ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ
The study has tested the main sources of measurement error of phase laser range finders. To improve the accuracy of the range finder we have proposed to apply compensatory measurement of the phase shift is proportional to the measured distance. At the same time as a high-precision phase shifter we u...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/943 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |
|
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870203094032187392 |
|---|---|
| author | Брагинец, И.А. Зайцев, Е.А. Кононенко, А.Г. Масюренко, Ю.А. |
| author_facet | Брагинец, И.А. Зайцев, Е.А. Кононенко, А.Г. Масюренко, Ю.А. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "И.А. Брагинец",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "Е.А. Зайцев",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "А.Г. Кононенко",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
},
{
"author": "Ю.А. Масюренко",
"institution": "Інститут електродинаміки НАН України, пр. Перемоги, 56, Київ, 03057, Україна"
}
] |
| author_sort | Брагинец, И.А. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-01T15:48:45Z |
| description | The study has tested the main sources of measurement error of phase laser range finders. To improve the accuracy of the range finder we have proposed to apply compensatory measurement of the phase shift is proportional to the measured distance. At the same time as a high-precision phase shifter we used a calibrated fiber-optic line, provides the necessary phase shift when changing the modulation frequency. We have developed appropriate block diagram of the phase range finder and described her work. We have accessed the accuracy of the proposed rangefinder confirming the effective application of the method of measurement of the phase shift. References 8, figure 1. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:16:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 75
УДК 621.317
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ
ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ
И.А.Брагинец, канд.техн.наук, Е.А.Зайцев, канд.техн.наук, А.Г.Кононенко, канд.техн.наук,
Ю.А.Масюренко, канд.техн.наук
Институт электродинамики НАН Украины,
пр. Победы, 56, Киев-57, 03680, Украина.
e-mail: masjuriy@ied.org.ua
Определены основные источники погрешности измерения фазовых лазерных дальномеров. Для повышения
точности дальномера предложено применить компенсационное измерение фазового сдвига, пропорциональ-
ного измеряемому расстоянию. При этом в качестве высокоточного фазовращателя использована калибро-
ванная световолоконная линия, обеспечивающая необходимый фазовый сдвиг при изменении частоты модуля-
ции. Разработана соответствующая структурная схема фазового дальномера и описана ее работа. Проведе-
на оценка точности предложенного дальномера, подтверждающая эффективность примененного метода
измерения фазового сдвига. Библ. 8, рис. 1.
Ключевые слова: лазер, фазовый дальномер, компенсационное измерение, фазовращатель, калиброванная
световолоконная линия, переменная частота модуляции.
Расширение круга задач, решаемых с помощью лазерных дальномеров, неразрывно связано с
повышением метрологических характеристик последних. В настоящее время при мониторинге
состояния некоторых специальных объектов требуется проводить измерения линейных перемещений
с погрешностью 0,1…0,5 мм на расстоянии до 100 м. При этом значение перемещения определяется
по изменению расстояния до контролируемого объекта относительно его базового значения. Указан-
ное требование к точности измерения заставляет искать новые пути совершенствования лазерных
дальномеров.
Среди лазерных дальномеров наиболее высокой точностью обладают устройства, основанные
на фазовом методе измерения расстояния. В таких приборах расстояние до контролируемого объекта
оценивается по изменению фазы огибающей непрерывного модулированного светового сигнала при
прохождении им двойного измеряемого расстояния [3]. В этом случае фазовый сдвиг Xϕ принятого
сигнала относительно опорного напряжения определяется выражением
2 2 / 4 /X X X мL L f c= ⋅ = ⋅ϕ π λ π , (1)
где LX – измеряемое расстояние; λ – длина волны модулирующего напряжения лазерного излучения;
fм – частота модулирующего напряжения; с – скорость света.
Таким образом, расстояние до объекта
1(4 )x x мL c f −= ϕ π . (2)
Как следует из (2), точность определения xL зависит от погрешности измерения фазового
сдвига xϕ и стабильности мf при изменении температуры окружающей среды.
Погрешность измерения расстояния зависит от погрешности измерения фазового сдвига xϕΔ
согласно выражения
1(4 )x x мL c f −Δ = Δϕ π . (3)
Фазовый лазерный дальномер, исходя из принципа его работы, содержит приемопередаю-
щую систему, измерительный и опорный электрические каналы, фазоизмерительное устройство, от-
счетное устройство и блок управления и обработки данных. В соответствии со структурой дальноме-
ра погрешность xϕΔ зависит от фазовых искажений, вносимых приемо-передающей системой, изме-
рительным и опорным каналами, содержащими электронные узлы, а также от погрешности непосред-
ственно фазоизмерительного устройства.
Фазовые искажения, вносимые приемо-передающей системой, а также нестабильностью и не-
идентичностью фазовых характеристик каналов дальномера, можно существенно уменьшить за счет
© Брагинец И.А., Зайцев Е.А., Кононенко А.Г., Масюренко Ю.А., 2015
76 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3
применения оптической калибровки прибора. В этом случае в схему дальномера вводится контроль-
ный оптический канал, который может быть выполнен либо путем ответвления части оптического из-
лучения на фотоприемник [7], либо с использованием дополнительного оптического излучателя [6].
Перед каждым измерением расстояния выполняется калибровочное измерение длины контрольного
оптического канала. Результат контрольного измерения вычитается из результата измерения расстоя-
ния, которое осуществляется сразу после контрольного измерения.
Однако даже при наличии оптической калибровки прибора на результат измерения расстоя-
ния оказывает влияние погрешность фазоизмерительного устройства. Это объясняется тем, что опти-
ческая калибровка производится в одной точке диапазона измеряемых фазовых сдвигов, а не для всех
значений. Современные цифровые фазометры при их использовании в схеме дальномера могут обес-
печивать измерение сдвига фаз при определенном отношении сигнал-шум на выходе фотоприемника
с погрешностью порядка 0,1о. Так, например, при частоте модуляции, равной 50 МГц, погрешность
измерения расстояния, вносимая фазоизмерительным устройством, в соответствии с (3) равна
( )x ФУLΔ =0,8 мм. Повышение частоты модуляции мf для уменьшения ( )x ФУLΔ не является эффек-
тивным, поскольку в этом случае увеличивается уровень дробовых шумов на выходе фотоприемника,
в качестве которого используется, как правило, лавинный фотодиод [1]. Вследствие этого ухудшается
отношение сигнал-шум, и для обеспечения заданной точности измерения требуется усреднение ре-
зультатов отдельных измерений, что приводит к увеличению времени измерения перемещения.
Для определения погрешности, обусловленной нестабильностью частоты модуляции мf , про-
дифференцируем расстояние Lx в формуле (2) по частоте мf
2 1/ (4 )x м x мL f c f −∂ ∂ = ϕ π .
Тогда погрешность ( )
мx fLΔ в зависимости от флуктуаций частоты мf примет вид
2 1( ) (4 )
мx f x м мL с f f−Δ = Δϕ π ,
где мfΔ – отклонение частоты fм от номинального значения.
Из последней формулы видно, что максимальное значение ( )
мx fLΔ будет при φx = 2π. Тогда
2 1( ) (2 )
мx f м мL c f f−Δ = Δ .
Для определения мfΔ воспользуемся паспортными данными на типовой кварцевый генератор
с номинальной частотой генерации
номмf =50 МГц (например, УГК45-П-50,0М), в соответствии с
которыми в интервале рабочих температур (25±15)Со относительное отклонение частоты fδ =10-5.
Отсюда мfΔ =
номмf · fδ =50·10-5 МГц и
8
5
2
3 10( ) 50 10 0,03
2 50мx fL −⋅
Δ = ⋅ ≈
⋅
мм.
Очевидно, что данная составляющая погрешности менее значима, чем погрешность, вносимая
фазоизмерительным устройством (0,8 мм).
В связи с предварительно проведенным анализом целью данной работы является исследова-
ние возможности повышения точности фазовых лазерных дальномеров за счет уменьшения погреш-
ности измерения фазового сдвига выходных сигналов измерительного и опорного каналов дально-
мера и на основании этого разработка новой структуры таких приборов.
Потенциально более высокой точностью по сравнению с фазометрами непосредственного от-
счета обладают фазоизмерительные устройства компенсационного типа с использованием фазовра-
щателей [3]. Однако применение в качестве фазовращателя электрической линии задержки сигналов
из-за ее нестабильности и точности, особенно на высоких частотах (десятки и сотни мегагерц), что
имеет место в фазовых дальномерах, не позволяет достичь указанной цели.
Эффективным и известным методом повышения точности фазовых дальномеров, в которых
разность фаз может измеряться компенсационным способом без применения электрической линии
задержки, является изменение частоты модуляции fм таким образом, чтобы 0X ≈ϕ [3]. Тогда рас-
стояние определяется в соответствии со значением fм, то есть эталоном является частота. Недостат-
ком в таком случае является то, что чувствительность устройства зависит от значения измеряемого
расстояния.
Известны также фазовые лазерные дальномеры [3], где в качестве высокоточного фазовра-
щателя используется оптическая калибровочная линия переменной длины. Излучение лазера в этом
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 77
случае сначала направляется на контролируемый объект, а затем на оптическую линию. Изменяя ме-
ханически длину пути, проходимого световым потоком в этой линии, добиваются такой же разности
фаз, как и при измерении дальности до контролируемого объекта. В этом случае длина пути, опреде-
ляемая с высокой точностью непосредственным отсчетом по шкале оптической калибровочной ли-
нии, является мерой при измерении расстояния. Очевидными недостатками в этом случае являются
существенное увеличение времени измерения, а также громоздкость и сложность конструкции
дальномера.
На основании данных исследований для повышения точности измерения расстояния в соот-
ветствии с поставленной целью работы в схеме лазерного дальномера в качестве высокоточного фа-
зовращателя предлагается использовать калиброванную световолоконную линию постоянной длины,
обеспечивающую необходимый фазовый сдвиг при изменении частоты модуляции [2]. В этом случае
вносимый фазовый сдвиг равен
1
0 12ФВ мc L f−=ϕ π , (4)
где L0 – длина оптического пути, проходимого световым излучением через калиброванную свето-
волоконную линию; fм1 – перестраиваемая частота модуляции.
Принцип работы такого дальномера состоит в следующем. Вначале измеряется расстояние до
контролируемого объекта. В этом случае модулированный с заданной частотой fм световой поток
направляется на контролируемый объект и в соответствии с (1) определяется фазовый сдвиг между
излучаемым и принимаемым световыми потоками. Затем на вход той же приемной системы
направляется модулированное излучение через калиброванную световолоконную линию. Изменяя
частоту модуляции fм1 в выражении (4), добиваемся равенства ФВϕ = Xϕ . Тогда значение
измеряемого расстояния можно определить по формуле
1
0 1(2 )X м мL L f f −= . (5)
Поскольку значение частоты fм1 при ее перестройке может быть выставлено с высокой точ-
ностью, например, с помощью цифрового синтезатора частоты, то применение указанного фазовра-
щателя позволяет существенно уменьшить влияние погрешности фазометра на результат измерения
расстояния. При этом фазовые искажения, возникающие в приемо-передающих оптических системах
и электронных каналах дальномера, так же, как и при использовании известных методов оптической
калибровки, взаимно исключаются и не оказывают влияния на точность измерения расстояния.
На рисунке показана струк-
турная схема фазового лазерного
дальномера, в котором реализован
описанный выше принцип измере-
ния расстояния. На схеме приняты
следующие обозначения: ЛИ1, ЛИ2
– лазерные полупроводниковые из-
лучатели; Гм – генератор модули-
рующего напряжения; Гт – гетеро-
дин; ПГ – перестраиваемый генера-
тор; ПГт – перестраиваемый гетеро-
дин; Св1, Св2 – световоды; КСЛ –
калиброванная световолоконная ли-
ния; ФП1, ФП2 – фотоприемники; К
– коммутатор; См1, См2 – смеси-
тели; ПФК – преобразователь фазо-
вый сдвиг-код; БУСОД – блок управления, сбора и обработки данных; ОУ – отсчетное устройство;
З1, З2 – зеркала; Об – объектив; КО – контролируемый объект.
Работа дальномера осуществляется в два такта. В первом такте электрический сигнал моду-
лирующей частоты поступает от генератора Гм на вход лазерного излучателя ЛИ1. Модулированный
световой поток от излучателя ЛИ1 с помощью зеркал З1 и З2 через объектив Об в виде узконаправ-
ленного пучка лучей направляется на контролируемый объект КО. Одновременно световой поток от
излучателя ЛИ1 по световоду Св1 поступает на вход фотоприемника ФП2 и используется как опор-
ный. Отраженный от КО световой поток вновь проходит через объектив Об, фокусируется им и попа-
дает на вход фотоприемника ФП1. Измерение разности фаз Xϕ излучаемого и принимаемого све-
78 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3
товых потоков осуществляется на промежуточной частоте, полученной в результате гетеродини-
рования. С этой целью электрические сигналы с выходов фотоприемников ФП1 и ФП2 поступают на
первые входы соответственно смесителей См1 и См2, на вторые входы которых через коммутатор К
подается выходной сигнал гетеродина Гт. Выходные напряжения смесителей См1 и См2 поступают
на входы преобразователя ПФК. В последнем осуществляется преобразование Xϕ в числовой экви-
валент, выраженный в виде кода 1 xN kϕ= , где k – коэффициент преобразования. Значение 1N
переносится в блок БУСОД и запоминается в оперативной памяти.
Во втором такте работы дальномера отключается излучатель ЛИ1 и включается излучатель
ЛИ2, на вход которого поступает выходное напряжение перестраиваемого генератора ПГм. Управ-
ление поочередной работой излучателей ЛИ1 и ЛИ2 осуществляется путем включения или выклю-
чения подаваемого на них напряжения питания командными сигналами, поступающими от блока
БУСОД.
Световой поток от излучателя ЛИ2 по калиброванной световолоконной линии КСЛ направ-
ляется на вход фотоприемника ФП1 измерительного канала дальномера. Это же излучение по свето-
воду Св2 направляется на вход фотоприемника ФП2 опорного канала. Длина L0 калиброванной свето-
волоконной линии КСЛ выбирается кратной длине волны модулирующего напряжения лазерного
излучения, направляемого на контролируемый объект КО. Конструктивно КСЛ может быть изго-
товлена с использованием световода выбранной длины путем свертывания его в кольцо, что делает
КСЛ достаточно компактной. Далее, как это описано выше, определяется фазовый сдвиг между вы-
ходными электрическими сигналами фотоприемников ФП1 и ФП2. В этом случае на вторые входы
смесителей См1 и См2 через коммутатор К, переключенный сигналом блока БУСОД в другое
положение, подается напряжение перестраиваемого гетеродина ПГт. Частоты ПГм и ПГт изменяются
синхронно таким образом, чтобы промежуточная частота была такая же, как и при измерении рас-
стояния до контролируемого объекта.
Первоначально частота ПГм устанавливается равной 1 1 / 2,м н м максf f= где 1м максf – макси-
мальное значение частоты перестройки. Значение 1м максf определяется фазовым сдвигом, равным 2π,
устанавливаемым с помощью применяемого фазовращателя. Тогда, в соответствии с (4),
1м максf = 0c L , а 1 02м нf c L= .
Первое измерение в этом такте работы прибора осуществляется с помощью ПФК путем
преобразования фазового сдвига ФВϕ в цифровой эквивалент, выраженный в виде кода ФВkN ϕ=2 . В
блоке БУСОД оценивается разность 21 NNN −=Δ , знак которой определяет направление изменения
(уменьшение или увеличение) частоты модуляции 1мf . После этого по сигналам блока БУСОД
осуществляется перестройка частоты генератора ПГм и гетеродина ПГт до момента, когда 0=ΔN .
При этом фиксируется текущее значение 1мf и, в соответствии с (5), блоком БУСОД вычисляется
значение 0 1 /x м мL L f f= , которое в единицах длины высвечивается на цифровом табло отсчетного
устройства ОУ.
Оценим составляющие погрешности измерения xL , вызванные присутствием в формуле для
определения расстояния величин L0 , fм и fм1.
Стабильность оптического пути L0, проходимого световым потоком по калиброванной линии
КСЛ, зависит от изменения длины оптического волокна в линии и возникающих деформационных из-
менений показателя преломления кварцевого стекла оптического волокна при изменении температу-
ры. При этом в соответствии с [4] суммарное относительное изменение длины L0, ввиду указанных
выше причин, может составлять 50,68 10−⋅ на один градус Цельсия. При помещении КСЛ в пассивный
термостат, внутри которого при температуре окружающего воздуха (25±15)оС поддерживается неод-
нородность температурного поля не более ±1оС, относительное изменение L0 равно
0Lδ = 50,68 10−⋅ .
Если частота модуляции мf =50 МГц, а эλ =3000 мм, то L0 можно выбрать равной 0 3 9000эL λ= = мм.
В этом случае изменение частоты ПГм не превышает 33% при измерении рас-стояния в широком
диапазоне, т.е. 16,5 МГц. Тогда составляющая погрешности измерения xL будет равна
0
5
0 1 / 2 9000 0,68 10 16,5 (2 50,0) 0,01x L м мL L f f −Δ = = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ≈δ мм.
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3 79
Для оценки погрешности '
xLΔ , обусловленной нестабильностью частоты модуляции мf , про-
дифференцируем расстояние Lx в формуле (5) по частоте мf
2 1
0 1/ (2 )x м м мL f L f f −∂ ∂ = . (6)
Тогда погрешность '
xLΔ в зависимости от флуктуаций частоты мf примет вид
' 2 1
0 1(2 )x м м мL L f f f−Δ = Δ , (7)
где мfΔ – отклонение частоты fм от номинального значения. В свою очередь, как это показано выше,
мfΔ = 50·10-5 МГц. Тогда в соответствии с (7) ' 0,015xLΔ ≈ мм.
Составляющая погрешности измерения расстояния ''
xLΔ из-за неточного значения частоты fм1
может быть обусловлена как установкой этой частоты, так и ее нестабильностью при изменении тем-
пературы. В предлагаемом устройстве в качестве перестраиваемых генератора ПГ и гетеродина ПГт
можно использовать управляемые цифровые синтезаторы частоты, выполненные на основе микро-
схемы AD9851 [5]. Выходная частота таких устройств определяется соотношением
326 2 ,вых x опf N f= ⋅ ⋅ (8)
где Nx – десятичное значение 32-разрядного слова настройки выходной частоты; fоп – значение
опорной частоты синтезатора, fоп = 30 МГц.
Как видно из уравнения (8), погрешность синтезатора частоты может быть вызвана лишь не-
стабильностью генератора опорной частоты. Если в качестве генератора опорной частоты 30 МГц для
цифрового синтезатора применить кварцевый генератор УГК45-П-30,0 М, то в интервале рабочих
температур (25±15) оС относительное отклонение опорной частоты синтезатора
опfδ составляет 10-5.
Тогда составляющая погрешности ''
xLΔ равна
5
0 1'' 9000 16,5 10 0,015
2 2 50,0
опм f
x
м
L f
L
f
δ −⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Δ = = ≈
⋅
мм.
На основании вычисленных значений составляющих погрешности измерения ',x xL LΔ Δ и ''
xLΔ
с учетом того, что последние коррелированны между собой, найдем результирующую погрешность
измерения расстояния (перемещения)
' ''( ) 0,04x x x xL L L L∑Δ = Δ + Δ + Δ = мм.
Таким образом, при использовании относительно низкой частотной модуляции (50 МГц) сум-
марная погрешность определения расстояния при реализации предложенного компенсационного ме
тода измерения фазового сдвига уменьшается более, чем на порядок по сравнению с дальномерами с
непосредственным отсчетом фазового сдвига. Для сравнения отметим, что в лазерной дальномерной
системе, созданной для контроля поверхности зеркала диаметром 100 м параболического радио-
телескопа Green Bank Telescope национальной радиоастрономической обсерватории США, высокая
точность (лучше 0,1 мм) достигается при частоте модуляции 1 ГГц [8].
Выводы. Как показали результаты проведенного расчета погрешности измерения расстояния,
применение компенсационного метода измерения фазового сдвига в лазерном дальномере с исполь-
зованием высокоточного фазовращателя в виде калиброванной световолоконной линии, обеспечи-
вающей необходимый фазовый сдвиг при изменении частоты модуляции, дает возможность достичь
заданной точности измерения расстояния (0,1…0,5 мм). При этом применение относительно низкой
частоты модуляции светового излучения (25…50 МГц), направляемого на контролируемый объект,
позволяет снизить интенсивность дробовых шумов фотоприемника и тем самым уменьшить слу-
чайную погрешность измерения расстояния, обусловленную их влиянием. В этом случае повышается
не только точность определения расстояния, но и быстродействие дальномера за счет уменьшения
времени усреднения результатов отдельных измерений.
1. Брагинец И.А., Кононенко А.Г., Масюренко Ю.А., Ниженский А.Д. Исследование лазерных изме-
рителей расстояния до нагретых объектов // Праці Інституту електродинаміки НАН України. – 2005. – № 2(11).
– Ч.2. – С. 114-117.
2. Брагинець І.О., Жукинський І.М., Зайцев Є.О., Кононенко О.Г., Масюренко Ю.О. Лазерний далекомір.
Патент на корисну модель № 91534, Україна, МПК (2006.01), G01C 3/08.
80 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 3
3. Михеечев В.С. Геодезические светодальномеры. – М.: Недра, 1979. – 222 с.
4. Окоси Т., Окамото К., Оцу М., Нисихара Х., Кюма К., Хататэ К. Волоконно-оптические датчики. –
Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 256 с.
5. AD9851 CMOS 180 MHz DDS/DAC Synthesizer Data Sheet [Electronic resource]. – Mode of access:
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9851/pdf
6. Fumio Ohtomo. Optical range finder. US Patent US 4531833, G01C3/08.
7. Joerg Stierle, Peter Wolf, Kai Renz. Device and method for optical distance measurement. US Patent US
7221435, G01C3/08.
8. Request for Proposals, the Green Bank Telescope. Technical Report, Associated Universities, Inc., National
Radio Astronomy Observatory. June 1990.
ЗАСТОСУВАННЯ КОМПЕНСАЦІЙНОГО МЕТОДУ ВИМІРЮВАННЯ ФАЗОВОГО ЗСУВУ В
ЛАЗЕРНИХ ДАЛЕКОМІРАХ
І.О.Брагинець, Є.О.Зайцев, О.Г.Кононенко, Ю.О.Масюренко
Інститут електродинаміки НАН України,
пр. Перемоги, 56, Київ-57, 03680, Україна, e-mail: masjuriy@ied.org.ua
Визначено основні джерела похибки вимірювання фазових лазерних далекомірів. Для підвищення точності
далекоміра запропоновано застосувати компенсаційне вимірювання фазового зсуву, пропорційного вимірюваній
відстані. При цьому як високоточний фазообертач використано калібровану світловолоконну лінію, що за-
безпечує необхідний фазовий зсув при зміні частоти модуляції. Розроблено відповідну структурну схему фазо-
вого далекоміра та описано її роботу. Проведено оцінку точності запропонованого далекоміра, що
підтверджує ефективність застосованого методу вимірювання фазового зсуву. Бібл. 8, рис. 1.
Ключові слова: лазер, фазовий далекомір, компенсаційне вимірювання, фазообертач, калібрована світловоло-
конна лінія, змінна частота модуляції.
APPLING OF COMPENSATORY MEASURING METHOD OF PHASE SHIFT FOR LASER RANGE
FINDER
I.O.Brahynets, Ye.О.Zaitsev, O.H.Kononenko, Yu.О.Masjurenko
Institute of Electrodynamics National Academy of Science of Ukraine,
pr. Peremohy, 56, Kyiv-57, 03680, Ukraine. e-mail: masjuriy@ied.org.ua
The study has tested the main sources of measurement error of phase laser range finders. To improve the accuracy of
the range finder we have proposed to apply compensatory measurement of the phase shift is proportional to the
measured distance. At the same time as a high-precision phase shifter we used a calibrated fiber-optic line, provides the
necessary phase shift when changing the modulation frequency. We have developed appropriate block diagram of the
phase range finder and described her work. We have accessed the accuracy of the proposed rangefinder confirming the
effective application of the method of measurement of the phase shift. References 8, figure 1.
Keywords: laser, phasе rangefinder, compensatory measurement, phase shifter, calibrated fiber-optic line, a variable
frequency modulation.
1. Braginets I.A., Kononenko A.G., Masjurenko Yu.A., Nizhenskii A.D. Research of laser distance meter to hot
objects // Pratsi Instytuty elekrtodynamiky Natsionalnoi Akademii Nauk Ukrainy. – 2005. –No 2(11). – Vol. 2. – С.
114-117. (Rus)
2. Bragynets І.О., Zhukynskyi І.М., Zaitsev E.О., Kononenko О.G., MasjurenkoYu.О. Laser Rangefinder.
Patent for Utility Model № 91534, Ukraine, IPC (2006.01), G01C 3/08. (Ukr)
3. Mikheechev V.S. Ladn-surveying optical rangerfinders. – Moskva: Nedra, 1979. – 222 p. (Rus)
4. Оkоsi T., Оkамото K., Оtsу M., Nisikhara Kh., Kiumа K., Khatate K. Fiber Optic Sensors. – Leningrad:
Energoatomizdat, 1990. – 256 p. (Rus)
5. AD9851 CMOS 180 MHz DDS/DAC Synthesizer Data Sheet [Electronic resource]. – Mode of access:
http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD9851/pdf
6. Fumio Ohtomo. Optical range finder. US Patent US 4531833, G01C3/08.
7. Joerg Stierle, Peter Wolf, Kai Renz. Device and method for optical distance measurement. Patent US
7221435, G01C3/08.
8. Request for Proposals, the Green Bank Telescope. Technical Report, Associated Universities, Inc., National
Radio Astronomy Observatory. June 1990.
Надійшла 25.11.2014
Остаточний варіант 08.01.2015
|
| id | techned_org_ua-article-943 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:16:04Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/02/1fea20948969b8d7246db8a76ac7a902.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-9432023-01-01T15:48:45Z APPLING OF COMPENSATORY MEASURING METHOD OF PHASE SHIFT FOR LASER RANGE FINDER ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ Брагинец, И.А. Зайцев, Е.А. Кононенко, А.Г. Масюренко, Ю.А. laser phasе rangefinder compensatory measurement phase shifter calibrated fiber-optic line a variable frequency modulation лазер фазовый дальномер компенсационное измерение фазовращатель калиброванная световолоконная линия переменная частота модуляции The study has tested the main sources of measurement error of phase laser range finders. To improve the accuracy of the range finder we have proposed to apply compensatory measurement of the phase shift is proportional to the measured distance. At the same time as a high-precision phase shifter we used a calibrated fiber-optic line, provides the necessary phase shift when changing the modulation frequency. We have developed appropriate block diagram of the phase range finder and described her work. We have accessed the accuracy of the proposed rangefinder confirming the effective application of the method of measurement of the phase shift. References 8, figure 1. Определены основные источники погрешности измерения фазовых лазерных дальномеров. Для повышения точности дальномера предложено применить компенсационное измерение фазового сдвига, пропорционального измеряемому расстоянию. При этом в качестве высокоточного фазовращателя использована калиброванная световолоконная линия, обеспечивающая необходимый фазовый сдвиг при изменении частоты модуляции. Разработана соответствующая структурная схема фазового дальномера и описана ее работа. Проведена оценка точности предложенного дальномера, подтверждающая эффективность примененного метода измерения фазового сдвига. Библ. 8, рис. 1. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2015-04-28 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/943 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 3 (2015): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 075 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 3 (2015): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 075 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/943/820 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | лазер фазовый дальномер компенсационное измерение фазовращатель калиброванная световолоконная линия переменная частота модуляции Брагинец, И.А. Зайцев, Е.А. Кононенко, А.Г. Масюренко, Ю.А. ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ |
| title | ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ |
| title_alt | APPLING OF COMPENSATORY MEASURING METHOD OF PHASE SHIFT FOR LASER RANGE FINDER |
| title_full | ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ |
| title_fullStr | ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ |
| title_full_unstemmed | ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ |
| title_short | ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЕНСАЦИОННОГО МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ ФАЗОВОГО СДВИГА В ЛАЗЕРНЫХ ДАЛЬНОМЕРАХ |
| title_sort | применение компенсационного метода измерения фазового сдвига в лазерных дальномерах |
| topic | лазер фазовый дальномер компенсационное измерение фазовращатель калиброванная световолоконная линия переменная частота модуляции |
| topic_facet | laser phasе rangefinder compensatory measurement phase shifter calibrated fiber-optic line a variable frequency modulation лазер фазовый дальномер компенсационное измерение фазовращатель калиброванная световолоконная линия переменная частота модуляции |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/943 |
| work_keys_str_mv | AT braginecia applingofcompensatorymeasuringmethodofphaseshiftforlaserrangefinder AT zajcevea applingofcompensatorymeasuringmethodofphaseshiftforlaserrangefinder AT kononenkoag applingofcompensatorymeasuringmethodofphaseshiftforlaserrangefinder AT masûrenkoûa applingofcompensatorymeasuringmethodofphaseshiftforlaserrangefinder AT braginecia primeneniekompensacionnogometodaizmereniâfazovogosdvigavlazernyhdalʹnomerah AT zajcevea primeneniekompensacionnogometodaizmereniâfazovogosdvigavlazernyhdalʹnomerah AT kononenkoag primeneniekompensacionnogometodaizmereniâfazovogosdvigavlazernyhdalʹnomerah AT masûrenkoûa primeneniekompensacionnogometodaizmereniâfazovogosdvigavlazernyhdalʹnomerah |