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相位測距是精密測距的儀器。 相法 是利用檢測發(fā)射光和反射光在空間中傳播時發(fā)生的相位差來檢測距離的。
相位式激光測距一般應用在精密測距中。由于其精度高,一般為毫米級,為了有效的反射信號,并使測定的目標限制在與儀器精度相稱的某一特定點上,對這種測距儀都配置了被稱為合作目標的反射鏡。
若調制光角頻率為ω,在待測量距離D上往返一次產生的相位延遲為φ,則對應時間t 可表示為:
t=φ/ω
將此關系代入(3-6)式距離D可表示為
D=1/2 ct=1/2 c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)
=c/4f (N+ΔN)=U(N+)
式中:φ--信號往返測線一次產生的總的相位延遲。
ω--調制信號的角頻率,ω=2πf。
U--單位長度,數值等于1/4調制波長
N--測線所包含調制半波長個數。
Δφ--信號往返測線一次產生相位延遲不足π部分。
ΔN--測線所包含調制波不足半波長的小數部分。
ΔN=φ/ω
在給定調制和標準大氣條件下,頻率c/(4πf)是一個常數,此時距離的測量變成了測線所包含半波長個數的測量和不足半波長的小數部分的測量即測N或φ,由于近代精密機械加工技術和無線電測相技術的發(fā)展,已使φ的測量達到很高的精度。
為了測得不足π的相角φ,可以通過不同的方法來進行測量,通常應用最多的是延遲測相和數字測相,目前短程激光測距儀均采用數字測相原理來求得φ。
由上所述一般情況下相位式激光測距使用連續(xù)發(fā)射帶調制信號的激光束,為了獲得測距高精度還需配置合作目標,而目前推出的手持式激光測距儀是脈沖式激光測距儀中又一新型測距儀,它不僅體積小、重量輕,還采用數字測相脈沖展寬細分技術,無需合作目標即可達到毫米級精度,測程已經超過100m,且能快速準確地直接顯示距離。
相位噪聲是衡量頻率標準源(高穩(wěn)晶振、原子頻標等)頻穩(wěn)質量的重要指標,隨著頻標源性能的不斷改善,相應噪聲量值越來越小,因而對相位噪聲譜的測量要求也越來越高。傳統(tǒng)的零拍測量法已面臨嚴重的挑戰(zhàn),特別是在如何...
發(fā)動機每個缸的點火有一定時序,由曲軸的相位控制,4缸的時序為1-3-4-2或1-2-4-3。發(fā)動機完成4個沖程,曲軸就轉過2圈即720度,由于時序的限定,就有了相位差,所以你就會看到發(fā)動機運行時,不是...
相位噪聲是衡量頻率標準源(高穩(wěn)晶振、原子頻標等)頻穩(wěn)質量的重要指標,隨著頻標源性能的不斷改善,相應噪聲量值越來越小,因而對相位噪聲譜的測量要求也越來越高。傳統(tǒng)的零拍測量法已面臨嚴重的挑戰(zhàn),特別是在如何...
高壓電纜-架空線混合線路相位測距法
格式:pdf
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頁數: 7頁
提出一種高壓電纜-架空線混合線路相位測距法,該方法定義了一新定位函數。通過分析可知,在混合線路上,當所取參考點與故障點的相對位置不同時,定位函數呈現不同的相位特性;當所取參考點在故障點前后變化時,定位函數的相位會發(fā)生唯一一次相位突變,相位發(fā)生突變的位置即為故障點,故障特征明顯,因此利用此相位突變特征進行混合線路的快速故障定位。該方法無需事先判別故障區(qū)段,將混合線路直接等效為一等長線路進行故障測距,測距精度基本上不受過渡電阻、故障類型、采樣頻率、故障位置和負荷電流等因素的影響,無測距死區(qū),較好地克服了傳統(tǒng)方法在混合線路連接點附近有死區(qū)的不足。PSCAD軟件仿真結果表明該相位測距法正確,測距精度高。
相位測距法是通過強度調制的連續(xù)光波在往返傳播過程中的相位變化來測量光束的往返傳播時間,其計算公式如下:
t=Φ/2πf
式中,t為光波往返傳播時間(s);Φ為調制光波的相位變化量(rad); f為調制頻率(Hz)。
光的往返傳播時間得到后,目標至參考點的距離可由下式求得
R=(c/2)×(Φ/2πf)=(λ/2)×(Φ/2π)
式中,R為目標至參考點距離(m);c為光波傳播速度(m/s);λ為調制光波波長(m)。
相位位移是以2π為周期變化的,因此有
Φ=(N+△n).2π
式中,N為相位變化整周期數;△n為相位變化非整周期數。
由以上兩式可知
R=λ/2×(N+△n)
上式表明,只要測出發(fā)射和接收光波的相位差,即可得到目標的距離。因此相位測距可理解為以調制光波半波長為"測量尺度"的距離測量方法。
光學測距中常使用激光測距。這是利用激光的單色性和相干性好、方向性強等特點,以實現高精度的計量和檢測,如測量長度、距離、速度、角度等等。激光測距在技術途徑上可分為脈沖式激光測距和連續(xù)波相位式激光測距。脈沖式激光測距原理與雷達測距相似,測距儀向目標發(fā)射激光信號,碰到目標就要被反射回來,由于光的傳播速度是已知的,所以只要記錄下光信號的往返時間,用光速(30萬千米/秒)乘以往返時間的二分之一,就是所要測量的距離?,F在廣泛使用的手持式和便攜式測距儀,作用距離為數百米至數十千米,測量精度為五米左右。我國研制的對衛(wèi)星測距的高精度測距儀,測量精度可達到幾厘米。連續(xù)波相位式激光測距是用連續(xù)調制的激光波束照射被測目標,從測量光束往返中造成的相位變化,可換算出被測目標的距離。為了確保測量精度,一般要在被測目標上安裝激光反射器。它測量的相對誤差為百萬分之一。激光測距儀與微波雷達結合,還可以發(fā)揮激光波速窄的特長,彌補微波雷達低仰角工作時受地面干擾的不足。激光測距與光學經緯儀、紅外及電視跟蹤系統(tǒng)相結合,組成光電跟蹤測量系統(tǒng),既可作為靶場試驗的測量設備,又常用作武器的光電火力控制系統(tǒng)。這種激光測距儀已廣泛用于地面火炮、坦克炮的火控系統(tǒng),大大提高了命中率。
電磁波測距有兩種方法:脈沖測距法和相位測距法。
由測線一端的儀器發(fā)射的光脈沖的一部分直接由儀器內部進入接收光電器件,作為參考脈沖;其余發(fā)射出去的光脈沖經過測線另一端的反射鏡反射回來之后,也進入接收光電器件。測量參考脈沖同反射脈沖相隔的時間t,即可由下式求出距離D: ,式中 c為光速。衛(wèi)星大地測量中用于測量月球和人造衛(wèi)星的激光測距儀,都采用脈沖測距法。
用高頻電流調制后的光波或微波從測線一端發(fā)射出去,由另一端返回后,用鑒相器測量發(fā)射波與回波之間的相位差嗘。若調制頻率為f,則電磁波往返經歷的時間為: ,式中n是時間t中的整周數。將 t代入到上列脈沖測距法的公式中,得距離D為: ,式中λ是已知的調制波波長相當于測量距離的尺子的長度,n相當于測程上的整尺數是不足一個測尺長的尾數。
為了確定整尺數n,通常采用可變頻率法和多級固定頻率法。前者是使測距儀的調制頻率在一定范圍內連續(xù)變化,這就相當于連續(xù)改變測尺長度,使它恰好能量盡待測距離。測距時,逐次調變頻率,使不足整尺的尾數等于零。根據出現零的次數和相應的頻率值,就可以確定整測尺數n°當采用多級固定頻率法時,相當于采用幾根不同長度的測尺丈量同一距離。根據用不同頻率所測得的相位差,就可以解出整周數n,從而求得距離D。
相位差除了用鑒相器測量之外,還可采用可變光路法,即用儀器內部的光學系統(tǒng)改變接收信號的光程,使該信號延遲一段時間。電子儀表指示發(fā)射信號與接收信號相位相同時,直接在刻劃尺上讀出尾數。此外,還可以用延遲電路來改變接收信號的相位,由該電路調整控制器上的分劃,讀出尾數。
激光測距按測距原理區(qū)分,大體有如下三類:
(1)脈沖測距法,這種脈沖測距的精度大都為米的量級,是用于軍事及工程測量中精度要求不高的場合使用。
(2)相位測距法,通過測量單色連續(xù)激光的調制波在待測距離上往返傳播所發(fā)生的相位變化,間接測量時間,達到距離測量目的。這種方法測量精度高,通常在毫米量級,因而在大地、工程和體育測量中得到了廣泛應用。
(3)干涉測距法,它也是一種相位法測距,但不是通過測量激光調制信號的相位來測定距離,而是通過測量激光光波本身的干涉條紋變化來測定距離,所以距離分辨率可達到半個激光波長,通常達到微米量級。