Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

При работе модулятора и демодулятора в противофазном режиме, наоборот, максимум определится по формуле (295), а минимум — по формуле (294). Следовательно, расстояние можно найти по одной из формул:

при измерении расстояний по максимуму при синфазном режиме

В этих выражениях N соответствует числу полных фазовых цик­ лов, т. е. в данном случае числу целых волн модуляции света, уло­ жившихся в удвоенном расстоянии.

Синфазная работа, т. е. режим, при котором моменты наиболь­

осуществляется приложением к обоим конденсаторам общего напря­ жения от одного генератора. Противофазный режим осуществляется приложением к модулятору и демодулятору поляризующего или мо­ дулирующего напряжений различной полярности. В этом случае между электрическими напряжениями на модуляторе и демодуляторе установится постоянный сдвиг фаз, равный я, и, следовательно, в мо­ мент наибольшего пропускания света модулятором демодулятор не будет пропускать свет, и наоборот. Как при синфазном, так и при противофазном режиме обе ячейки Керра могут быть со скрещенными

• или с параллельными поляроидами.

Регистрация светового потока по способу экстремума наиболее наглядна. Однако в области экстремума ординаты кривой (см. рис. 141) изменяются сравнительно медленно и поэтому фиксирова­ ние максимума или минимума средней величины светового потока происходит со значительной ошибкой. Это вызовет соответствующую ошибку в измеренном расстоянии. Обозначив через ф разность фаз,

то, дифференцируя последнюю формулу, найдем А Ф т і п = ± С з і п ф ^ .

256

Из выражения (289) видно, что ошибка Ая^> регистрации фазы будет наибольшей при г|з, кратном я, т. е. в областях экстремальных значе­ ний. Наименьшая ошибка получается при і|5 = Nn ± -у, когда

крутизна кривой наибольшая. Так, при разрешающей способности глаза по амплитуде в 5% , фазовая ошибка при регистрации макси­ мума (при четырехкратном измерении) составляет около 5°.

Рис . 139

Более высокую точность обеспечивает так называемый компен­ сационный способ экстремума. В этом случае (рис. 139) модулятор, состоящий из поляризатора и конденсатора Керра Къ и демодуля­ тор, состоящий из конденсатора Керра К2 и анализатора, образуют по существу единую ячейку, называемую иногда компенсационной ячейкой Керра. В такой ячейке плоскости поляризации поляриза­ тора и анализатора установлены на скрещивание, оптические оси конденсаторов также образуют между собой угол 90° и располо­ жены под углом 45° к плоскостям поляризации поляризатора и ана­ лизатора. При таком расположении элементов ячейки свет при от­ сутствии напряжения на конденсаторах Керра проходить не будет. При подаче напряжения

и = С/ 0 + E/m sin at

прерывного изменения напряжения будет непрерывно изменяться. Следовательно, в данном случае происходит модуляция фазового сдвига между обыкновенным и необыкновенным лучами. А так как плоско-поляризованный свет, прошедший через анизотропную среду, становится эллиптически поляризованным, причем параметры эл­ липса определяются величиной фазового сдвига грц, то возникнет модуляция по форме эллипса.

После прохождения измеряемого расстояния в прямом и обрат­

Так как электрические поля в конденсаторах Керра взаимно перпендикулярны, то луч, бывший в первом конденсаторе обыкно­ венным, во втором конденсаторе станет необыкновенным и наоборот. Поэтому сдвиг фазы между теми же лучами после конденсатора К2 изменится на величину

ір2 = — (р + q sin at)2,

а полный сдвиг фазы между лучами составит

При скрещенных поляризаторе и анализаторе величина светового потока определится равенством

Ф = Ф А з і п 2 ^ - ;

средняя интегральная величина светового потока, регистрируемая глазом, будет

253

откуда, подставляя, получим формулу, идентичную (296),

Характер изменения светового потока с изменением разности фаз'

2D

ф = — со показан на рис. 140 для способа.лезависимых ячеек Керра (сплошная линия) и для компенсационного способа экстремума (штриховая линия). Из сопоставления графиков видно, что экстре­ мальные значения в обоих случаях совпадают, но скорость измене­ ния светового потока, особенно вблизи минимума, больше для ком­ пенсационного способа. Вследствие этого при той же чувствитель­ ности Д Ф т і п глаза ошибка фиксации разности фаз Аф при компен­ сационном способе в 3—5 раз меньше, чем при способе независимых

Ф

ячеек. Кроме того, дальность действия при компенсационном способе несколько выше из-за меньшего числа поляроидов. В светодальномерах способ независимых ячеек не применяется.

Точность фиксации в минимуме и в компенсационном способе ограничивается тем, что по существу наблюдатель при помощи зри­ тельной памяти сравнивает наблюдаемый световой поток с потоком, существовавшим в предшествующий момент. Значительно выше точ­ ность сравнения двух световых потоков, сменяющих друг друга в од­ ном и том же месте поля зрения, с быстротой, при которой глаз может различить изменения интенсивности света. Точность повышается также в случае, когда сравниваются яркости двух близко расположен­ ных изображений одного и того же объекта. При использовании обоих способов сравнения при измерении расстояний разность ярко­ стей двух изображений приводится к нулю, и потому эти способы иногда называют нулевыми.

Реализовать нулевой метод можно, меняя скачком режим работы одной из ячеек Керра с синфазного на противофазный. На рис. 141 утолщенной линией показан ход изменения интегральной интенсив­ ности света в синфазном режиме работы модулятора и демодулятора, а тонкой линией — такая же кривая для противофазно работающих ячеек. Если демодулятор скачком переводится из синфазного режима

в противофазный, то при произвольной разности фаз ф величина светового потока будет поочередно принимать то одно, то другое значение и наблюдатель будет видеть мерцания изображения отра­ жателя, наблюдаемое в окуляр приемной системы дальномера. Из­ меняя частоту модуляции, можно достигнуть равенства соответству­ ющих световых потоков, т. е. исчезновения мерцания. Это наступит

Нулевой метод можно реализовать, если в приемной оптической системы разделить принимаемый световой поток на два, а затем каж­ дый из них подать на отдельный демодулятор. Демодуляторы при этом должны работать один в синфазном, а другой — в противофаз­ ном режимах. Тогда наблюдатель будет одновременно видеть два изображения отражателя. Изменяя частоту модуляции так же, как и при способе мерцаний, можно добиться одинаковой яркости изобра­ жений ^при ф = 2я (N • Частоту, соответствующую экстре­ муму, можно найти по формуле (300).

К числу нулевых методов относится также способ, реализуемый с помощью предложенного Ф. П. Носковым двойного анализатора. Анализатор (рис. 142), изготовленный в виде окулярной насадки, со­ стоит из тонкой пластины исландского шпата, разделяющей пада­ ющий на нее после приемного конденсатора Керра световой поток на два плоско-поляризованных пучка. Так как плоскости поляриза­ ции пучков отличаются на 90°, то одно изображение отражателя соот­ ветствует изображению при скрещенных поляроидах, а другое — изображению при параллельных поляроидах. В связи с этим яр ­ кости изображений отражателя меняются в противофазе так, как и в рассмотренных вариантах нулевого метода. При помощи поворота анализатора, установленного между пластинкой и глазом, можно

260