Основная рабочая формула фазового дальномера

На основании принципиальной схемы фазового светодальномера установим математическую зависимость между измеренным фазо­вым углом и величиной искомого расстояния .

Одним из основных параметров, от которых зависит величина угла , является угловая скорость вращения . Количественно угловая скорость определяется углом, на который поворачивается диск за единицу времени.

(4)

Вместо угловой скорости в технике часто используют число оборотов в минуту. За секунду диск совершит оборотов. Этот параметр для периодически повторяющихся процессов, к ко­торым относится вращательное движение, носит название частоты

(5)

Время, за которое диск совершит один оборот характеризующее периодичность процесса, называется периодом .

(6)

При равномерном вращении диска один оборот соответствую­щий углу равному , совершается за время Т. Следовательно угловая скорость, выраженная в радианах в секунду равна;

(7)

В соответствии с формулой 4 величина фазового утла, опреде­лится формулой:

(8)

где - время, которое затрачивает сигнал на прохождение измеряемого расстояния в прямом и обратном направлениях.

Подставляя значение в формулу 8 имеем:

(9)

Формула 9 является основной рабочей формулой для фазовых светодальномеров. Из анализа формулы следует, что для опреде­ления длины линии необходимо измерить фазовый угол и обеспе­чить требуемую угловую скорость вращения диска .

Общие принципы построения функциональной схемы фазового светодальномера

На рисунке 3 показана упрощенная функциональная схема фазового светодальномера.

Рассмотрим назначение и общие закономерности работы отдельных узлов схемы.

1 – источник непрерывного электромагнитного излучения (излучатель). Излучатель является обязательным узлом любого типа светодаль­номера. При фазовом методе он должен работать в непрерывном режиме. В последних моделях светодальномеров широкое распро­странение получил импульсно-фазовый метод измерений. При этом методе излучатель работает в импульсном режиме.

2 – вращающийся диск – модулятор. Видоизменяющий проходящий через него световой поток.

3 – узел управляющий работой модулятора. В нашем случае это может быть электродвигатель.

4 – разделитель сигналов. Основная роль этого узла состоит в том чтобы разделить проходящий через пластину сигнал на две части.

Сигнал, который попадает на экран по кратчайшему пути, называ­ется опорным. Наличие опорного сигнала является обязательным для любого типа светодальномера. Сигнал, проходящий путь от разделителя до отражателя и обратно называется информационным и так же обязателен во всех типах светодальномеров.

5 – экран, с градусной шкалой позволяющий измерять величину фазо­вого угла. Этот узел называется фазоизмерительным устройством или фазометром. Присутствие фазометра так же обязательно во всех типах светодальномеров.

6 – отражатель. Узел, который служит для отражения информационного сигнала. Наличие отражателя обязательно во всех геодезичес­ких светодальномерах. Однако в некоторых типах светодальномеров, где измерение производится с низкой точностью (до метра и мень­ше) наличие отражателя необязательно. В таких случаях роль отражателя могут выполнять различные предметы ситуации.

Для обоснования необходимости совершенствования схемы светодальномеров, отметим отдельные особенности их работы с использованием механических модуляторов в виде вращающих­ся дисков. Для этого оценим величину угловой скорости вращения дисков. В соответствии с формулой (9) изменения расстояния AD связаны с изменением фазового угла соотношением

(10)

откуда

При измерении расстояний с точностью 1 см. и погрешности фазо­вых измерений, равной 0.1°(или в радианах 0.0017рад.), а так же с учётом того, что скорость распространения электромагнитных волн равна см/сек, необходима угловая скорость вращения моду­лятора, равная рад/сек. Реализация такой чрезвычайно высокой угловой скорости при любых конструкциях диска представляет собой сложнейшую тех­ническую задачу. В дополнение к этому необходимо обеспечить высокую стабильность этой скорости во время всей работы свето­дальномера.

Указанные причины наряду с целым рядом других причин, препят­ствующих созданию портативного экономичного и автоматизиро­ванного светодальномера, послужили основой для отказа от механического способа управления световым потоком.

Решение задачи значительно упрощается при замене модулятора механического типа на устройство, в котором управление несущими колебаниями осуществляется с помощью электрических сигналов.

Фазовые измерения могут быть выполнены так же с использовани­ем простейших колебательных процессов.