer, modulator connected to a reference Michelson interferometer channel, and the computing unit fA. The disadvantage of this device is a small measurement range (several tens of meters), since it does not provide for the exclusion of atmospheric effects. The purpose of the invention is to increase the duration of action. The goal is achieved by the fact that a device for remote measurement of distances, containing a Michelson interferometer, a dual-frequency Stabilized laser and a photo-receiver located at the input and output of the Michelson interferometer, a modulator connected to the reflector of the reference channel of the Michelson interferometer, and a computational unit are equipped with a pair of pulses , a laser frequency switch and a fractional fraction meter for the order of interference, a connected input with a photodetector output, and a code with an input into In this case, the generator of paired pulses is connected to the output of the second input of the computing unit and to the input of the laser frequency switch connected to the output from a two-hour stabilized laser. The goal of this goal is additionally achieved by the fact that the fractional fraction meter of the interference order consists of a resonant amplifier, connected by an input to the photoreceiver, and an amplitude meter of the first harmonic, connected by an input to the output of the resonant amplifier, and an output to the first input of the computing unit. The drawing shows a functional diagram of a device for remote distance measurement. The device for remote distance measurement contains a Michelson interferometer consisting of a semitransparent mirror 1, reflector 3 of the working channel and reflector 3 of the reference channel, a dual-frequency stabilized laser 4 and a photodetector 5 located respectively at the input and output of the Michelson interferometer, meter 6 fractional pores For interference, connected by an input to an output of a photo-receiver 5, a computing unit 7, connected by a first input to an output of a meter 6, a fractional part of the order of an interference, generator 8 pairs pulses connected by an output to a second input of a computing unit 7, a laser frequency switch .4 connected by an input to an generator output of 8 paired pulses, and an output to a dual-frequency stabilized laser 4, and a modulator 10 connected to a reflector 3 channel foot Michelso interferometer In this case, the fractional fraction meter 6 consists of a resonant amplifier 11 connected by an input to the output of a photodetector 5, and a measuring instrument 12 of the amplitude of the first harmonic connected by an input to the output of a resonant amplitude 11, and output to the first input computing unit 7; The modulator 10 can be made, for example, piezo-ceramic. A device for remote measurement of distances works as follows. A stabilized two-frequency laser 4 emits at a frequency for the duration of one of the pair of pulses produced by the generator of 8 pair of pulses, and at a frequency of -02 for the duration of the second pair of pulses. The radiation at the frequencies of - and l) enters the Michelson interferometer, is split by a translucent mirror 1 and, reflected from the reflector 2 and 3 of the working and reference channels, is reduced into one beam by a semi-transparent mirror 1 and is directed by it to the photosensitive area of the photodetector 5. Meter 6 fractional the fraction of the order of interference measures the fractional fraction of the interference band and produces an electrical signal proportional to this fraction of the interference band fed to the first input of the computing unit 7. The generator 8 is paired with it pulses controls switching 0 of the frequencies of a two-frequency stabilized laser 4 using the switch 9 of the frequencies of the laser 4 and the same signal arriving at the second input of the computing unit 7 determines the averaging time of the signals from the meter 6 of the fractional part of the interference order arriving at the first input of the computing unit 7. At the same time, the piezoceramic modulator 10, by changing the position of the reflector 3 of the reference channel, causes modulation of the optical path difference at the output of the interferometer. Signals from the output of the photoreceiver 5 are received and the resonance amplifier 11 ,. . on the frequency of modulation of the position -; 05: RATER .3 of the reference channel HHTep tepoiieVpu Schikelson. The resonant amplifier t J includes the first rapMoraiKy, the value of which is determined by the meter 12 amplitude of the first harmonic. The magnitude of the signal at the output of the 12 amplitude gauge is proportional to the fractional fraction of the order of interference. Here, the distance determination of the distance is carried out in the computing unit 7 as follows. Preliminarily, the distance D measured with an accuracy of –2 cm, for example, using a light-distribution meter, is calculated by the formula (1) the difference of the integer interference orders AND at the laser radiation frequencies l),, 1. Then entered into you; The numeral unit 7 measured with the help of the meter 6 fractional fraction of the order of interference fractional fractions of the interference order D, D, respectively. frequencies VT g. Calculation of an integer number of interference orders M at the radiation frequency -J of a laser using the formula. (.A, where D ,, LENGTH of the waves, corresponding to the frequencies from -, radiation -V,, zera. The sought-for specified distance is determined by the formula: D (. From the formula (3) it can be seen that the relative measurement error is determined by the frequency stability a laser that has a magnitude of 10. warmly, if we exclude the influence of the sphere on the measurement result, then the relative error of the measured distance O will also be equal to 10.

Вли ние флюктуации атмосферы на результат измерени можно исключить, например, ограничением времени регистрации интерференционной картины. Дл этого выполн етс р д измерений на двук частотак излучеаа -t , А лазера за малые промежутки времени k с послед спщм осреднением в вы числительном блоке 7. Поскольку известно , что спектры флюктуащхи амплитуды и разности фаз не 1февосход т 1 кГц. Следовательно, г следует выбирать л 1 мс.The effect of atmospheric fluctuations on the measurement result can be eliminated, for example, by limiting the time of recording the interference pattern. For this purpose, a series of measurements is performed on two frequencies of the radiation -t, A of the laser for small periods of time k with the latter by averaging in the calculating unit 7. Since it is known that the spectra of the fluctuating amplitude and phase difference are not 1frame and 1 kHz. Therefore, g should choose l 1 ms.

С другой стороны, корелл хщоаные св зи флюктуафш оптич :ко ч сигнала на приземных трассах затухают за врем «I с. Поэтому целесообразно выбрать вр енной интервал t между отдел измерени ми : 1 с. Величины и Т О11редел ют длительность пар. импульсов генератода 8 парных импульсов и интервал между 1ими«On the other hand, Corella communications oscillations of optical signals: signal signals on surface paths decay in time “I s. Therefore, it is advisable to choose the time interval t between divisions: 1 s. Values and T O11 determine the duration of pairs. Generator pulses 8 paired pulses and the interval between 1 "

Предложенное устройство позвол ет измер ть рассто ни до 1 км. в один этап, то есть по дальномерному прин ,-7 ципу с относительной погрешностью 10The proposed device makes it possible to measure distances up to 1 km. in one stage, that is, on the range-finding principle, -7 tsip with a relative error of 10

М/Д/ А.хM / D / A.x

юYu

ипаиш llUIIIIIIfipashi llUIIIIIIf

Claims

1. DEVICE FOR REMOTE DISTANCE MEASUREMENT, containing a Michelson interferometer, a dual-frequency stabilized laser and a photodetector located respectively at the input and output of the interferometer ^: Michelson, a modulator connected to the reflector of the reference channel of the Michelson interferometer, and a computing unit, characterized in that, in order to increase the range, it is equipped with a pair of pulses generator, a laser frequency switcher and a fractional fraction meter of the interference order connected to the input with the output the photodetector, and the output with the input of the computing unit, while the pair pulse generator is connected by the output to the second input of the computing unit and to the input of the laser frequency switch connected to the output of a dual-frequency stabilized laser.

2. The device according to p. with the first input of the computing unit.

099886 ’HS