NO144500B

NO144500B - STRAALINGSVARSLER.

Info

Publication number: NO144500B
Application number: NO773087A
Authority: NO
Inventors: Arnljot Brunvoll
Original assignee: Simrad As
Priority date: 1977-09-21
Filing date: 1977-09-21
Publication date: 1981-06-01
Also published as: SE7809426L; NO773087L; NO144500C; GB2007454A; GB2007454B

Description

Oppfinnelsen gjelder en laservarsler for å anvise bestråling fra laser. Laservarsleren innbefatter en pulsankomsttidsdiskriminator. The invention relates to a laser warning device to indicate irradiation from a laser. The laser detector includes a pulse arrival time discriminator.

Slike laservarslere blir benyttet for å gi varsel om at en blir utsatt for laserbestråling. Bruk av laservarsler med retningsfølsomme detektorer kan vanskeliggjøres dersom varsleren mottar reflekser fra lendet eller nærliggende objekter i detektorens synsfelter. Dersom signalene fra detektorene bare detekteres av terskeldetektorer og retningsangivelsen til strålekilden skjer via en forhåndsprogrammert tabell,, slik som tidligere kjent, kan slike uønskede reflekser helt maskere signalene som angir den korrekte retning. Dette er et spesielt merkbart problem fordi dynamikken i signalene som ønskes detektert kan være meget stor, og fordi detektorenes følsomhet gjerne er tilpasset svake signaler. Such laser detectors are used to give notice that someone is exposed to laser radiation. Using laser alerts with direction-sensitive detectors can be made difficult if the alerter receives reflections from the ground or nearby objects in the detector's field of vision. If the signals from the detectors are only detected by threshold detectors and the direction indication of the radiation source occurs via a pre-programmed table, as previously known, such unwanted reflections can completely mask the signals indicating the correct direction. This is a particularly noticeable problem because the dynamics of the signals that are to be detected can be very large, and because the sensitivity of the detectors is often adapted to weak signals.

Utstyr til å bestemme retningen til en kilde for innfallende bølgeenergi er forøvrig bl.a. kjent fra britiske patenter GB 1,144,361 og GB 1,459,387. GB 1,144,361 beskriver en innretning til å bestemme faseforskjellen mellom signaler som er mottatt av antenner som er montert mindre enn en halv bølgelengde fra hverandre. GB 1, 459, 387 beskriver en målfølgingsanordning som skal følge en tilnærmet kontinuerlig kilde for infrarød stråling. Equipment for determining the direction of a source of incident wave energy is, among other things, known from British patents GB 1,144,361 and GB 1,459,387. GB 1,144,361 describes a device for determining the phase difference between signals received by antennas mounted less than half a wavelength apart. GB 1,459,387 describes a target tracking device which is to follow an approximately continuous source of infrared radiation.

Oppfinnelsen, hvis kjennetegn fremgår av etterfølgende patentkrav, The invention, whose characteristics appear from subsequent patent claims,

skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene, der: shall be described in more detail with reference to the drawings, where:

Figur 1 skjematisk viser en laservarsler, Figure 1 schematically shows a laser detector,

figur 2 er et blokkskjema over laservarsleren på fjgur 1, figure 2 is a block diagram of the laser detector in figure 1,

figur 3 viser direkte og reflekterte stråler, figure 3 shows direct and reflected rays,

figur 4 er et blokkskjema over en annen utførelsesform for oppfinnelsen, figure 4 is a block diagram of another embodiment of the invention,

figur 5 er et blokkskjema over ytterligere en utførelsesform for oppfinnelsen. Figure 5 is a block diagram of a further embodiment of the invention.

På figur 1 er det vist en laservarsler 1 med et antall strålingsdetektorer, 2, 3, 4 og 5 som overvåker hver sin sektor. I utførelseseksempelet er det vist fire detektorer som hver overvåker en sektor på 90° i rommet. Figure 1 shows a laser detector 1 with a number of radiation detectors, 2, 3, 4 and 5, which monitor each sector. In the design example, four detectors are shown, each of which monitors a sector of 90° in the room.

Som angitt på figur 2 er motstående detektorer koplet til differensialforsterkere 6, 7, 8 og 9. Detektoren 2 er koplet til plussinngangen på differensialforsterker 6 og minusinngangen på differensialforsterker 8. Den for detektor 2 diametralt motstående detektor 4 er koplet til minusinngangen pa differensialforsterker 6 og plussinngangen på differensialforsterker 8. Dersom signalet fra detektor 2 er større enn signalet fra detektor 4, vil utgangssignalet fra differensialforsterker 6 være positivt, mens signalet fra forsterkeren 8 vil være negativt. As indicated in figure 2, opposite detectors are connected to differential amplifiers 6, 7, 8 and 9. Detector 2 is connected to the plus input of differential amplifier 6 and the minus input of differential amplifier 8. The diametrically opposite detector 4 for detector 2 is connected to the minus input of differential amplifier 6 and the plus input of differential amplifier 8. If the signal from detector 2 is greater than the signal from detector 4, the output signal from differential amplifier 6 will be positive, while the signal from amplifier 8 will be negative.

Utgangene fra forsterkerene 6, 7, 8 og 9 er koplet til terskeldetektorer, henholdsvis 10, 11, 12 og 13 som styrer indikatorer, henholdsvis 14, 15,16 og 17. Indikatorene er i dette tilfellet vist som lamper. Når signalet inn på en av terskeldetektorene 10, 11, 12 eller 13 overstiger terskelnivået tennes den tilsvarende indikator 14, 15, 16 og 17. Indikatoren 14 lyser opp når utgangssignalet fra forsterkeren 6 overstiger terskelnivået i terskeldetektoren 10, hvilket indikerer at detektoren 2 blir sterkere bestrålt enn detektoren 4 og at for-skjellen i intensitet overskrider den grense som er gitt av terskeldetektoren 10. Terskelen i detektoren 10 kan være variabel og innstilles etter de til en hver tid rådende forhold hva bakgrunnsbelysning og andre forstyrrende elementer angår. The outputs from the amplifiers 6, 7, 8 and 9 are connected to threshold detectors, respectively 10, 11, 12 and 13 which control indicators, respectively 14, 15, 16 and 17. The indicators are in this case shown as lamps. When the signal into one of the threshold detectors 10, 11, 12 or 13 exceeds the threshold level, the corresponding indicators 14, 15, 16 and 17 are lit. The indicator 14 lights up when the output signal from the amplifier 6 exceeds the threshold level in the threshold detector 10, which indicates that the detector 2 is getting stronger irradiated than the detector 4 and that the difference in intensity exceeds the limit given by the threshold detector 10. The threshold in the detector 10 can be variable and set according to the conditions prevailing at any given time as far as background lighting and other disturbing elements are concerned.

Er signalet ut fra detektoren 4 sterkere enn signalet fra detektoren 2, hvilket betyr at kilden for laserstråling ligger i detektorens 4 sektor, vil differensialforsterkeren 8 gi et høyt utgangssignal og indikatoren 16 blir tent. If the signal from the detector 4 is stronger than the signal from the detector 2, which means that the source of laser radiation is in the sector of the detector 4, the differential amplifier 8 will give a high output signal and the indicator 16 will be lit.

Som det fremgår av figur 2 er detektorene 3 og 5 tilhørende differensialforsterkere 7 og 9, terskeldetektorer 11 og 13, og indikatorer 15 og 17 koplet sammen på samme måte som det andre motstående detektorparet, og virkemåten er den samme. As can be seen from Figure 2, detectors 3 and 5 belong to differential amplifiers 7 and 9, threshold detectors 11 and 13, and indicators 15 and 17 are connected together in the same way as the other opposite pair of detectors, and the mode of operation is the same.

En laservarsler av den ovenfor beskrevne type vil uten videre kunne angi den sektor som kilden til laserstråling ligger i. Ved å øke antalle detektorer og tilhørende signalbe-handlingselektronikk kan en lett redusere størrelsen av den sektor hver enkelt detektor overvåker, slik at retningsangivelsen blir mer nøyaktig. En kan også la detektorens synsfelter delvis overlappe hverandre, slik at antallet sektorer som kan overvåkes blir det dobbelte av antallet detektorer. A laser detector of the type described above will be able to indicate the sector in which the source of laser radiation is located. By increasing the number of detectors and associated signal processing electronics, the size of the sector monitored by each individual detector can be easily reduced, so that the direction indication becomes more accurate . One can also allow the detector's fields of view to partially overlap each other, so that the number of sectors that can be monitored is twice the number of detectors.

Fra tid til annen kan det imidlertid forekomme at en refleks fra et nærliggende objekt kan være av samme størrelsesorden som det direkte signal fra strålingskilden. Det kan da være vanskelig for den viste laservarsleren å angi noen retning, og det kan sågar hende at den angir retningen til reflektoren i stedenfor retningen til strålingskilden. Denne ulempen er avhjulpet hvor en tar hensyn til at refleksen ankommer noe senere enn direkte signalet da den strekning pulsen må tilbakelegge nødvendigvis blir noe lengre. Dette er antydet på figur 3 hvor A er strålingskilden, B er reflektoren og C er laservarsleren. From time to time, however, it can happen that a reflection from a nearby object can be of the same order of magnitude as the direct signal from the radiation source. It can then be difficult for the displayed laser detector to indicate any direction, and it may even happen that it indicates the direction of the reflector instead of the direction of the radiation source. This disadvantage is remedied by taking into account that the reflex arrives somewhat later than the direct signal, as the distance the pulse must cover is necessarily somewhat longer. This is indicated in Figure 3, where A is the radiation source, B is the reflector and C is the laser detector.

Avstanden mellom strålingskilden og laservarsleren er a, mellom strålingskilden og reflektoren b og mellom reflektoren og laservarsleren R. Tidsforsinkelsen mellom det direkte signalet og det reflekterte signalet fra strålingskilden er: The distance between the radiation source and the laser detector is a, between the radiation source and the reflector b and between the reflector and the laser detector R. The time delay between the direct signal and the reflected signal from the radiation source is:

hvor c = lysets hastighet where c = speed of light

0 = vinkel A C B 0 = angle A C B

f(S) = intensitetsavhengig ledd (positivt når refleksen er svakere enn hovedsignalet) f(S) = intensity-dependent term (positive when the reflex is weaker than the main signal)

Hvis a er mye større enn R kan formelen forenkles til If a is much larger than R, the formula can be simplified to

For § skjelne mellom direkte signal og reflekser er det laget en utførelsesform som vist på figur 4. Mellom hver differensialforsterker og terskeldetektor er det innført analoge porter 18, 19, 20 og 21 som alle samtidig kan stenges av et signal fra hvilken som helst av fire monostabile vipper 22, 23,24 og 25 som er koplet til og trigges av hver sin terskeldetektor henholdsvis 10, 11, 12 og 13. Det er følgelig en monostabil vippe og en analog port for hver "kanal" som danner en pulsankomsttidsdiskriminator. In order to § distinguish between direct signal and reflexes, an embodiment has been made as shown in Figure 4. Between each differential amplifier and threshold detector, analogue ports 18, 19, 20 and 21 have been introduced, all of which can be simultaneously closed by a signal from any of four monostable flip-flops 22, 23, 24 and 25 which are connected to and triggered by respective threshold detectors 10, 11, 12 and 13 respectively. There is consequently a monostable flip-flop and an analog gate for each "channel" which forms a pulse arrival time discriminator.

Den analoge porten og den monostabile vippen modifiserer laservarslerens virkemåte som . følger: Går en ut fra at strålingskilden ligger i sektoren til detektor 2, vil den analoge porten 18 til å begynne med være åpen slik at signalene slipper igjennom fra forsterkeren 6 til terskeldetektoren 10. Når signalet er sterkt nok tenner terskeldetektoren 10 indikatoren 14 og samtidig trigger den den monostabile vippen 22. Utgangssignalet fra den . monostabile vippen 22 lukker de analoge portene 18, 19, 20 og 21. Derved sperres inngangene til terskeldetektorene 10, 11, 12 og 13 slik at ingen kan detektere stråling fra andre retninger. De analoge portene forblir lukket i et tidsrom som er gitt av den monostabile vippen 22. Ved på denne måten å sperre laservarsleren etter en kort tid T etter at den første.strålingskilden er detektert, unngår en § blir forstyrret av reflekser fra reflektoren B som gir en At som er større enn T. The analog gate and the monostable flip-flop modify the laser detector's behavior as . follows: Assuming that the radiation source is in the sector of detector 2, the analog port 18 will initially be open so that the signals pass through from the amplifier 6 to the threshold detector 10. When the signal is strong enough, the threshold detector 10 lights the indicator 14 and at the same time it triggers the monostable flip-flop 22. The output signal from the . the monostable flip-flop 22 closes the analogue ports 18, 19, 20 and 21. Thereby the inputs to the threshold detectors 10, 11, 12 and 13 are blocked so that no one can detect radiation from other directions. The analog gates remain closed for a period of time given by the monostable flip-flop 22. By thus blocking the laser detector after a short time T after the first source of radiation is detected, § avoids being disturbed by reflections from the reflector B which gives an At that is greater than T.

For reflekser fra objekter svært nær varsleren kreves det en rask signalbehandling på grunn av de korte tidsforsinkelsene. Dette kan skape problemer i tilfeller der varsleren er plassert på en struktur som belyses på skrå ovenfra og hvor deler av strukturen ligger i detektorens synsfelter. Selv om laservarsleren i utførelseseksempelet sperres ved hjelp av en monostabil vippe og en analog port kan en f.eks. godt tenke seg at terskeldektorene gjøres styrbare slik at de kan sperres. Den monostabile vippen kan utelates hvis sper-ringen av terskeldetektorene oppheves på en annen måte, men terskeldetektorenes ut-ganger må selvfølgelig isoleres fra hverandre. For reflections from objects very close to the detector, fast signal processing is required due to the short time delays. This can cause problems in cases where the detector is placed on a structure that is illuminated obliquely from above and where parts of the structure are in the detector's field of vision. Even if the laser detector in the design example is blocked by means of a monostable flip-flop and an analog port, one can e.g. it is good to think that the threshold detectors are made controllable so that they can be blocked. The monostable flip-flop can be omitted if the blocking of the threshold detectors is canceled in another way, but the outputs of the threshold detectors must of course be isolated from each other.

I utføreleseseksempelet på figur 5 er hver detektor 2, 3, 4, 5 koplet til en tilhørende terskeldetektor 26, 27, 28, 29. Terskeldetektorene 26, 27, 28, 29 gir ut en puls når signalet fra den tilhørende detektor overstiger terskelnivået. Den kan f.eks. bestå av en to-inngangs NAND-port hvor utgangen er tilbakekoplet til den ene inngangen gjennom en motstand, og med en kondensator mellom inngangen og jord. Utgangen fra hver terskeldetektor 26, 27, 28, 29 er gjennom inverterene 30, 31, 32, 33 koplet til J-inngangen på tilhørende JK-vipper 34, 35, 36, 37. In the readout example in Figure 5, each detector 2, 3, 4, 5 is connected to an associated threshold detector 26, 27, 28, 29. The threshold detectors 26, 27, 28, 29 emit a pulse when the signal from the associated detector exceeds the threshold level. It can e.g. consist of a two-input NAND gate where the output is fed back to one input through a resistor, and with a capacitor between the input and ground. The output from each threshold detector 26, 27, 28, 29 is connected through the inverters 30, 31, 32, 33 to the J input of the associated JK flip-flops 34, 35, 36, 37.

Utgangene fra terskeldetektorene 26, 27, 28, 29 er også koplet til hver sin inngang på en NAND-port 38. Utgangen fra NAND-porten 38 er koplet til inngangen på en inverter 39 hvis utgang er koplet til klokkeinngangen på JK-vippene 34, 35, 36, 37. The outputs of the threshold detectors 26, 27, 28, 29 are also connected to each input of a NAND gate 38. The output of the NAND gate 38 is connected to the input of an inverter 39 whose output is connected to the clock input of the JK flip-flops 34, 35, 36, 37.

Inverterens 39 utgang er også koplet til set-inngangen på en set/reset (RS) vippe 40. Normal utgangen til RS-vippen 40 er koplet til inngangen på en monostabil vippe 41 hvis utgang er koplet til en pulsgiver 42. The output of the inverter 39 is also connected to the set input of a set/reset (RS) flip-flop 40. The normal output of the RS flip-flop 40 is connected to the input of a monostable flip-flop 41 whose output is connected to a pulse generator 42.

Inversutgangen fra RS-vippen 40 er koplet til en inngang på NAND-porten. The inverse output from the RS flip-flop 40 is connected to an input on the NAND gate.

Utgangen fra pulsgiveren 40 er koplet til reset inngangen på RS-vippen 40 til nullstillings-inngangene på JK-vippene 34, 35, 36, 37. The output from the pulse generator 40 is connected to the reset input on the RS flip-flop 40 to the reset inputs on the JK flip-flops 34, 35, 36, 37.

Utførelseseksempelet på figur 5 virker som følger: The design example in Figure 5 works as follows:

Den antas at detektoren 2 mottar den første strålingspulsen. Når signalet fra strålings-detektoren 2 overstiger terskelverdien i terskeldetektoren 26 gir den ut en negativt gående puls som inverteres i J-inngangen på JK-vippen 34. Likeledes går pulsen inn på inngangen på NAND-porten 38, hvis utgang går høy. Signalet inverteres i inverteren 39 og trigger vippen 40 samtidig som det klokker inn data i JK-vippen 34, 35, 36, 37. It is assumed that the detector 2 receives the first radiation pulse. When the signal from the radiation detector 2 exceeds the threshold value in the threshold detector 26, it outputs a negative-going pulse which is inverted in the J input of the JK flip-flop 34. Likewise, the pulse enters the input of the NAND gate 38, whose output goes high. The signal is inverted in the inverter 39 and triggers the flip-flop 40 at the same time as it clocks data into the JK flip-flop 34, 35, 36, 37.

Vippens 40 utgangssignal stenger derved NAND-porten 38 for signaler, fra de andre detektorene 3, 4, 5. The output signal of the flip-flop 40 thereby closes the NAND gate 38 for signals from the other detectors 3, 4, 5.

Pulsen fra terskeldetektoren 26 har på grunn av kortere forsinkelse nådd frem til J-inngangen på JK-vippen 34 og klokkes inn av pulsen som har gått gjennom NAND-porten 38 og inverteren 39. Utgangssignalet fra JK-vippen 34 tenner indikatoren 14. Due to a shorter delay, the pulse from the threshold detector 26 has reached the J input of the JK flip-flop 34 and is clocked in by the pulse that has passed through the NAND gate 38 and the inverter 39. The output signal from the JK flip-flop 34 lights the indicator 14.

Etter en tid gitt av tidskonstanten i vippen 41 åpnes NAND-porten 38, samtidig som JK-vippene 34, 35, 36, 37 nullstilles, og laserdetektoren er klar til å vise retningen til neste strål ingskilde. After a time given by the time constant in the flip-flop 41, the NAND gate 38 is opened, at the same time the JK flip-flops 34, 35, 36, 37 are reset, and the laser detector is ready to show the direction of the next radiation source.

En tilsvarende virkemåte har en dersom en av de andre strålingsdetektorene 3, 4, 5 mottar den første strålingspulsen, slik at den tilsvarende indikator 15,16, 17 tennes. A corresponding mode of operation has one if one of the other radiation detectors 3, 4, 5 receives the first radiation pulse, so that the corresponding indicator 15, 16, 17 lights up.

Har strålingsdetektorene 2, 3, 4, 5 overlappende synsfelt kan en få indikert retningen til en strålingskilde mer nøyaktig. Strålingskilder som ligger i en overlappingssektor vil da bevirke at indikatorene for begge de overlappende sektorer tennes. If the radiation detectors 2, 3, 4, 5 have overlapping fields of view, the direction of a radiation source can be indicated more precisely. Radiation sources located in an overlapping sector will then cause the indicators for both overlapping sectors to light up.

Claims

1. Laser alerts, to indicate irradiation from laser and which includes a pulse arrival time discriminator characterized by that the pulse arrival time discriminator comprises a number of pulse storage devices (34, 35, 36, 37) and a pulse control device (38, 39) designed to emit clock pulses to clock inputs on the pulse storage devices in order to clock in pulses that may be present at the input of a pulse storage device when the clock pulse is received.

2. Laser warnings according to claim 1, characterized by that the inputs to each of the pulse storage devices are connected to a laser radiation detector which is arranged to receive laser radiation within an associated sector.

3. Laser warnings according to claim 2, characterized by that at least some of the sectors overlap.

4. Laser warnings according to claim 2 or 3, characterized by that each laser radiation detector is connected to the input of the associated storage device through a threshold detector.

5. Laser warnings according to claim 4, characterized by that the pulse control device has a number of inputs each of which is connected to the output of a corresponding threshold detector and that the output from the pulse control input is connected to the clock inputs on the storage device in order to emit clock pulses to these when one or more of the threshold detectors indicate that laser radiation that exceeds a corresponding threshold value is being received .

6. Laser warnings according to one of claims 1-6, characterized by that the pulse arrival time discriminator comprises a blocking device to prevent the pulse control device from emitting new clock pulses in a predetermined period of time after a clock pulse has been emitted.

7. Laser warnings according to claim 6, characterized by that the blocking device comprises a bistable circuit which has a first input connected to the output of the pulse control device and a first output connected to an input of the pulse control device, and a monostable circuit having an input coupled to a second output of the bistable circuit and an output coupled to a second input of the bistable circuit, so that when the pulse control device emits a clock pulse the bistable circuit changes state and disables the pulse control device and triggers the monostable the circuit so that it changes state for the predetermined period of time, after which the mono:stable circuit returns to its original state and causes the bistable circuit to do the same, whereby the pulse control device is no longer inhibited.

8. Laser warnings according to one of claims 6-7, characterized by that the locking device is also arranged to emit reset ("cléar") pulses to the storage devices at the end of the predetermined period of time in order to reset the storage devices.

9. Laser warning according to any one of the preceding claims, characterized in that a radiation indicator is connected to the output of each storage device.