Другие предметы \ Контрольно-измерительные приборы и автоматика

Усовершенствование частотно-импульсных дальномеров путём использования полупроводниковых лазеров и схемных изменений, страница 2

          ,        (6)

где ta –суммарное время аппаратурных задержек сигнала в цикле ИОПИ, включающее в себя и задержку и на ЛЗ, определяется в режиме ОКЗ.

Анализ погрешностей от квантования

Частота физического процесса является естественно дискретизированной физической величиной. Способ измерения частоты по совпадениям импульсов исключает из результата измерения (см. выражение (5)) значения квантов Т0 или ТD.

 Это означает, что погрешность квантования в рассматриваемом случае уменьшилась от значения ТD  до значения t.

Поэтому погрешности кодов  и  можно записать в виде  и . Будем считать, что суммарное время аппаратурных задержек ta  имеет только систематическую погрешность, которая учитывается при ОКЗ.

Итак, можно записать, что

Здесь перед погрешностями в числителе и знаменателе стоят противоположные знаки, что соответствует худшему случаю. После преобразований имеем

         (7)

Полагая 

   находим   

     

и окончательно .

Этот результат свидетельствует о том, что ЧИД по точности может превзойти прецизионные фазовые дальномеры.

Аппаратные пути снижения погрешностей

Предложенный метод измерения частоты fD позволил уменьшить погрешность квантования от значения естественного кванта периода ТD до значения длительности t импульсов, участвующих в процессе совпадений. Средствами современной электроники можно сформировать импульсы, длительность которых  (Мелешко Е. А., 1987). Если при этом увеличить частоту импульсов лазера, например, до 105 Гц, варьируя одновременно время задержки, то методическая погрешность измерения, в соответствии

с (7), может быть уменьшена в 250 раз. (В 50 раз уменьшается t и в 5 раз увеличивается . При этом в 10 раз увеличится Т0D и во столько же раз уменьшится N при том же времени измерения tизм= 1 c). Оптимум по критерию точности будет достигнут в том случае, если и другие погрешности будут соизмеримы с методической (tизм = 1 c, а t = 10-10с). Это условие легко реализуется. Естественные аппаратурные задержки сигнала проявляются в единицах пикосекунд и имеют второй порядок малости по сравнению с длительностью импульсов, участвующих в совпадениях. Доминирующими погрешностями в ЧИД являются: погрешность пороговой обработки отраженного сигнала и погрешность от непостоянства показателя проявления атмосферы. Первая может быть уменьшена до 10-9с. Методы учета второй изложены в (Большаков В. Д., Левчук Г.П., 1985).

Заключение

1. Схемные усовершенствования ЧИД делают возможным применение его при самых высокоточных измерениях. Использование при проектировании и изготовлении ЧИД современных электронных приборов и методов стабилизации параметров элементов позволит ЧИД по точности превзойти фазовые дальномеры.

2. Возможность использования в ЧИД мощных миниатюрных и недорогих полупроводниковых лазеров, предельная простота схемных решений и обработки информации позволят существенно снизить стоимость аппаратуры для дальномерных работ в геодезии, упростить конструкцию и снизить стоимость тахеометров и тотальных станций.

Литература

Лазерные измерительные системы (1981) / Под ред. Д.П.Лукьянова. - Москва: Радио и связь. – 456с.

Тырса В. Е. (1987). Предельные инструментальные погрешности сличения частот по методу совпадений импульсов.// Метрология. – Москва:/ Ежемес. прилож. к научн.-техн. журналу "Измерительная техника", №9 - С.32-38.

Мелешко Е. А. (1987). Наносекундная электроника в экспериментальной физике. – Москва: Энергоатомиздат. – 216 с.

Справочник геодезиста (1985). / Под ред. В.Д. Боль-шакова, Г.П. Левчука, 3-е изд. перераб. и доп.2 т. – Москва: Недра. – 440 с.

Рецензент: К. И. Богатыренко, доцент, д. т. н., ХГАДТУ.

Введение.................................................................................................................................. 1

ЧИД с удлинённым циклом переизмерения........................................................................ 1

Пути снижения методических погрешностей..................................................................... 2

Анализ погрешностей от квантования................................................................................. 3

Аппаратные пути снижения погрешностей......................................................................... 4

Заключение.............................................................................................................................. 4

Литература.............................................................................................................................. 4

Скачать файл