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

Фотоэлектрическая регистрация светового сигнала. Достоин­ ством фотоэлектрического способа регистрации фазы по сравне­

в электрическую-—фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Поро­ говая чувствительность ФЭУ имеет тот же порядок, что и поро­ говая чувствительность глаза (около Ю - 1 1 лм), но инерционность ФЭУ значительно меньше инерционности глаза. Это дает фото­ электрической индикации дополнительное преимущество. Флук-

Опорное Высокочастот­

Д<р=90

Рис. 11.20. Блок-схема фотоэлектрического приемника

туации светового сигнала, которые вызываются динамическими процессами в атмосфере, имеют частотный спектр с максимумом на частоте в несколько герц. При визуальных наблюдениях эти флуктуации мешают работе, так как глаз реагирует на них. При фотоэлектрической регистрации фазовое сравнение можно про­ изводить на частоте, значительно большей, чем верхняя граница спектра флуктуации и таким образом избавиться от этого, вида помех.

Разрешающая способность фотоэлектрического приемника (ФЭП) При слабых сигналах определяется отношением полезно­ го сигнала к шуму на выходе приемника. При сильных сигналах она определяется в основном параметрами индикаторного уст­ ройства и может быть весьма высокой, тогда как для глаза раз­ решающая способность не превышает определенного предела (см. рис. 19, б).

ФЭП в общем случае состоит из светочувствительного элемен­ та (ФЭУ), усилителя фототока и индикаторного устройства. Наи­ более распространена в настоящее время парафазно-балансная

78

схема ФЭП с двойным детектированием: в ФЭУ и балансном де­ текторе. Эта схема применяется в светодальномерах «Кварц» МСД-1 и геодиметрах (рис. 11.20).

Модулированный световой поток, фаза которого изменяется

ния непостоянства времени прохождения сигнала внутри ФЭУ на точность измерений фазовое сравнение производится на участке катод —первый эмиттер, для чего на этот участок подается опор­ ное модулирующее напряжение от усилителя мощности. Фототок проходит через ФЭУ только в том случае, если на первом эмитте­ ре положительное относительно катода напряжение.

Так как опорное напряжение переменное, то через ФЭУ про­ ходит пульсирующий ток, постоянная составляющая которого зависит от фазовых соотношений между модулированным све­ том, приходящим с дистанции и высокочастотным опорным на­ пряжением. Если бы фаза модуляции не претерпевала периоди­ ческих изменений на 180°, то постоянная составляющая фототока была бы максимальной при совпадении фаз опорного напряже­ ния и модулированного света и равна нулю при ср=180°.

Модулированный световой поток изменяет периодически свою фазу на 180° с частотой трапецеидального напряжения, поэтому в общем случае при произвольном соотношении фаз опорного напряжения и модулированного света будет иметь место измене­ ние постоянной составляющей с частотой трапецеидального на­ пряжения. Эти изменения прекращаются при разности фаз Дер, равной 90°, т. е., если в расстоянии 2Д укладывается нечетное количество четвертьволн [см. формулу (11.39)]. Если это условие не соблюдается, то сдвигая фазу опорного напряжения с помо­ щью фазовращателя на величину I [см. формулы (11.37) и (11.39)], добиваются разности фаз, равной 90°, что регистрируют с помощью балансного детектора, на выходе которого включен нульиндикатор, показывающий разность фототоков за положи­ тельный + i и отрицательный —i полупериоды трапецеидально­ го напряжения.

Измерители частоты. Так как частота модуляции непосредст­ венно входит в формулу для определения расстояния, то в мо­ мент фазового детектирования нужно знать значение частоты с относительной точностью в 2—3 раза большей, чем заданная результативная точность измерения расстояния-

В светодальномерах с фиксированными частотами для полу­ чения модулирующих колебаний используются кварцевые генера­ торы, стабильность частоты которых поддерживается с'точнос­ тью, порядка 2 - Ю - 7 в течение длительного времени. Числовое значение частоты определяют ее эталонированием — сравнением с частотой эталонных колебаний, подаваемых в эфир по радио или в лаборатории по проводам. Эталонирование и установка частоты в номинал производится 2—3 раза в год.

79

В светодальномерах с плавным диапазоном частоты модули­ рующие колебания получают от LC-генератора, стабильность которого сравнительно низкая. Значение частоты можно опреде­ лить, например, по положению шкалы ротора настроечного кон­ денсатора по отношению к нулевому индексу на статорных пла­ стинах (по результатам предварительной калибровки). Для хо­ рошо термокомпенсированной схемы LC-геиератора можно получить в этом случае относительную точность измерения час­ тоты около М О - 4 . При необходимости более точного измерения частоты, порядка 1 • Ю - 5 , используют LC-геиератор вместе с квар-

КВарцевый

генератор

цевым опорным генератором. Последний служит для проверки частоты генератора в нескольких, так называемых кварцевых поверочных точках (КПТ), используемых для вычисления цены деления шкалы LC-генератора.

При необходимости измерения частоты с точностью порядка 4-10~6, применяют гетеродинный волномер (рис. 11.21, а) с так называемым двойным преобразованием частоты. Сущность изме­ рений гетеродинным волномером сводится к подбору такой час­ тоты fr гетеродина (или частоты его гармоники), которая была

80

/р = 0. Для точного измерения частоты в схему вводят кварцевый генератор с частотой

ГДе /дп rain И /пп max нижний и верхний пределы изменения моду­ лирующей частоты-

Значение частоты / г определяют по шкале гетеродина. Тогда час­ тота модуляции света

Таким образом, волномером измеряется не само значение час­ тоты модуляции, а разность между частотой / к и частотой / п п . По­ скольку разность (/ к — /пп) в 10—20 раз меньше, чем частота мо­ дуляции /1 1 П , то и относительная ошибка измерения частоты уменьшается в 10—20 раз:

емая частота поступает на быстродействующий счетчик, считаю­ щий число периодов за определенный интервал времени. С по­ мощью кварцевых часов задается стабильный интервал времени, в течение которого производится счет количества периодов. Элек­ тронный . ключ, управляемый кварцевыми часами, открывается на определенный интервал времени. Колебания измеряемой час­ тоты или разностной частоты, например ( / к — / п п ) , как и в гетеро­ динном волномере, поступают на счетчик периодов, подсчитываю­ щий количество циклов колебаний. Если интервал счета равен одной секунде, то показания счетчика равны частоте в герцах.

Общим недостатком частотомеров счетного типа является их относительная сложность и высокая (пока) стоимость.

81