NO841991L - Optisk avstandssimulatorinnretning - Google Patents

Abstract

En optisk avstandssimulatorinnretning (10)( for prøving av avstandsbestemmelsesfunksjonen til en laseravstandsmåler (14) mottar utgangspulser fra avstandsmåleren (14) og avgir disse til en fiberoptisk forsinkelseslinje (11, 12). Forsinkelseslinjens (11, 12) inngang og utgang er sammenkoplet ved hjelp av en optisk avledningsanordning (15, 17, 22) som oppsamler i det minste. en del av hver puls som avgis fra forsinkelseslinjens (11, 12) utgang og resirkulerer denne pulsandel til for-sinkelseslin jens inngangsende, idet den gjenværende del av hver puls på forsinkelseslinjens (11, 12) utgangs-. ende returneres til avstandsmåleren (14), slik at for hver utgangspuls som mottas fra avstandsmåleren (14),. avgir simulatorinnretningen (10) en rekke suksessivt forsinkede returpulser til avstandsmåleren (14), idet disse forsinkede returpulser er representative for avstander. som er suksessivtket med den avstand som er representert ved forsinkelseslinjen (11, 12).

Description

Oppfinnelsen angår optiske avstandssimulatorinnret-ninger.

For å prøve avstandsbestemmelsesfunksjonen til en laseravstandsmåler, er det nødvendig å avfyre avstandsmålerens senderdel på fjerntliggende mål på kjent avstand for å oppnå en refleksjon fra disse som oppsamles av avstandsmålerens mottakerdel. Det fjerntliggende mål kan være beliggende på en reell avstand, men dette krever ubegrenset bruk av store land-områder, hvilket er kostbart og upraktisk. Alternativt kan det fjerntliggende mål være tilveiebrakt i en avstandssimulatorinnretning som er kompakt og antar formen av et tilleggs-utstyr til avstandsmåleren. Forskjellige former for avstanda-simulatorinnretninger er kjente og er beskrevet for eksempel i US-patentskriftene 4 068 952, 4 167 328 og 4 18 9 233.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe

en forbedret form for optisk avstandssimulatorinnretning.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en optisk avstandssimulatorinnretning for prøving av avstandsbes.temmel-sesfunksjonen til en laseravstandsmåler, omfattende en første anordning som definerer en første optisk akse for mottagning av utgangspulser fra den avstandsmåler som skal prøves, en andre anordning som definerer en andre optisk akse som er parallell med den første optiske akse for avgivelse av returpulser til avstandsmåleren, og en fiberoptisk forsinkelses-lin je med en fiberinngangsende og en fiberutgangsende, idet inngangsenden er koplet for å motta lys fra den første optiske akse og utgangsenden er koplet for å avgi lys til den andre optiske akse, hvilken innretning er kjennetegnet ved en optisk avledningsanordning som er innrettet til å oppsamle i det minste en del av hver puls som avgis på forsinkelseslinjens utgangsende, og å avgi hver sådan oppsamlet pulsandel til forsinkelseslinjens fiberinngangsende, slik at for hver utgangspuls som mottas fra avstandsmåleren langs den første optiske akse, avgis en rekke suksessivt forsinkede returpulser på forsinkelseslinjens utgangsende på avstander som er suksessivt øket med den avstand som er representert ved den fiberoptiske forsinkelseslinje.

I én utførelse omfatter den optiske avledningsanordning to ortogonale stråledelere, idet den ene stråledeler er anbrakt tvers over den andre optiske akse og den andre er anbrakt tvers over den første optiske akse. Den nevnte ene stråledeler har hensiktsmessig en karakteristikk med ca. 50 % overføring og 50 % refleksjon, og den andre stråledeler har en karakteristikk med ca. 5 % overføring og 95 % refleksjon. Alternativt kan begge stråledelere ha en karakteristikk med 5 % overføring og 95 % refleksjon. I denne utførelse omfatter hver av de første og andre anordninger en samlelinse, og den fiberoptiske forsinkelseslinjes inngangs- og utgangsender er beliggende i brennpunktet til den tilhørende linse.

I en andre utførelse omfatter den optiske avledningsanordning en fiberoptisk forbindelse som sammenkopler to toveis, optiske kopiere, idet den ene kopler er anordnet mellom forsinkelseslinjens utgangsende og den andre optiske akse,

og den andre kopler er anordnet mellom forsinkelseslinjens inngangsende og den første optiske akse. Hver kopler er hensiktsmessig av tre^porttypen, idet den ene kopler avgir lys til den andre optiske akse ved hjelp av en fiberoptisk ut-gan gsforbindelse som er avsluttet ved den andre optiske akse, og den andre kopler mottar lys fra den første optiske akse ved hjelp av en fiberoptisk inngangsforbindelse som er avsluttet ved den første optiske akse.

I en tredje utførelse omfatter den optiske avledningsanordning en fiberoptisk forbindelse som sammenkopler to topolede, fiberoptiske brytere hvis tilstand er styrt av en styreanordning, idet den ene bryter er anordnet mellom for-sinkelseslin jens utgangsende og den andre optiske akse, og den andre bryter er anordnet mellom forsinkelseslinjens inngangsende og den første optiske akse. Hver bryter er hensiktsmessig i hovedsaken slik som beskrevet i UK-patentskrift nr. 2 107 481, idet den nevnte ene bryter avgir lys til den andre optiske akse ved hjelp av en fiberoptisk utgangsforbindelse som er avsluttet ved den andre optiske akse, og den andre bryter mottar lys fra den første optiske akse ved hjelp av en fiberoptisk inngangsforbindelse som er avsluttet ved den første optiske akse.

I de andre og tredje utførelser omfatter hver av

de første og andre anordninger en samlelinse, idet de respektive fiberoptiske forbindelser inngangs- og utgangsavslutninger er beliggende i et brennpunkt av den tilhørende linse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med utførelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser skjematisk en første utførelse av en optisk avstandssimulatorinnretning ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser skjematisk en andre utførelse av en simulatorinnretning ifølge oppfinnelsen, og fig. 3 viser skjematisk en tredje utførelse av en simulatorinnretning ifølge oppfinnelsen.

Den på fig. 1 viste innretning 10 omfatter en spole-form 11 på hvilken det er viklet en lengde av en optisk fiber 12, idet respektive ender av fiberen 12 er festet til avslut-ninger 12A, 12B som er fast montert på en bærekonstruksjon (ikke vist). Avslutningen 12A er innrettet med en optisk inn-gangsakse 13 langs hvilken den utsendte laserpuls fra laseravstandsmåleren 14 overføres, idet pulsen i begynnelsen krysser en demper 15 og fokuseres på fiberenden i avslutningen 12A ved hjelp av en linse 16.

Demperen 15 er i form av en plate som er anbrakt i en vinkel på 4 5° med aksen 13, idet platen er fremstilt av et absorberende filterglass og bærer et høyrefleksjonsbelegg 17 på den side av platen som ligger nær linsen 16, idet demperen 15 er innrettet til å sørge for en dempning på ca. 25 dB.

Fiberenden i avslutningen 12B er innrettet med en akse 2 0 som avgir en laserpuls til avstandsmålerens 14 mottakerdel, idet denne puls utsendes av avslutningen 12B og krysser en kolimerende linse 21 og en stråledeler 22 som er innrettet til å sørge for 50 % overføring og 50 % refleksjon. Stråledeleren 22 er anbrakt i en vinkel på 45° med aksen 20, og er anbrakt i rett vinkel med demperen 15 slik at stråling som reflekteres av stråledeleren 22, innfaller på demperens 15 belegg 17 og dermed reflekteres langs aksen 13 og via linsen 16 inn i fiberenden ved avslutningen 12A. Som et resultat gir hver enkeltstående puls som utsendes av avstandsmålerens 14 senderdel, opphav til en rekke returpulser som mottas av avstandsmålerens 14 mottakerdel langs aksen 20, idet amplituden av suksessive returpulser avtar og disse returpulser er representative for refleksjoner fra mål på forskjellige avstander fra avstandsmåleren 14 som følge av den tidsforsinkelse som tilveiebringes av innretningen 10

ved hjelp av den fiberviklede spole 11.

Stråledeleren 22 sammen med belegget 17 som bæres av demperen 15, virker sammen som en optisk broslagnings-eller avledningsanordning og kan realiseres ved hjelp av to separate komponenter slik som vist på tegningen, eller ved hjelp av et eneste prisme. Når imidlertid avledningsanord-ningen er i den viste form, har den den fordel at en demper 23 kan anordnes i banen for den del av returpulsen som reflekteres av stråledeleren 22, idet tilveiebringelsen av denne demper 23 muliggjør at følsomhets- eller slukkeprøver kan utføres på avstandsmåleren 14.

Det vil innses at selv cm belegget 17 må være anbrakt i en vinkel på 4 5° med den optiske akse 13 for det formål å dirigere reflekterte returpulser til fiberenden ved avslutningen 12A, spiller ikke demperen 15 noen rolle for denne funksjon og kunne derfor være anbrakt perpendikulært på aksen 13, men anbringelse av demperen 15 i den viste stilling er en bekvem metode for understøttelse av belegget 17.

Linsen 16 er fortrinnsvis en fargekorrigert dobbelt-linse som er dannet av kronglass- og flintglassexementer, og linsen 21 er identisk med denne.

For det formål å innrette laseravstandsmåleren 14 i forhold til innretningen 10, er et gradnett 24 på en bæreplate 25 anordnet ved avslutningen 12B i linsens 21 brennpunkt, og for å sørge for identiske, optiske baner for både inngangs-og utgangsendene av fiberen 12, kan en tilsvarende plate 26 være anordnet ved avslutningen 12A.

I tillegg til å tilveiebringe mangfoldige returpulser ut fra en eneste laserutgangspuls, tilveiebringer innretningen 10 også fysisk adskillelse av sende/mottagnings-aksene 13, 20, hvilket derved sørger for en høy grad av isolasjon mellom avstandsmålerens 14 sender- og mottakerdeler, og spe-sielt vil man innse at stråling som reflekteres av demperen 15, reflekteres bort fra de komponenter som alle er innrettet på aksen 20. Denne reflekterte stråling kan om nødvendig absorberes ved hjelp av absorpsjonsenheter.

For å muliggjøre prøving av avstandsbestemmelsesfunksjonen av både rubinlaser-avstandsmålere (som arbeider på 0,6 94 ym) og neodym-yag-avstandsmålere (som arbeider på 1,064 ym),foretrekkes det å tilveiebringe demperen 15 i form av et filterglass som pålegger ca. 25 dB dempning for hver av bølge-lengdene, og et belegg 17 som sørger for 5 % overføring ved begge bølgelengder. Stråledeleren 22 har fortrinnsvis 50 % overføring og 50 % refleksjon for hver av bølgelengdene og er i form av et belegg på et ikke-dempende substrat. Fiberen 12 er fortrinnsvis en kiselfiber, f.eks. av den type som markeds-føres av Quartz & Silice Ltd. under kodenummeret QSF 200A, som sørger for ca. 7 dB dempning pr. kilometer for hver av

/

bølgelengdene. Dersom innretningen 10 er tilegnet en eneste type avstandsmåler, kan selvsagt en forskjellig type optisk fiber 12 benyttes for å sørge for en dempning av størrelses-orden 3 dB/km ved den aktuelle, eneste bølgelengde.

I en andre utførelse som er vist på fig. 2, har simulatorinnretningen 30 en liknende funksjon som innretningen 10 på fig. 1, og komponenter som er felles for de to inn-retninger, er betegnet med de samme henvisningstall. Det fremgår at mens den optiske avledningsanordning i utførelsen på fig. 1 er dannet av stråledelere 22 og 17, er den i utførel-sen på fig. 2 dannet av en fiberoptisk forbindelse 32 som sammenkopler to toveis, optiske kopiere 33, 34, idet kopleren 33 er anbrakt mellom forsinkelseslinjens 12 utgangsende 12C og den optiske akse 20, og kopleren 34 er anbrakt mellom den optiske akse 13 og forsinkelseslinjens 12 inngangsende 12D. For å oppnå dette, er en fiberoptisk utgangsforbindelse 35 forbundet med kopleren 33 ved den ene ende og ender i avslutningen 12B ved sin andre ende, mens en fiberoptisk inngangsforbindelse 36 ved den ene ende er forbundet med avslutningen 12A og ved sin andre ende med kopleren 34.

De optiske kopiere 33, 34 er hver i form av en 3-port-anordning hvis respektive porter er betegnet A, B, C, og slik det er kjent, kommer lys som går inn i anordningen fra porten A, ut fra begge porter B og C i mengder som har et forhold som kan varieres fra 1:1 opp til ca. 16:1. På grunn av at koplerne 33, 34 er toveiskoplere, er overføringsfunk-sjonen mellom portene A og B (og også mellom A og C) uavhengig av passeringsretningen for lys gjennom anordningen, slik at dersom porten B utsender 10 % av det lys som går inn gjennom porten A, vil porten A utsende 10 % av det lys som går inn gjennom porten B osv.

For innrettingsformål er gradnettet 24 anordnet i utførelsen på fig. 2, men et alternativt arrangement er å gjøre kopleren 33 til en 4-port-kopler og å innføre tilstrekkelig lys gjennom den fjerde port D til å opplyse fiberenden i avslutningen 12B. Dette arrangement kan også benyttes til å desensibilisere kretser for automatisk forsterkningskontroll i avstandsmåleren 14 ved kontinuerlig å innføre lys gjennom porten D på et tilstrekkelig høyt nivå.

Selv om et dempningsfilter 23 er vist på fig. 2, er et alternativt arrangement å anordne en optisk bryter 36 enten i forbindelsen 35 som vist, eller i forbindelsen 32, slik at bryteren 36 åpnes ved et passende tidspunkt for å prøve logis-ke kretser for første og siste avstand i avstandsmåleren 14. For eksempel kan uønskede avstander utkoples når bryteren 36 befinner seg i forbindelsen 35, idet man starter fra den maksimale avstand og arbeider seg nedover.

I den tredje utførelse som er vist på fig. 3, har simulatorinnretningen 4 0 liknende funksjon som innretningen 30 på fig. 2 og komponenter som er felles for de to innretnin-ger, er betegnet med samme henvisningstall. Det vil således innses at den optiske..avlechingsanordning på fig. 3 er dannet av fiberforbindelsen 32 som sammenkopler to topolede, fiberoptiske brytere 41, 42 som er anbrakt henholdsvis mellom for-sinkelseslin jens 12 utgangsende 12C og den optiske akse 20 og mellom forsinkelseslinjens 12 inngangsende 12D og den optiske akse 13. En styreanordning 4 3 er anordnet for å avgi et styresignal på en ledning 4 3A for å bestemme stillingen av bryteren 41, og for å avgi et styresignal på en ledning 43B for å bestemme stillingen av brytere - Styreanordningen 4 3 er hensiktsmessig innrettet til å tillate en utgangspuls fra avstandsmåleren 14 å gå inn i forsinkelseslinjen 12 ved at den i begynnelsen styrer bryteren 4 2 slik at den kopler fiberenden 12D til fiberforbindelsen 36, og deretter styrer bryterne 41 og 42 slik at de kopler fiberforbindelsen 32 til fiberenden 12C og. til fiberenden 12D, slik at alle de tidsforsinkede utgangspulser fra forsinkelseslinjen 12 resirkuleres gjennom forsinkelseslinjen 12 et kjent antall ganger inntil dempnin-gen av forsinkelseslinjens utgangssignal ligger på et ønsket nivå, ved hvilket tidspunkt bryteren 41 styres slik at ut-gangssignalet ledes inn i forbindelsen 35 og dermed langs den optiske akse 20 til avstandsmåleren 14.

Det vil være klart at i utførelsen på fig. 3 kan

den optiske kopler 33 eventuelt benyttes i stedet for bryteren 41 for å tillate i det minste en del av hver forsinket utgangspuls å returnere til avstandsmåleren 14 langs aksen 20. Det vil også være klar<4->at bryternes 41, 4 2 dempning er mindre enn koplernes 33, 34 dempning som på sin side er mindre enn stråledelernes .22, 17 dempning, slik at innretningens 40 føl-somhet er større enn innretningens 30 følsomhet som på sin side er større enn innretningens 10 følsomhet.

Det vil. innses at det system som er blitt beskrevet, i hver av utførelsene utnytter de kjente parametre for for-sinkelseslin jen 12 til å kalibrere avstandsmåleren 14, men dersom avstandsmålerens 14 parametre var kjente, kunne syste-met benyttes i omvendt modus for å kalibrere de ukjente parametre for forsinkelseslinjen 12. For eksempel kunne tapet i en lang fiberlengde beregnes ved å benytte parametrene for en kjent laseravstandsmåler og bestemme den maksimale avstands-måleravstand uttrykt ved pulsturer rundt den spole som inne-holder den ukjente fiber. Fiberdempning (ved laserbølgeleng-den) kan også bestemmes da laserutgangseffekt og mottakerføl- • somhet.er kjente laserparametre.

Claims (10)

1. Optisk avstandssimulatorinnretning for prøving av avstandsbestemmelsesfunksjonen til en laseravstandsmåler, omfattende en første anordning (16) som definerer en første optisk akse (13) for mottagning av utgangspulser fra den avstandsmåler (14) som skal prøves, en andre anordning (21) som definerer en andre optisk akse (20) som er parallell med den første optiske akse (13) for avgivelse av returpulser til avstandsmåleren (14), og en fiberoptisk forsinkelseslinje (11, 12) med en fiberinngangsende (12A) og en fiberutgangsende (12B), idet inngangsenden (12A) er koplet for å motta lys fra den første optiske akse (13) og utgangsenden (12B) er koplet for å avgi lys til den andre optiske akse (20), karakterisert ved at en optisk avledningsanordning (15, 17, 22) er innrettet til å oppsamle i det minste en del av hver puls som avgis på forsinkelseslinjens (11, 12) utgangsende (12B), og å avgi hver sådan oppsamlet pulsandel til forsinkel-seslin jens (11, 12) fiberinngangsende (12A), slik at for hver utgangspuls som mottas fra avstandsmåleren (14) langs den første optiske akse (13), avgis en rekke suksessivt forsinkede returpulser på forsinkelseslinjens (11, 12) utgangsende (12B) på avstander som er suksessivt øket med den avstand som er representert ved den fiberoptiske forsinkelseslinje (11, 12).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den optiske avledningsanordning (15, 17, 22) omfatter to ortogonale stråledelere (17, 22), idet den ene stråledeler (22) er anbrakt tvers over den andre optiske akse (20), og den andre (17) er anbrakt tvers over den første optiske akse (13).

3. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at den nevnte ene stråledeler (22) har en karakteristikk med ca. 50 % overføring og 50 % refleksjon, og den andre stråledeler (17) har en karakteristikk med ca. 5 % overføring og 95 % refleksjon.

4. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved at begge stråledelere (17, 22) har en karakteristikk med ca. 5 % overføring og 95 % refleksjon.

5. Innretning ifølge ett av kravene 1-4, karakterisert ved at hver av de første og andre anordninger (16, 21) omfatter en samlelinse, og at den fiberoptiske forsinkelseslinjes (11, 12) inngangs- og utgangsender (12A, 12B) er beliggende i brennpunktet for den tilhørende linse.

6. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den optiske avledningsanordning (32, 33, 34) omfatter en fiberoptisk forbindelse (32) som sammenkopler to toveis, optiske kopiere (33, 34), idet den ene kopler (33) er anbrakt mellom forsinkelseslinjens utgangsende (12C) og den andre optiske akse (20), og den andre kopler (34) er anbrakt mellom forsinkelseslinjens inngangsende (12D) og den første optiske akse (13) .

7. Innretning ifølge krav 6, karakterisert ved at hver kopler (33, 34) er en 3-port-kopler, idet den nevnte ene kopler (33) avgir lys til den andre optiske akse (20) ved hjelp av en fiberoptisk utgangsforbindelse (35) som er avsluttet ved den andre optiske akse (20), og den andre kopler (34) mottar lys fra den første optiske akse (13) ved hjelp av en fiberoptisk inngangsforbindelse (36) som er avsluttet ved den første optiske akse (13).

8. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at den optiske avledningsanordning (32, 41, 42, 43) omfatter en fiberoptisk forbindelse (32) som sammenkopler to topolede, fiberoptiske brytere (41, 42) hvis tilstand er styrt av en styreanordning (43), idet den ene bryter (41) er anbrakt mellom forsinkelseslinjens utgangsende (12C) og den andre optiske akse (20), og den andre bryter (42) er anbrakt mellom forsinkelseslinjens inngangsende (12D) og den første optiske akse (13).

9. Innretning ifølge krav 8, karakterisert ved at hver bryter (41, 42) er i hovedsaken slik som beskrevet i GB-patentskrift nr. 2 107 481, idet den ene bryter (41) avgir lys til den andre optiske akse (20) ved hjelp av en" fiberoptisk utgangsforbindelse (35) som er avsluttet ved den andre optiske akse (20), og den andre bryter (42) mottar lys fra den første optiske akse (13) ved hjelp av en fiberoptisk inngangsforbindelse (36) som er avsluttet ved den første optiske akse (13).

10. Innretning ifølge ett av kravene 6-9, karakterisert ved at hver av de første og andre anordninger (16, 21) omfatter en samlelinse, idet den fiberoptiske for-bindelses respektive inngangs- og utgangsavslutninger (12A, 12B) er beliggende i et brennpunkt av den tilhørende linse.