1.1.5 Электрооптический дальномер

Электрооптический дальномер, прибор для измерения расстояний по времени прохождения измеряемого расстояния электромагнитными волнами оптического или инфракрасного диапазонов. Э. д. делятся на импульсные и фазовые (в зависимости от того, каким способом определяют время прохождения световым импульсом расстояния до объекта и обратно). Э. д. первого вида измеряют расстояние по времени между моментом испускания импульса передатчиком и моментом возвращения импульса, приходящего от отражателя, установленного на конце измеряемой линии, второго вида — по разности фаз посылаемого синусоидально модулированного излучения и принятого. Наибольшее распространение получили фазовые Э. д., упрощённая блок-схема которых дана на рис. Источниками света ранее служили лампы накаливания (3— 30 вт) и газосветные лампы (50—100 вт), ныне — газовые и полупроводниковые оптические квантовые генераторы (ОКГ). В Э. д. обычно применяют амплитудную модуляцию с частотами в 10—80 мгц, при которой разности фаз в 1° соответствует изменение расстояния менее, чем на 1 см. Конструктивно модулятор н демодулятор одинаковы, их действие основано на использовании Керра эффекта или Поккельса эффекта. Модулирующее световой поток переменное напряжение вырабатывает генератор масштабной частоты, называется так потому, что соответствующая ей длина волны определяет масштаб перевода разности фаз в расстояния. Промодулированный свет линзовой или зеркально-линзовой оптической системой формируется в узконаправленный пучок, посылаемый на отражатель. Отражённый свет фокусируется на демодулятор оптической системой, аналогичной передающей. Регистрируемая индикатором разности фаз интенсивность на выходе демодулятора зависит от соотношения фаз в принятом световом сигнале и в управляющем демодулятором напряжении; фазовращатель позволяет установить заданное соотношение и отсчитать полученную разность фаз, по которой и вычисляется расстояние. Индикатором разности фаз может служить глаз наблюдателя (Э. д. с визуальной индикацией) или фотоэлектрическое устройство со стрелочным прибором на выходе[4,8].

Дальность действия Э. д. доходит до 50 км, средняя квадратическая погрешность составляет ± (1+0,2Д км) см, где Д — расстояние, масса комплекта 30—150 кг, потребляемая мощность 5—150 вт.

1.2 Сравнение методов активного бесконтактного измерения расстояния.

Активное бесконтактное измерение расстояния может быть реализовано акустическими методами сверхзвуковым излучением, электромагнитными волнами радио частоты или оптически световым излучением. Во всех методах сигнал посылается к цели, и расстояние вычисляется, основываясь на параметрах отраженного сигнала.

Дальномеры, использующие звуковые волны работают в сверхзвуковом диапазоне частот (от 20 кГц до нескольких МГц). Преимуществами сверхзвуковых методов являются относительно низкие частоты, которые легко обрабатывать электроникой, простая и дешевая структура устройства, а также возможность измерять расстояние до металлических, зеркальных и стеклянных поверхностей, которые представляют трудности для оптических дальномеров. Основным недостатком является большое отклонение луча (ширина достигает десятков градусов), небольшая скорость, множественные отражения и сильное затухание на больших расстояниях. Ультразвуковые методы находят наибольшее применение на коротких расстояниях (не превышающих 100 м) и в случаях, когда в воздухе большое количество пыли или других частиц.

Электромагнитные волны используются с 1930-х годов в традиционных радарах. Радары используют частоты от десяток МГц до 100 ГГц. Разрешение при измерении углов и расстояний обычно хуже, чем в оптических методах. Для измерения больших расстояний требуется большая мощность излучаемого импульса, что затрудняет их использование в переносных устройствах с автономным источником питания.

Оптические методы измерения расстояния могут быть разделены несколькими способами, одним из которых является классификация на активные и пассивные методы. Пассивные методы не требуют собственного источника света, а используют окружающий свет для сбора информации о расстоянии от цели. Активные методы имеют источник излучения для подсвечивания цели. Самыми важными активными методами являются интерференционные методы, геометрические методы (триангуляция) и измерение пролетного времени. Другая классификация разделяет методы на прямые, измеряющие расстояние до какой-то точки цели и методы, вычисляющие расстояние до цели по некоторому алгоритму, учитывающему тени и относительное положение отдельных частей цели.

При использовании оптических методов цели также могут быть разделены на активные и пассивные. Пассивные цели могут иметь большие вариации коэффициента отражения. Отражение может также сильно изменяться как функция угла измерения – от Ламбертовской поверхности (с одинаковым отражением во всех направлениях) до зеркальной отражающей поверхности. Цель будет активной, когда некоторый отражатель (угловая призма или отражающая пленка) присоединен к ней[10].