CN2168237Y

CN2168237Y - 内调制He-Ne激光准直装置

Info

Publication number: CN2168237Y
Application number: CN 93223144
Authority: CN
Inventors: 王惠文
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1994-06-08
Anticipated expiration: 2003-09-03

Abstract

本实用新型为一种内调制式He-Ne激光准直装置。它包括集成化内调制激光电源、高压限流电阻板、普通市售玻壳He-Ne激光管、伽利略式扩束系统组成的发射调制激光束的激光发射器和由聚光镜、干涉滤光镜、光电接收元件、接收电路组成的激光接收器。采用本方案结构简单、体积小、寿命长、准直距离可达800m以上，准直精度优于±1.5mm，可替代进口产品。

Description

本实用新型涉及一种用于修桥、筑路、铺轨、坑道掘进等场合使用的激光准直装置，具体地说是一种内调制型He－Ne激光准直装置。

目前与本方案相近的已有技术有德国西门子公司生产的激光准直装置，该装置的激光发射器中采用光强内调制型、陶瓷壳结构的He－Ne激光管，这种激光管的阴阳极两端封接金属头较长，既是贴片管又是阴阳极引线，而且有一头粗一头细的结构，可将电源固定在细管部分外面，整体性好。但进口这种管费用高，而国内仅有的一种低功耗He－Ne激光管可以实现内调制，但制作工艺复杂，不易大量生产，经实验检测，调制深度较低。普通激光发射器中的激光电源均设有可使He－Ne激光器产生调制信号的电源商品，而且国产分立元件发热问题难以解决，导致输出的调制信号不稳，如果为解决散热问题又导致电源的体积过大，不可能实现电源与激光管整体组装。比较西门子公司的激光发射器中的激光扩束系统，它是采用单片负透镜目镜，分离式物镜，双凹面柱面镜。我们认为单片负目镜球面半径小，不易加工。与西门子公司产品的激光接收电路比较，它的设计是以分立元件为基础的接收电路板。而分立元件接收电路的特点是分散为四块小线路板，分装于三个小盒子中，这样调整环节多，调整十分困难，且稳定性差。对于不同距离的光强信号，西门子公司采用自动增益电路，非常难于调整而且易自激。

本实用新型的目的是在吸收西门子公司产品优点的基础上，克服其存在的缺点而设计出一种能适用于国内的内调制He－Ne激光准直装置。它的结构简单，成本低，各项技术指标均高于西门子产品。

本实用新型的目的是由以下措施来达到：由激光发射器和激光接收器构成的内调制He－Ne激光准直装置，在激光发射器外壳内一端装有激光集成化开关电源和高压电阻板，将普通针型He－Ne激光管与高压电阻板相连。在激光发射器外壳内另一端装有激光扩束系统。该系统采用二片负透镜组成的目镜和双胶合物镜以及平凸柱面镜的伽利略式逆置望远镜。激光电源的正负引线接在与其固定的高压电阻板上，高压电阻板以接触式簧片与He－Ne激光管的阴－阳引线连接。激光接收器的选择放大采用非自动增益型限幅电路。

本实用新型与已有的技术相比具有如下优点：由于采用普通针型及其它型式的He－Ne激光管，即能产生内调制光强输出，本装置的成本低，使用方便，调制深度较深，便于远距离接收。由于采用集成化激光开关电源和伽利略式逆置望远镜系统，使圆柱型He－Ne激光管一体化，使用方便。由于高压限流电阻板固定在激光电源输出端，以弹簧片与He－Ne管阳极引线接触，故安装方便，又能防止高压放电，使激光输出稳定，延长激光电源的寿命。由于激光接收器接收电路集成化，仅有一块线路板，选择放大电路又采用限幅电路，使接收器体积小，调整方便。

下面结合附图对本实用新型做详细说明：

图1为本装置的结构简图

图2为激光接收电路的原理图

图3为高压限流电阻板图

图4为激光扩束系统结构图

图5为激光接收器限幅电路图

参照图1～图5，在激光发射器外壳1内的一端装有激光集成化开关电源2和高压电阻板3。普通针型阳极He－Ne激光管4与高压限流电阻板3相连。在激光发射器外壳内的另一端装有激光扩束系统5。激光扩束系统采用二片负透镜组成的目镜18，双胶合物镜19以及平凸柱面镜20的伽利略式逆置望远镜。激光电源的正负引线接在与其固定的高压限流电阻板3上，高压限流电阻板以接触式簧片16与He－Ne激光管的阳极引线17连接。激光接收器的选择放大器12采用非自动增益型限幅电路22。

本装置工作时，外界低电压直流电源V_入接通后，激光开关电源2通过高压限流电阻板3供给激光管4达10000V直流高压，使激光管导通（起辉），然后大部分压降至高压限流电阻板3上，使激光管两端维持正常工作电压2000V左右。这时，激光管4发出调制激光束。激光管4所以能发出调制激光束，其原因是利用了激光开关电源输出电压的纹波，使激光管的直流工作电流产生了部分调制所致。该调制光束经扩束系统5变成条形调制光束6，到达激光接收器8后，为聚光镜7通过干涉滤光片9，滤除杂光后聚焦在光电接收器10上，将光信号变成电信号为接收电路11处理。该电信号经图2的选择放大器12、解调器13、积分器14、差分放大器15输出高低电平至伺服系统去控制被准直的系统（如起拔道机、掘进机等）。当条形光束位于激光接收器中间位置（即对称于二光电接收器）时，接收器输出低电平，被准直系统位于中间位置，而当被准直系统偏离准直激光束时，接收器输出高电平，通过伺服系统控制系统使被准直的系统回到中间位置。

该准直装置由于将容易发热的高压限流电阻板3移至激光开关电源2的外面而使其散热性能得到很大的改善，见图3。又由于激光开关电源2的输出端与高压限流电阻板3以螺钉相连接，又以弹簧片16与激光管阳极引线17接触，既可使激光电源2与激光发射器外壳1快速联接，装拆方便，避免高压限流电阻板3与件1管壁之间放电，也避免了因激光管阴、阳极导线过长而绞绕，致使分布电容过大。这样的结构，减少了引起激光输出调制信号不稳定的因素，延长了激光电源的使用寿命。

该装置的扩束系统为图4所示的逆置伽利略式望远镜，与开卜勒式扩束系统相比纵向尺寸小，使扩束系统结构尺寸短。与西门子公司的单片负透镜、双分离物镜及双曲柱面镜的伽利略式扩束系统相比，具有加工简单的优点。激光管4发出的激光束通过目镜18、物镜19形成圆形平行光束，再经柱面镜20扩展为所需宽度和长度的条形光束6。

图5为图2中选择放大器12的限幅电路。由光电接收器10转换来的电信号，经谐振滤波器21滤波，进入限幅放大器22，当输入信号过大时，由二极管加电阻R₃组成的限幅器，限掉一部分，以免使放大器饱和，可以输出所需要的稳定电平信号，这样保证了该准直装置在近距离10米处工作时，光调制信号很强，放大器不会饱和，而在远距离工作时，信号衰减10⁴倍，接收电路均能正常工作，这种电路与自动增益电路相比，性能稳定，易于调整。

Claims

1、一种内调制He-Ne激光准直装置，由激光发射器与激光接收器组成，激光发射器包括激光管、激光电源、扩束光学系统，激光接收器包括聚光镜、干涉滤光镜、光电接收元件和接收电路，其特征在于：

a)在激光发射器外壳内的一端装有集成化开关电源和高压限流电阻板，将普通针型阳极He-Ne激光管与高压限流电阻板相连，在激光发射器外壳内的另一端装有激光扩束光学系统，也可用可阀封接或其它型式的非针型阳极He-Ne激光管；

b)激光扩束光学系统采用二片负透镜组成的目镜和双胶合物镜以及平凸柱面镜的伽利略式逆置望远镜；

c)激光电源的正负引线接在与其固定的高压限流电阻板上，高压限流电阻板以接触式簧片与He-Ne激光管的阴-阳极引线联接；

d)激光接收器的选择放大采用非自动增益型限幅电路。