2. Экспериментальная часть

1. Изучение конструкции светодальномера 2см2

Светодальномер предназначен для однозначного измерения

расстояния от 2м до 2км с погрешностью не более 2см. В светодальномере 2СМ2 используется фазовый метод измерения с непосредственным отсчётом разности фаз (схема 6а) на промежуточной частоте. Источником излучения является полупроводниковый светодиод на основе арсенида галия. Длина волны излучения 0,9 мкм.

Для получения требуемой точности и однозначного определения расстояний в светодальномере примена сетка масштабных частот с коэффициентом K ₌ 10:

ƒ₁ = 14985 кГц - основная частота

ƒ₂ = 1498,5 кГц

ƒ₃ = 149,85 кГц - вспомогательные частоты

Промежуточная частота ƒ_пр составляет 0,001 ƒ₁ и равна 14985 Гц.

Напряжение основной частоты ƒ₁ вырабатывается термостатированным кварцевым генератором. Частоты ƒ₂ и ƒ₃ получаются делением частоты ƒ₁ на 10 и 100 соответственно.

Частоты гетеродина ниже соответствующих масштабных частот на величину ƒ_пр = 14985 Гц. Задающий генератор гетеродинных частот работает на двух фиксированных частотах ƒ_г1 = 14970,015 кГц и ƒ = = 14835,15 кГц. Частоты ƒ_г2, ƒ_г3, получаются делением ƒ¹_г на 10 и 100 соответственно.

Принцип действия светодальномера поясняется структурной схемой на рис. 7.

Приемопередатчик

Электронный блок

ДИСТ

+11,5…15В

Питание

Подсвет

+12,6В

+6,3В

-6,3В

+5В

+ 5 В

Команды пере-ключения частот и начальных отсчетов

Контрольный прибор уровня сигнала

3

2

1

~2,5В

2

1

3

2

1

Терм.

11,5…15В

3

2

1

Термостат

Делитель частоты

1

Комму- татор

Согласую-щий усилитель 1 1

Генератор

основной

масштабной частоты

Фазовый

детектор

Формиро-ватель

Смеситель

Схема управления термостатом

Выход из частотомера

f = 1498,5 кГц

Усилитель

Светодиод

Задающий генератор гетеродинных частот

Делитель

частоты

1

Коммутатор

Согласу-ющий усилитель 2

Вторичный источник питания

Преобразователь напряжения

Узкополосный фильтр

Схема установки начальных отсчетов

Усилитель

Согласу-ющий усилитель 3

Счетный блок

Приемопе-редающая оптическая система

1

2

3

Рис. 7

f_M3

f_M2

f_M2

ФЭУ

f_Г3

3

f_Г2

f_Г1

1

2

3

f₃

f₂

f₁

Модулированное масштабными частотами излучение светодиода направляется приёмопередающей оптической системой на отражатель, отражается назад, проходит через приемопередающую оптическую систему и попадает на ФЭУ. В ФЭУ сигнал детектируется и преобразуется с помощью подаваемого на модулятор ФЭУ напряжения частоты гетеродина в сигнал промежуточной частоты, который далее усиливается согласующим усилителем. Затем сигнал проходит через усилитель электронного блока, схему установки начальных отсчётов, узкополосный фильтр-формирователь и далее в виде последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих определённой фазе принятого сигнала, выдается в счётный блок.

Одновременно напряжения генератора масштабных частот и гетеродина подаются на смеситель, на выходе которого образуется опорное напряжение промежуточной частоты. Это напряжение поступает в формирователь и затем в виде последовательности прямоугольных импульсов, соответствующих фазе излучаемого сигнала подаётся в счётный блок. Интервал времени между каждым опорным и следующим за ним во времени сигнальным импульсом пропорционален разности фаз Δ между излучаемым и принятым сигналами, а следовательно и измеряемому расстоянию. Временные интервалы измеряются в счётном блоке методом подсчёта числа импульсов заполнения, укладывающихся в измеряемом интервале.

Частота следования опорных и сигнальных импульсов равна 14985 Гц, импульсов заполнения – 14985 кГц. Схема коммутации режимов работы позволяет измерять расстояния в двух режимах: на каждый из масштабных частот в отдельности и последовательно на трёх частотах с автоматическим разрешением многозначности (режим «Дист»). Для исключения влияния изменяющихся во времени задержек сигнала в тракте фазоизмерительного устройства его калибруют при помощи линии оптического короткого замыкания (режим «ОКЗ»), состоящий из трипельпризмы с линзой, вводимых в оптическую систему для замыкания приемопередающей линии.

Схема установки начальных отсчётом позволяет установить близкие к нулю отсчёты на частотах ƒ₁, ƒ₂, ƒ₃ в режиме ОКЗ, что необходимо для нормальной работы схемы разрешения многозначности счётного блока.