Файл: Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве учеб. пособие.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 105

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

ние фаз выходящего из модулятора и поступившего в приемник светового потока. Для обеспечения синхронности модуляции и фазового детектирования на модулятор и фазовый детектор по­ дается одно и то же напряжение с частотой f от генератора. На­ пряжение, подаваемое на фазовый детектор, носит названиеопорного.

Фазовое детектирование может осуществляться визуально,, непосредственной оценкой интенсивности демодулированногосветового потока, или фотоэлектрически — с помощью фотоум­ ножителя, преобразующего световой поток в электрическое на­ пряжение. В зависимости от этого светодальномеры разделяют на визуальные и фотоэлектрические.

Рассмотрим результирующую взаимодействия световогопотока, пришедшего с дистанции, с приемным устройством светодальномера для простейшего случая, а именно: модуляция свето­ вого потока и чувствительность (пропускная способность) приемника изменяются по синусоидальному закону. Модулиро­ ванный световой поток А, выраженный в каких-либо светотехни­

ческих

единицах,

прошедший

расстояние 2Д и поступивший в=

приемник, выразим

уравнением

 

 

 

 

 

 

 

А = а0 + a sin (erf— А),

 

 

 

(И.30>

где а0

— постоянная составляющая светового

потока;

а—амп­

литуда

модулированного

света;

А — домер

фазового

цикла [см.

формулу ( I I . 10)].

 

 

 

 

 

 

 

Чувствительность В приемного устройства, выраженную в от­

носительной мере, напишем в виде

 

 

 

 

 

 

В = b0 + bs\nwt,

 

 

 

(11.31 >

где Ь0

— среднее значение чувствительности;

b — амплитуда из­

менения чувствительности.

 

 

 

 

 

Оптимальные условия для работы светодальномера имеют

место при а0 = а и

b0~b.

 

 

 

 

 

значе­

В каждый бесконечно малый промежуток времени dt

ние светового потока, воспринимаемого приемником,

 

 

 

dO = АВ = [а0 + a sin (u>t — A)] X[b0

+ b sin wt],

(11.32)

а среднее значение

светового потока, принимаемого

в

течение

одного периода Т частоты

модуляции,

 

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

 

 

 

Ф = (1/Г) j[a0 +

asm(u)i — A)][b0+

6 sin ш*] Л .

(11.33)

 

 

о

 

получим

 

 

 

 

В результате интегрирования

 

 

 

 

 

 

Ф = о Д + ( 1 / 2 ) a& cos Д.

 

 

 

(11.34)

50

На рис. П. 5, а изображена

кривая светового

потока Ф при

изменении величины А от 0

до 2я. Как видно

из

формулы

( I I . 34) и рисунка среднее значение светового потока,

принимае­

мого за период модуляции, зависит от величины домера фазово­ го цикла. Если А = 0 (т. е. в расстоянии 2Д укладывается целое число N циклов модуляции), то световой поток максимален; при А = я, когда в расстоянии 2Д укладывается /V + '/2 циклов мо­ дуляции, световой поток минимален. Формула ( I I . 11) для вы­ числения расстояний в этом случае принимает вид:

Рис. 11.5. К вопросу о точности наблюдений экстре­

мальным и парафазным

способами:

/ н 2 — точки пересечения кривых

светового потока

при максимуме светового потока

 

 

Д = (\l2)N{vlf)

=

(\/2)N\,

(11.35)

прл минимуме светового потока

 

 

Д = (1/2) (N +. 1/2) (v/f) =

(1/2) (N + 1/2) I .

(11.36)

В светодальномерах

с плавным

диапазоном частоты макси­

мум или минимум светового потока можно получить

изменением

частоты модуляции.

В

светодальномерах с фиксированными

частотами — изменением

фазы

модулирующего

напряжения,

фаза опорного напряжения при этом не изменяется;

или же на­

оборот — изменением фазы опорного напряжения и неизменным

значением фазы модулирующего напряжения. С целью измене­ ния фазы в цепь генератор — приемник света (см. рис. I I . 4) или генератор — модулятор включают градуированный фазовра­

щатель.

Если А — изменение фазы

опорного напряжения, при

котором

достигается максимум светового потока, то формулы

(И. 7) и ( I I . 8) принимают вид

 

 

<Роп =

21с/* +

ф - Д ,

 

•Рстр =

2icf{t—

t) + ф,

51

откуда

 

 

 

 

 

<Роп - ?отр = 2ф

— А = 2*f (2Д/о) — Д = 2T,N,

 

Д =

(1/2) N {v/f)

+

(1/2) (Д/2*) (и//).

(11.37)

Величина ('/г)

(А/2я)

(v/f)

=

/ представляет собою сдвиг фа­

зы опорного напряжения в линейной мере.

 

Пусть в приемнике света применяется равиочувствительный

во всем диапазоне

индикатор,

инерционность которого

значи­

тельно больше, чем период модуляции света. Тогда точность из­ мерений домера фазового цикла зависит от того, на какой части характеристики светового потока выполняются измерения. Непосредственно из рис. П. 5, а следует, что при одной и той же разрешающей способности йф индикатора ошибка измерений dA будет наименьшей на наиболее крутых частях кривой свето­

вого потока и наибольшей — в области

его экстремальных

зна­

чений. Путем дифференцирования из формулы

(11.34) получим

 

dA =

d<D/[(l/2) ab sin A],

 

 

откуда dA минимально

при sinA =

l ,

что имеет место

при

А = я/о и

(3 /г) я.

 

 

 

 

 

Таким

образом, для повышения

точности

измерений

целе­

сообразно использовать наиболее крутые участки кривой свето­ вого потока. В светодалыюмерах это осуществляется при наблю­ дениях так называемым парафазным способом в динамическом

или статическом

режимах,

сущность

которых .сводится

к сле­

дующему. Пусть

светодальномер включен, и при данном

значе­

нии частоты

модуляции

имеет

место

домер

фазового

цикла А

(рис. 11.5,6). Изменим

скачкообразно (динамический

режим)

сдвиг фазы

опорного

напряжения на 180°, тогда формулу (11.30)

напишем в виде *

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А = а0 + a sin (u>t — А — 180°),

 

 

 

а световой поток Фт

за период

модуляции

 

 

 

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

Ф 1 6 0 =

 

 

J[fl0 + asin((of — Д —180°)] X

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

X [b0+b

sin wt]dt

= a0b0 — (1/2) a6 cos Д.

 

 

(11.38)

Кривая

светового

потока

Фш,

вычисленная

по

формуле

(11.38), нанесена

на рис. 11.5,6 штриховой

линией.

Как

видно

она сдвинулась по оси А на 180°.

Таким образом, при неизменном значении А в начальном по­ ложении индикатор покажет значение фототока, пропорциональ-

* Скачкообразный сдвиг фазы опорного напряжения на 180° часто на­ зывают модуляцией по фазе П-образным напряжением или модуляцией на­ пряжением прямоугольной формы.

52

ное световому потоку

Ф,

а после скачкообразного

изменения

фазы

модуляции света

на

180° — пропорциональное

CPiso- В на­

шем

случае (см. рис. 11.5,6) существенно меньшее

Ф. Если

скачкообразное изменение фазы осуществлять периодически, с

низкой частотой

переключений, значительно меньшей

'/т

(здесь

т — время распространения света на расстояние 2Д),

то

показа­

ния индикатора

в такт изменениям фазы будут меняться.

 

Обычно при осуществлении парафазного способа в качестве индикатора применяют стрелочный прибор, показывающий разность фототоков. Стрелка такого прибора установится на нуль, если фототоки независимо от переключения фазы на 180° будут одинаковы. .Для этого нужно с помощью фазовращателя изменять фазу до тех пор, пока световые потоки Ф и Ф 1 8 0 не ста­

нут

одинаковыми. Это

имеет

 

 

 

место

 

для

точек

пересечения

 

 

 

кривых

светового

потока (см.

 

 

 

рис. 11.5,6) в точках 1 и 2. При

 

 

 

синусоидальной

модуляции

 

 

 

этим

 

точкам

соответствуют

 

 

 

значения А — п/2

и (3/2) л, т. е.

 

 

 

случаю, когда в двойном изме­

 

 

 

ряемом

расстоянии укладыва­

Рис. II.6. Схема осуществления

па­

ется N+

74 или N+3/i

циклов

рафазного способа

наблюдений

в

модуляции

света.

 

 

статическом

режиме:

 

При

парафазном

способе

/ — нуль-ннднкатор, 2 — фотоэлементы;

3 —

наблюдений

нулевые

показа­

модулированный

световой поток

 

 

 

 

ния

индикатора

повторяются

 

 

 

вдвое чаще,' чем при наблюдениях экстремумов. Формулы для вычисления расстояний примут вид

Д= (1/4) NX+ (1/8)1 + 1,

(11.39).

где / имеет то же значение, что и в формуле

(11.37).

Парафазный способ наблюдений можно осуществить без модуляции по фазе на 180° (статический режим). Для этого надо иметь два одинаковых приемника света, опорное напряжение на которых сдвинуто по фазе на 180°. Приходящий от отражателя

световой поток разделяют

с помощью призмы на два

пучка

(рис. I I . 6) и направляют

каждый из них на фотоэлемент

каждо­

го из приемников. Между выходами приемников включен нульиндикатор, показывающий разность фототоков. Изменяя часто­ ту модуляции или фазу опорного напряжения одновременно для

обоих приемников, добиваются

нулевого

значения показаний

индикатора, что

соответствует

разности

фаз,

равной

я/г или

( 7 2 ) я .

светодальномерах парафазный

способ

также

В визуальных

осуществляется в динамическом и статическом режимах. В ди­ намическом режиме, так называемом способе мерцаний, модуля-

5 »

Смотрите также файлы