автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Разработка, исследование и практическое применение лазерных фазовых дфухчастотных дальномерных систем

- ^^ Харьковская государственная академия

^ ^ железнодорожного транспорта

-----------------------------------------------

На правах рукописи

Купко Владимир Семенович

РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ. И ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ ЛАЗЕРНЫХ ФАЗОВЫХ ДВУХЧАСТОТНЫХ ДАЛЫЮМЕРНЫХ СИСТЕМ

Специальности: 05.12.13 - Устройства радиотехники и средств телекоммуникации, 05.11.15 - Ютрология и метрологическое обеспечение.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических каук

Харьков 1995

Работа выполнена в Харьковском государственном научно-производственном объединении "Метрология"

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Поляков 11.Ф.

Официальные оппоненты: профессор, заслуженный деятель науки и техники Украины, доктор технических наук Чинков В.Н. профессор, доктор технииески.; наук Зеленский Р..А.

Ведущее предприятие - Харьковский научно-исследовательски!!

институт радиотехнических измерений

Зацита состоится 29 марта 1995 года в 10 часов в аудитории 417 на заседании специализированного совета Д. 114.04.02 при Харьковской государственной академии железнодорожного транспорта по адресу:

310050, г. ХарькОЕ-50, площадь Фейербаха, 7, ХГАКГ

С диссертацией могло ознакомиться в библиотеке ХГАЙТ Автореферат разослан 27 февраля 193-5 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат техничесих наук,

доцент И. II. Кнышев

■■-.■'• I.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

* ж

Актуальность теьта.На современном этапе развития науки и тех-ики происходит широкое внедрение высокоточных лазерных дальномерах измерений в различных отраслях народного хозяйства. Лазерный ые-оды измерения расстояний позволяю? реша.ть задач;:, практически не-.оступные другим методам измерений', такие, например! как измерений асстояний мезду двумя труднодоступными точками сложных инженерных оорунений как в статическом, так и в динамическом ракшах, изш-енио перемещений земной коры в местах ее естественных разломов и яд других. При этом х£„»ктерным является то, щ'о разработка но-ых более точных моделей лазерных дальномеров способствует дальней-ему расширению сферы их применения. Высокоточные лазер .ыз даль-оиери применяются при построении государственных геодезических се-ей, в процессе строительства и эксплуатации плотин, тоннелей , азличных радиотехнических систем и других слоеных инженерных соо-ужений. Увеличивается использование высокоточных лазерных дально-

о

еров в различных отраслях тяжелой прошдши. шости, в авиастроении и /достроешш. Такое распространение высокоточных лазерных дально-эров в самых различных областях народного хозяйства делает зсьыа гветственной задачу развития методов и средств их метрологического Зеспечения. Наиболее элективное решение этой задачи возможно /тем разработки высокоточных петодоз измерения и создания парка 5разцовых лазерных дальномероз., передающие значения: единицы длины область больших длин рабочим лазерным дальномером в ; сальных усло-яях их эксплуатации.

Этими факторами обусловлен актуальность исследований высокоточ-ах методов измерений раастояний и создания на основе этих исследо-аний азерных фазовых двухчастотных дальномерннх систем, способных зшать ряд рассмотренных вьппв заде*'.

• Целью работы является теоретическая и экспериментальная раз '.работка я исследования высокоточных; методов и средств измерзши расс еяний для применения в различных отраслях народного хозяйсп и создание средств их метрологического обеспечения. Исследованш метрологических характеристик разработанных дальномерннх систем.

Научная новизна диссертационной работе заключается в . следующем:

:•!. Проведен метрологический "чализ и выработаны оптимальные тре-. бовагая к составляющим инструментальной погролности высокоточн " двухчастотной дальнемерной системы.

2. Впервые разработана структурная схема и алгоритм работы дальн мерной системы, основанной на одновременном использовании двух

двухяастотных когерентных источников иэлуч-чил.

3. Разработан и экспериментально исследован новый тип двухлазерно двухчастотной дальномерной системы для целей метрологического обеспечения измерений больших длин.

4. Теорвтическг обоснованы и экспериментально подтверждены принци дострое: ш предло&еншгс дальномарных- систем и юс метрологические характеристик!!.

На защиту выносятся следующие основные положения:

I. Результаты теоретических и экспериментальных исследований истс ников погрешности высокоточных методов и средств измерения расстояний»•

Разработка структурного построения и алгоритма работы дзухволш вой дальномерной систеш, использующей в качестве источников рабочего излучения дву. Частотные стабилизированные лазеры.

3, Разрабо :<а структурного построения прецизионного одноволновогс лазерного дальномера, использующего в качестве источника рабочего излучения двухчастотннй стабилизированный лазер.

4. Результаты экспериментальных исследований метрологических xapaf теристик разработанных дальноморных систем.

3.

о

[Практическая ценность работы и ее реализация

1. Проведенный анализ метрологических характеристик высокоточных методов и средств : ¿мерения расстояний наметил пути повышения . точности измерений и привел к созданию дальномеров.

2. Создана и внедрена з эксплуатации двухлазеркая одноволноъая двух-частотная да;.¿номерная система высшей точности, возглавляющая. Государствен^ поверочную схе:.!у для средств измерений длины

в диапазоне 24 м ... 76000 метров.

3. Создан и внедрен в эксплуатацию в Поверочной установке высшей точности УВТ5-84, предназначенный для воспроизведения и передачи единицы длины в диапазоне больших длин /вторичный эталон длины/

' образцовый двухчастотный лазерный дальномер,

4. Создан и внедрен в эксплуатацию на ряде предприятий АН Р$ двухчастотный прецизионный лазерный дальномер типа ГЩЦ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарам И53 АН РЗ, МРЖ АН РФ, ЦШИГА^и К, а также на научно-темническ^ч конференциях.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в

V .

24 печатных работах, и защищены 3-мя авторскими свидетельствами на изобретение.

Обьем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения. Работа содержит 131 стр.' машинописного текста, в том числе 22 рисунка, 17 таблиц и 54 библиографических ссылки*

4: ездержание работы

Во Введении|;•>расаматривается'едгаременное состояние вопроса высокоточных лаз ерш к дольниг/ер^5г>с-измерений' в различных отрас-ля"' народного хозм'й'Ьтаа. Сравниваются достоинства и недостатки различны* «¡Э'годов и «средств да^ьйо.-.итрии. Обоснована актуальное?! работы,'^йформировань: цель и пут;'. ее достижения. вводятся ое-

новныа положения, выносимые на ашцигу.

© первой главе диссертации сделан обобщенный анализ метрологических характеристик лазерных фазовых дальномерных систем. Приведены соотношения определяющие погрешность о-мократиого измерения расстояния лазерными фазовыми дальномерными системами. Сделана оценка погрешности определения значения модулирующей частоты, погрешности измерения фазы электромагнитного измерительного сигнала, погрешности определения достоянной поправки фазовой даль-яомерной системы, погрешности за счет искривлечик траектории электромагнитного измерительного сигнала, обусловленного явлением рефракция сигнала в неоднородной атмосфере, погрешности определения среднеинтегральнзго значения группового показателя преломления воздуха. Приведены основные соотношения дисперсионного метода учета показателя преломления воздуха, сделан анализ учета влияния пространственного разнесения траекторий электромагнитных измерительных сигналов с различными дяянамк волн.

Охарактеризованы ииеющиесл разработки даухволнонкх лазерных дальномеричх систем. Показано, что для. реализации двухволновой дальномарной системы необходимо разработать такое ее структурное построение и метод измерения разности оптических длин измеряемого расстояния, чтобы была обеспечена максимально возможная корреляция составлявших погреанортк измерения в двух каналах, - дальности и рефракции, и высокая точность измерения оптических длин базиса. Этишм свойствами, как показали проведенные исследо 1ния, обладают фазовые ярзернью дальномеры» использующие в качестве источника рабочего излучения дзухчастотннй стабилизированный лазер.

Исходя из приведенных выше соображений, автор пришел к выводу о необходимости разработки и исследования:

- структурного построения и алгоритма работы двухволновой дально-мерной системы, использующей в качестве источника рабочего излучения двухчастотные стабилизированные лазеры;

— структурного построения и алгоритма работы прецизионного одно-волнового лазерного дальномера, использующего в качестве источника рабочего излучения дзухчастотннЯ стабилизированный лазер.

■ Во второй главе приведет! результаты теоретических и экспериментальных исследований пргтцшгов построения и метрадогичеЛких характеристик высокоточных фазовых лазерных даяьиоггероь. использующих в качестве источников рабочзго излучения двухчастот-низ стабилизированные лазеры. Прэдлогено оригинальное структурное построение двухволновой даяьномерной систему, использующей дисперсионный метод уче™а показателя преломления воздуха, с двух-частотными лазерными источиикаш рабочего излучения. Приведен анализ работы и метрологических характеристик как для впей двухволновой дальноиерной системы, так и отдельно дяя канала дальности и канала рефракции. Это позволяет использовать полученные результаты для оптимального построения как двухволновых, так и ' одноволиовых вариантов высокоточных дааершх далыюмерннх систем.

г")

При анализе метрологических характеристик в качества исходных использовано выражение для ерэдиекнтегрального значения. групповово показателя преломления /4/. '

к известное соотношение для определения измеряемого расстояния фазовой дальномерной системы:

А.

рренебрегая малыми величинами порядка 1-Ю"®, получим формулу для определения расстояния фазовой далыюмерной системы, Чспольз^ьндей дисперсионный метод учета показателя преломления воздуха /18/.

а

Где /1 -• и формул,, для относительной погрешности

А II

измерения расстояний, справедливую при отсутствии корреляционных связей меззду каналами:

Ж . (£и=1 V+ А + +/__£.)%

у I, 4. / ^ t„

* + [Щ'-1Г м г;

Одесь .И,, э /Яуь. "Ч, ,

и Я1 /г. - соответственно погрешности определения масштабной частоты, фазы, разности оптических длин, влааиости и постоянной поправки дальномера.

Проведенной в работе подробный анализ всех составляющих погрешности измерения, источников их возникновения и корреляционных связей позволил определить оптимальцуя схему построения двухвол-Ь'осой дзльномерной ристены. Показано, что для реального повышения точности шмзрашя иший необходашо обеспечить максимально - возможную 'близкую к «дшшцэ/ корраляционцув связь погреаностей изкаранля в канале р^ракции доя ДШШ в,оля у?, и /¡^ и использовать в качество источников рабочего излучения двухчасготные стабилизированные лазеры.

На рис. I приведена укрупненная.структурная схема двухволн -1 дальномерной системы, разработанной в результата проведенных ¡ледований. Одним из отличительных свойств этой системы является »собность непосредственно определять разность оптических длин •.еряемого расстояния для излучения с длинами волн Д и У?^ л, мм образом, исключить одну из основных погрешностей измерений, ¡сущую известным дальномеркш системам и возникающую при незави-юм определении оптических длин измеряемого расстояния для излу-с длинами волн 1, и . Дзлвномерная система устроена и работает следующим образом. ;ачестве источников рабочего излучения применены двухчастотнне 1билизиропанные лазеры I и 2, кгшдый из которых генерирует две :тоты электромагнитных колебаний с длинами волн Д =0,63 мкм я первого лазера и Я, =0,44мкм для второго. Интервал частот иеж-генерируеикш к&тадым из лазеров колебаниями1 составляет =459,5 мГц и 4 =499,501 мГц, соответственно. Источники излучения гчабж^.ш системой подстройки частота *ерируемых юли колебаний за счет установки одного из зеркал ре-затора лазера на пьезокерамичоский преобразователь. КаядыГ гочник излучает два электромагнитных сигнала: рабочий - че— з "прозрачное" зеркало рейянатора и вспомогательный - через .лухое " зеркало резонатора . При -лзтоц. интенсивность вспо-гательного электромагнитного сигнала составляет лишь окол ного процента от интенсивности рабочего а. лаля. Вспомо-гегчые сигналы источников поступают на сдвоенный фстоэлектри-ский преобразователь частоты 3 и используются для автопод-ройки величины частотных интервалов ненду генерируемыми каас-и из лазеров двумя колебаниями.

Рис. 2

Структурная схема двухволново.. дальиоыерной •системы

йотоэлектрический преобразователь частоты 3 представляет, собой два отдельнь" фотоэлектронных умножителя ДЭУ/, помещенных в общий .коаксиальный резонатор, возбуждаемый электрическим гетеродинным сигналом с номинальным значением 500мГц и создьлцим переменное электрическое поле в прикатодной области расположенных в ней ФЭУ. Гетеродинный сигнал поступает от синтезатора частоты 4. В фоте, электрическом преобразователе частот осуществляется двойное преобразова -ме частоты: на фотокатодах £ЭУ выделяете л электрический сигнал

t частотой, равной разности частот, излучаемых двухчастотным источ- • никои электромагнитных колебаний, и, ьатем, за счет преобразования частоты в прикатадной области образуется электрический сигнал с разностной частотой между частотой выделенного электрического сигнала и частотой возбуждения коаксильного резонатора. При величина интервала частот лазера =499,5 »¿Гц и интерзала частот лазера 2 д£^99,501 мГц на выходах ФЭУ фотоэлект^ гаесяого преобразователя частот 3 появляются электрические сигналы с частотой 500 кГц и 501 кГц соответственно. Эти сигналы поступают в систему ав- . тоиодстройки величин частотных интервалов этих -лазеров Л и сравниваются по фазе с сигналами той же частоты, поступающими от синтезатора частоты 4. Получаемые сигналы рассогласования поступают на пьезокерамические преобразователи соответствующих лазеров, которые изменяют дайну их резонаторов и, таким образом, поддерживают номинальные значения интервалов частот ыекду генерируемыми электромагнитными колебаниями. •

Излучаемые лазерами I и 2 рабочие сигнала с помощью дихроич-ного 6 и полупрозрачных зеркал объединяются в один общий измерительный сигнал, который направляется вдоль измеряемого расстояния. Из этого общего сигнала, егцэ до выхода из прибора, при покоен полупрозрачного зеркала 8 выделяется опорный оптический сигнал , поступающий в фотоэлектрический преобразователь частот 9. Трех-канальшй фотоэлектрический .преобразователь частот 9 устроен и ра-этает аналогично фотоэлектрическому преобразователю частот 3 и на выходе первого канала вьщеляет электрический сигнал с частотой F = л^ = I кГц, являющийся ппорным сигналом фазометра.

' 'Общий измерительный.си дал, пройдя измеряемое расстояние и отразившись от оптического отражателя 10, возвращается в прибор и поступает на. дихроичное зеркала II, которое пропускает 50$ сигнала с длиной волны у?, во второй канал, а остальной суммарный сигьиш з третий канал фотоэлектрического преобразователя частот.

Кроме этого, во второй канак поступаем 1% оптического сигнала пазера с длиной волны , пропуск.' чмого зеркалом 7. В результате двойного преобразования частот на выходе второго кг ала выделяется электрический сигнал с частотой Р = I кГц, фаза которого /пс отношении1 к фазе опорного сигнала/ несет информацию о длине измеряемого расстояния, а на выходе третьего канала - алектричас-. кий сигнал, фаза которого ьзсет информацию о разности оптических путей сигналов с длинами волн 2, и 2^ возникающей при прохождении измеряемого расстояния. Эти сигналы поступают на электронные фазометры 33, 14 и, далее , на блок обработки результатов измерения л.5, Зтот блок обрабатывает поступающую от фазометров информацию и вводимые "извне результаты измерения влажности и температуры .атмосферы в концевых точках трассы. В "результате совместной обработки, ведается результат измерения геометрических длин трассы и, при необходимости, значение сред..еинтегрального значения показателя преломления вдоль трассы луча дальномера.

•Приведенная на рис. I структурная схема разработанной дально-мерной системы является упрощённой, поясняющей принцип работы. На не не приведена приемный и п. редающий обьективы, цепи калибровки , управления и синхронизации, сервисные устройства и ряд других,

Уравнение измерении расстояний разработанной двухволновой даль-номерной системой имеет следующий вид:

I Л.

где (Ц^ - показания фазометра канала дальности;

■¿^ТЯ,^)- показания фазометра канала рефракции;

Л. масштабные частоты лазерных источников с длинами

волн //, и соответственно; [¿л1? - постоянные приборные поправки канала дальности и кань та р'фргкции соответственно;

- показатели преломления сухого воздуа и водяных паров в | нормальных условиях';

•С - влажность;

ГГ - температура воздуха, измеряемая в концевых точках трассы.

Полученное уравнение позволяет реализовать разработанный алго->итм измерения и обеспечить дальнейший теоретический и экспериментальный анализ погрешностей разработанной двухволновой дальномер-гой системы.

Погрешность определения расстояний, соответствующая этому 'равнению измерения описывается соотношением:

лА. , ^ м 4

и1-' ^ ^ /л

Пи - Ань.

Я1 -С- -I

тль тм, п т^., ^

, Г А ,

•I [ (

-П-л, * I

1 Лу ч< г*.*

и- • х

ф ), НУ ^ (Пм=1 м чч \ Па-

Г\е,-1 _ ) Млг. + Мл, „ п ПТл, ПЬ?,, Л*; Л\ ' "

XV + ^ 17/- & ^) 1Пг I--

-х-

-I л ")

где ^ 4 - коэффициент корреляции флуктуация масштабных част< ) ~ коэффициент корреляции флуктуация фазы тформациокне го. сигнала в к* ше дальности и канала рефракции ;

- средние квадратические отклонение флук1„ аций масштабной частоты; у 1 ~ средние квадратические от;'.лон2ния флукт^

ций фазы в канала дальности и канале рефракции ; - среднее квадратическое отклонение флуктуация влакности воздуха,

Проведенный анализ структурной схемы, принципа работы и ура нения измерения расстояний разработанной двух шювой дальномер-ной системой позволил выявить еще одно ее полезное свойство. При установке в дальноиернуы систему двух однотипных стабилизированных двухчастотных лазеров /например с ■■ - 0,63 мйд/ работо способность канала рефракции сохраняется, но он должен выдавать измеренное значешю / П - I / = 0. Отличие измеренного значена /Л - I / от нуля будет-характеризовать погрешность измерения и нала рефракции. Если цр/ работе с однотипны:.!« лазерами дополнительно перекрыть оптический луч мезду зеркалами 6 и 7 и -направит1 его в первый канал <, »тоелектричоского. преобразователя част то будат работать только канал измерения дальности. Это поэво-' ляет в процессе экспериментальных исследований метрологически: характеристик разработанной дальномеркой системы разделить сукг«ар ну» погрешность на две группы: группу составляющих погрешности измерения гнала рефракции и группу составляющих погрешости мэме-рения канала дальности.

'Б' диссертационной работе проведено охсперимь..тальное исслс' ' доешьи и анализ основных составляющих инструментальной погрешнос измерения разработанной двухволковой далькомерной системы и на основании приведенного сьше ооотноиенцл проведена оценка схвдае-. мой погрешности из^рекия длины.

В ксиадс дальности двухволиозой дальномерной системы определены и исследованы следующие составляющие илгтруме.чтаяькой пм'реп-• кости:

погрешность, вызываемая "др-зй^ом нуля" фазометра, случайная, ^ 0,05 мм;

- погрешность, обусловленная наличием связи между каналами и наводками частот, кратных масштабной частоте, /погрешность фазового цикла/, систематическая, Л^0,05 мм;

- погрешность, вызываемая неоднородностью фазы колебаний по сечения измерительного электромагнитного сигнала с оптической несущей, систематическая, ' ¿\^0,0?. км;

- погрешность, обусловленная наличием фазовых искажений измсри-

(v

тельного сигнала в зоно фотопряешшка, случайная с'^ й 0,04 мм;

- погрешность, поз1"Шйхк;ая за счет наличия амллитудно-фззовой зазксииостл приемного тракта, случайная, - 0,1 мм;

- погрэ;шости, определяющиеся неоднозначностью установки отражателя и прнекопзрэдатчиха дальнозоркой системы на знак и привязки их к измеряемой линии, систематические ^ й 0,03 мм;

А-2 -& 0,Со 1-м;

- погресность, обусловленная нестабильностью частоты опорного не-кератора, систематическая ^ 0,01 км;

с '

- погрешность, возникающая за счет наличия в канале шумов и некратны* мзсгпабной частот наподок, случайная, с)у =£ 0,07 мм;

- псгреаюсть, определяющаяся величиной нестабильности го временя постог-шюй приборной поправки канала, систематическая,

/I 0,05 им.

Инструментальная погрешность канала дальности при этом сце-|1ивается в ель .иной, /)7у> ()),) О» мм-

Канал рефракции имеет аналогичные источники погрешностей я их исследования дали следующие результаты: 01 0,С5_!!м, случаСьая л'х^ 0>02 и, систематическая А\-г 0,01 систематическая О 0,02 мм, случайная ■ ,

н.

Ь^- -й 0,Сб к.;, случайная ¿^ 0,02 ¡а, случ&йн : . Инструментальная погрешность канала рефракции п^'.' этой оценивается величьяой Мл</>(/1, мм.

Сумм'чная инструментальная погрешность двухволновой дальномер-ной системы определяется как

,01 и =/0,05 +МО 7!' / им, Ь > 10°мм. Это подтверждает правильность найденных рвений и высокие точностные возможности разработанного варианта реализации двухволновой да.с-номерной системы.

В третьей главе ' приведены результаты по'реализации и внедрению в производство созданных в процессе выполнения диссертационной работы высокоточных лазерных дальномерных систем. Практическое приме ненае разработанной двухволновой дальномзр1 й системы, использующей лазерные двухчастотные источн"ки излучения в настоящее время затруднено-отсутствием производства серийных стабилизированных даухг частотных лазеров, работающие в синей области спектра. Для их освоения в производстве еще требуется ряд технологических проработок. Однако, к'.ч показано в предыдущей главе, при использовании в разг работанной двухволновой дальнр зриой системе двух однотипных двух-частотных лазеров, работающих в красной области спектра, перекрытии лазерного луча ¡..^зду. зеркалами б и 7 и не прав легши его в первый канал фотоэлектрического преобразователя частот, канал дальности р.дотает в одноволиозом режиме и обеспечивает инструментальную погрешность измерения расстояний примерно на порядок меньше, чем серийные высокоточные фазовые дальномера. Такая высокая точность обья сняатся следующими причинами. В разработанном дальномере единица измерительного масштаба образуется в результате суперг1зиции двух излучаемых лазером монохроматических колебаний, интервал частот между которыми стабилизирован системой фазовой автоподстройки ..асто Этот ,,1льном< _> фактически рс лизует принцип двухчаототного ин.

{зометра, что позволяет оптимально сочетать высокую точность интерференционных измерений с дальностью дейстъля, малым временем изме- • рения и умеренными требованиями к атмосферным условиям, характерным для фазовых лазерных дальномеров. .Второй причиной высокой точности разработанного дальномера является применение второго, двух-частотного лазера. Сигнал этого лазера, проходя по тем : з внутренним цепям дальномера, что и сигнал первого лазера, позволяет скомпенсировать влияние целого ряда паразитных фазовък сдвинов и других помех, снижающих точность измерения.

Струтурная схема такого дальномера приведена на рис. 2. Приведенная схема является упрощенной, поясняющей принцип работы. I" I ней не приведены приемный и пердающий обьективы, цепи калибровки, управления и синхронизации, сервисные устройства ^яд других. Дальномер устроен и работает аналогично каналу дальности рассмотренной вше двухволновой дальномерной системы. На рис. 2 показаны:

- I, 2 Не - Д^е двухчаетотные лазеры;

3,6 <>- двухканальный фотоэлектрический преобразователь частот; -4 - синтезатор частот;

-5 - система фазовой автоподстройки частоты лазеров; 7, 8 полупрозрачные зеркала;

- 9, 10 - глухие зеркала;

П, - оптический отражатель; 12 - фазометр.

Рис. 2

Структурная схема двухчастотного лазерного дальномера

Высокие метрологические характеристики разработанного двухчастотного лазерного дальномера позволили создать на его базе высшее звено поверочной схемы метрологического обеспечения изм« рений больших длин. В настоящее время в области больших длин э: схема законодательно закреплена ГОСТом В.503-84. В соответсп с этим ГОСТом высшим -веном разработанной системы является Повероч!..ля установк' высшей точности единицы длины в область больших длин /УВТ5-84/.

3 поверочной установке воспроизведение длины в область бол шах длин осуществляется при помощи специально доработанного и

петрологически исследованного двухчастотного лазерного' дальномера. Относительная погрешность воспроизведения длины контрольного базиса УВТ5-84 длиною 1000 метров в реальных атмосферных условиях

ГЧ

на превышает величины 3«ТО .

Кроме этого, на базе этих же разработок были созданы образцовые мобильные двухчастотнке лазерные дальномеры. G их помощью передается значение единицы длины в область больших длин от высшего звена-, чбочим средствам измерения и геодезическим базисам, расположенным в различных районах страны. Кроме того два таких дальномера внедрены в эксплуатацию в Институте высоких энергий Ail РЗ /г. Протвино/ и 1 Институте яд^оннх исследований Ail РФ /г. Троицк/ для метрологического контроля сетей геодезического обеспечения ускорителей заряженных частиц; два модифициро;анних / дальномера используются процессе монтажа крупногаоаритных самолотов ' в КИАПО /г. КИЕВ/.

выводы

3. Проведен м~трологическиЙ анализ к выработаны оптимапьныо требования к составляющим инструментально?! погре аость высокоточной двухчастотной дальномерной системы.

2. Впервые разработана структурная схема н алгоритм работы дальномерной системы, основанной на одновременном использовании двухчастотных когерентных и^очников излучения.

3. Разработан и окопериментально исследовал новый тип "ву.:-лазерной двухчастотной дальномерной системы для целей метрологического обеспечения измерений больших длин.

4. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверэдены приняты построения предложенных дальном<~?ных систем и их метрологические характеристики,

5. Создана и внедрена в эксплуатацию двухлазерная одноволно-вая двух 'астотнал дальномериая система высаей точности, возглавляющая Государст энную поверочную схему для средств измерений длины в диапазсг 24 ... '75 метров,

6. Создан и внедрен в эксплуатации в установку высшей точности УВТ5-84 для воспроизведения и передачи единицы длины в диапазоне больших длин разработанный модернизированный прецизионный лазер -ный дальномер •*ипа ПДД-Ш.

7. Высокие метрологические и эксплуатационные характеристики разработанных двухчастотных лазерных дальномеров по-золили саздать ряд я:' ^-.афиуаций, пригодных для использования на промышленных

и научных обьектох. Два таки>: дальномера внедрены в эксплуатацию в Институте высоких энергий АН /г. Протвино/ и в Интситуте лазерных исследований АН Р5 /г. Троицк/ для метрологического контроля сетей геодезического обеспечения ускорителей заряженных частиц. Два модифицированных дальномера используют в процессе монтажа крупногабаритных самолетов в КИАПО /г. Киев/.

Основное содержание диссертации, опубликовано в работах

.1. A.C. №1075798, Лазерный дальномер, 22 очт. IS38 г.; (друсенко A.M., Данильченко Б.П., Купко B.C., Лукин К .'В., гакопов A.B.

2. A.C. JMÖ459T, 2 марта 1983 г-.; Андрусенко A.M., Данмлы.^нкоВ.П,; 'пко B.C., Лукин ".В., Прокопов A.B.

3. А.С» №1200518, Устройство для измерения среднеинтегралыгаго учения показателя преломления воздуха вдоль луча лазера; [друсенко A.M., Купко B.C., Лукин И.В., Пушкарев Г.Л.,Прокопов А.В,

4. Купко B.C., Щербань Ю.М., Андрусенко A.M., Мищенко И.И., тпние метрологических факторов на точность светодальномзрных из-¡рений. Метрология и повышение качества продукции. Л., ISS0.

5.- КупкоВ.С. »Андрусенко A.M., Лукин Ii.В., Сугачев О.Л. ■ецизиоккнй фазовый дальномер. Исследования по геодезии, аэрофо-сьемке и картографии. М., 1280.

6. Купко B.C., Данильченко В.П., Андрусенко к.а!., Прокопов A.B. трологическое обеспечение измерений больших длин. Сб. "Метрологи-ское обеспечение измерений", ВНИИКй, Ц., 39Э2.

7. Купко B.C., Андрусенко A.M., Бабенко E.H. и др. Ллзерн, i ухзолновая измерительная система., НТС "Опто-элокгроншз приборы системах контроля", М., 1984.

8. Купко B.C. Исследования погрешности нноговолнозых методов мерния контрольных базисоа геодяннмичзских полигонов. 2-я Ор^вская нференция "Излучение земли, как планеты, методами геофизики, гео-зии '1 астрономии", г. Полтава, 1988.

9. Купко В С. и др. Яоврпочная установка высшей точности для спроизведения единицы длины в область больккх длин. Ьзд-во стан-ртов, "Измерительная техника", .72, IS8I.

10. Купко B.C., Копнл В.К., Пущ каре а Г.П. и др. ГОСТ "Государст-«к я поверочная схема для средств измерений длины ив диапазоне

* 75000 п, ГОСТ 0.503-84.

, 11, Купко B.C., Аидруеенко А,М., луккн И.В.,и др. Опыт прчыене-ния двухчастотных оптических интерферометров для измерения перемечет земной коры и перспективы повышения точности геодезических катодов изучения геодинамика Земли, Тезисы ЕСНТК "Изучение Земли как планеты методами астрономии, геодезии и геофизики", ГАО /Л УССР, г.Кнев,198С

32, Купко В,С,, Аидруеенко A.M., Прокожг Л.В. и др. лнализ методов учета влияния атмосферных условий на точность лазерных дально-мерных измерений. Изд-во стандартов, "Измерительная техника", НО

и., mi. -

13. Купко В,С., Лукин И.В,,.Прокопов A.B. Исследование двухволне „вого дисперсиошог. метода измерения расстояний. Издательство стандартов, журнал "Измерительная техника" №11, 1931.

14. Купко B.C., Жуванова З.Г,, Сугачев О.Л. Применение двухчас-тотных стабилизированных лазеров в дальномере-рефрактометре. Тезисы докладов ВСН1К г.. Харьков.

35. Купко B.C. К учету рефракции светодальнокерных измерений, . Сборник.Научных трудов. Исследования в области метрологического обеспечения дальнокетрин. Л. , 1981, ВИЮ.

16. Купко B.C., Иушкарзв Г.П. и др. Состояние и перспективы развития' метрологического обеспечения лазерной дальнометрии. BCHIK "Метрологическое обесэчбние измерений больших длин", Тез. док.

г. Харьков, IS33.

17. Купко B.C., .Пономарев B.Li.', и др. Влияние атмосферы на точность линейных геодезических измерений. Образцовые и высокоточные средства измерений, Вып. 4, Госстандарт, БНЯИКИ, К., 1983.

18. Купко B.C.,-Кравченко Ü.M.и др. Лазерные дальномерные системы высшей тс-яости., ВНТК "Лазерные средства измерений в науке и технике и перспективы их применение в граэданокой авиации", г.Киев 1985.

19. Купко B.C., ijyamjass Г.Д,, Сос-ояниз разнятая дальномер! i-)ефрактометрических .систем, Л областная конференция "Повышение »фиктивности и каче-ства геодезических paöov", Владимир, 1966.

20. Купко B.C., Копыл В.К. а др. Лазерные дальномерные системы юсшзй точности для исследования современных геодинамических n^j-[ессов лакальных масштабов. Тезисы докладов международного симпозиу-:а "КАПГ по изучению современных движения Земной коры",К. ,ЗЖйТИ,1988:

21. Купко B.C., Кравченко Н.И. и др. Современные средства линей-ых измерений для геодинамических исследований, Тезисы докладов ездународного симпозиума. "Геодезия сейсмология",деформация и рсгноз, М., ВШГш, 1989.

22. Купсс 3.0., Перемет В.И. и др. Лазерный комплекс высшей эчности линейно-угловых измерений в промышленности и геофизике., П Межведомственное совещание по изучению движений земной коры на эрдинамических полигонах. Ташкент, 19Э1.

23. Купко B.C., Сугачев О.Л. и др. Прецизионный лазерный даль-)мэр для геодезических измерен .й и егс исследования, III Орловская. )нференция. "Изучение Земли как планеты методами астрономии, геофи-!ки и геодезии." Тезисы, г. Одесса, 1992.

24. Купко B.C., Андрусенко A.Ii., Ярокопов А.З., Методы метро л о-[и и контроля качества лазерных лннейкч-угдовых измерений а прэци-ivHHOM машиностроении., 4-й !.5е;5дувароднкЯ симпозиум. Размерная трология в производстве и контроле качества. Тампере, Фишш^я, 92.

2F. Купко З.С,Огояюк В.Д., Пушкарев Г.Л. Ochobhí напряэди мет-логхчного забезпечення вим^пвань великих довтля. Курнал "Вхсник одезП та картограф I", №1, 1994.

26. Купко В.С.,Пушкарев Г.П.»Основные разработки ТОЮ "Метрология области высокоточной дальнометрии. "Измерительная техника", 1994.

27. Купко 3.С.,Лукин И.В., Соболь В.В. Быстродействующий ла-ршй даяьчомер для геофизических измерений. Симпозиум, "i еодина-г<х горных систем Европы". Львов, 1994.

• Куико B.C. Розробка, досл1до?нш «в практичне застосування лазерних фазознх двухчастотних в !ддале систем.

. Д^сертацхл, що мае на мет! всшук вкеного ступени кандидата технхчних няук за спеатальнхст» 05Л2Л& "йрилади радхотехшки i sací6 зв'язку" Харьчхвська державна йкадем!я залхзничного транспорту.

• Захищаються 24 наукових poííf í 3 t .находи, в яких míc- -тяться тесрзтичн! i експер1меягальк1 до<;л1 дасення лазерних фазо-вих дпухчастотних Б1ддалем1рких стчт,

Розроблений, досл!джениЙ í впроваджений у метролог1чну та науково-тахнхчиу /геодея!чну/ нрактеку високоточний лазерний в!д-далем!р, що мае вхдстань дíí SOCO и i похибку вюЛршвання 0,05 ы

K¿040Bí слова: в1ддалем1р, двохчаато'/ний, фазовий, показник, заломлення повхтря, модуляц!я, '¿асштаб, др1бна частика фази, реф-ракщя, довжина хвиях, елеотроиагзйтно випроы*нювання, тиск, температура , волог iсть.

Kupko VI. S. Development, research and practical application of laser phase two-frequency rangefinder systems.

A thesis for technical sciences candidate's . degree competition on speciality 05.12.13 "Apparatus tor radio engineering and communication means". Kharkov State Railway Transport Academy.

_3 scientific worts and 3 certificates of authorship which include theoretical and experimental investigations of Jiser phase two-frequency rangafinder systems are maintained. High-accurate laser rangefinder having a 500 m range limit dnd 0,OE mm reaasurenrnt accuracy is developed', investigated and adopted into metrological and scientific-research (geodesic) practice.

Key words: rangefinder, two-froqusncy, phase, atmosphere refraction index, modulation, scale, fractional part of phase, refraction, wavelength, electromagnetic radiation, pressure, temperature, humidity.