163742. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés távolságok pontos meghatározására modulált fény fáziskülönbségeinek mérése útján

7 163742 8 frekvenciájú jel jusson tovább. Ez a fázismérésnek -egyébként ismert — megkönnyítésén, a zajviszonyok javításán és futási időszórások csökkentésén kívül még további két előnnyel jár: a)

egy és ugyanazon frekvenciával az egyik esetben a fénymodulátort, a másik esetben a 5 multipliert moduláljuk és viszont. Ennek következtében az egyébként szükségeshez képest csak feleannyi frekvenciát kell a nagyfrekvenciás generátornak előállítania, ami áramköri egyszerűsítést és kisebb fogyasztást, továbbá kevesebb 10 hibafonást eredményez. Az alábbiakban bemutatandó példa illusztrálhatja ezt. Ismeretes, hogy rögzített modulációs frekvenciákkal dolgozó fénytávmérőknél nagyobb távolságok mérését legalább két moduláló frekvenciával kell 15 végezni, és emellett a mérendő távolságot, a frekvenciáktól függő, nagy közelítéssel ismerni kell. Ennek oka az, hogy a későbbiekben (B. pont) megadott és a távolságok számítására szolgáló határozatlan (1) és (4) egyenletrendszer megoldását a 20 (3) egyenlőtlenség teszi lehetővé. Két frekvenciával történő mérésnél előnyös - mint az a B.) pontban részletesebben kifejtésre kerül — az fj 25 -— = 10** arány betartása, ahol Fi és F2 a fénymoduláció két frekvenciája (a továbbiakban mérőfrekvencia). Ha a fázismérés 30 középfrekvenciája fm

, akkor ennek előállításához a multipliert az ff = f 1 ±fm

,illetve fj$=f2**01 frekvenciájú jelekkel (a továbbiakban keverőfrekvencia) kell modulálni (itt a ± vagylagos). Ennélfogva fm

tetszőleges megválasztása esetén például a 35 következő négyféle frekvenciára van szükség: fl,í"2,fl-fmésf2-fm

i. Ezzel szemben, ha a középfrekvencia megválasztása úgy^ történik, hogy akkor ff=fl-fm = fl-(fi-f2) = f2 f2=f2 +

fm

= f2 +

(fl-f2)

= fl lehet. igy tehát az esetben csak két frekvenciára (fi és Í2) van szükség, amelyek közül felváltva az egyik mérő - a másik keverőfrekvenciául szolgál. Könnyen igazolható, hogy az fi *m ~~=~ középfrekvencia olymódon alakítható ki, 10n hogy fs, 10" ± 1 f," 10n fj 10" f, " 10" ± 1 ahol a ± jel vagylagos. 0.) Olyan mérési metodikát tesz lehetővé, (a frekvenciák célszerű megválasztása esetén), amely a mérési eredmény egyszerű és gyors kiszámítási lehetősége és az esetleges hibás leolvasások azonnali felismerése mellett az eddiginél nagyobb fontosságot biztosít. .) Második változatban az egyébként ismert, UJI. szinkrondemodulációt azzal a változással, hogy Kerr-cella helyett mind modulátor, mind demodulator céljára a fénymodulátorral és sugárosztóval kapcsolatban leírt kristálymodulátor kerül alkalmazásra fotomultiplierrel, mint fény intenzitásérzékelővel. Mint ismeretes, a szinkron demodulator a nagyfrekvenciás fényjeleket integrálja és a modulátor és demodulator közötti fázis különbségektől, vagyis a mérendő távolságtól függ az integrált intenzitás az I = I0 +

Ii cos <p összefüggés szerint, ahol I — az integrált fényintenzitás, Io és Ii - állandók és <p — a fáziskülönbség szögben kifejezett értéke. A szinkron-demoduMciónál a mérés I szélső értékeinél történik és ezért pontatlan. A pontosság fokozására ismert eljárás szerint a moduláló jelben a modulátor villamos átpolarizálásával 180°-os fázisugrásokat idéznek elő és az ily módon vett jeleket ellenfázisban a detektorra vezetik. Ekkor a detektor két intenzitás különbségét méri, amely ugyancsak tartalmazza a távolság információt, de mert most a mérés nem szélső értéknél, hanem O-átmenetnél történik, az pontosabb. Az elektromos átpolarizálás azonban, kivált Kerr-cella esetén, veszteségek forrása, továbbá a modulátor karakterisztikák aszimmetriái miatt további kézikapcsolású fázisváltásokra van szükség, ami a leolvasások számának növelésére vezet. A találmány szerinti megoldás lehetővé teszi az elektromos fázisváltások elkerülését a 180°-os fázisugrások optikai úton történő létrehozásával. Ez a találmány szerint, akár a fénymodulátor X/4-es lemezének (2. ábra 11) 90°-os elforgatása, akár a sugárosztónak (2. ábra 15) ugyancsak 90°-os elforgatása révén valósítható meg. c.) Harmadik változatban az első két változat olyan módosítását alkalmazzuk, amelynél fotomultiplier helyett fotodióda vagy fototranzisztor a detektor. E megoldások fő előnye a multiplierrel szemben a terepen kényelmetlen nagyfeszültség elkerülése. További előny a multiplierek futási idő effektusainak elmaradása, a kisebb fogyasztás és kisebb méretek, végül a He-Ne gáz-laser hullámhosszának jobban megfelelő spektrális érzékenység. A c) megoldás első változata szerinti elrendezésekhez nagyfrekvenciás fotodiódára, illetve tranzisztorra van szükség, míg a c) megoldás második változatához megfelelnek kisfrekvenciás félvezetők is. A félvezetős detektorral előnyösen — az egyébként ismert — lavina effektust is fel lehet használni kis-zajú erősítésre. Fázismérő rész (1. ábra 8) A detektor által vett, felerősített és kevert elektromos jelek fázisát a fázismérő rész hasonlítja össze. A találmány szerinti fázisméréshez minden -egyébként ismert - irányérzékeny detektor felhasz-