PL100107B1 - Wysokosciomierz laserowy do pomiaru malych wysokosci lotu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wysokosciomierz laserowy do pomiaru malych wysokosci lotu, wy¬ stepujacych na przyklad przy ladowaniu samolotu, pracach agrolotniczych itp.

Znany jest wysokosciomierz laserowy dzialajacy na zasadzie impulsowej w systemie dwutorowym START-STOP, którego podstawowymi podzespo¬ lami sa: impulsator, laser pólprzewodnikowy, foto¬ detektory, wzmacniacz z automatyczna regulacja wzmocnienia, dyskryminatory na diodach tunelo¬ wych, zegar oraz miernik czasu.

Tor START sklada sie z lasera, nadajacego impulsy laserowe poprzez obiektyw nadawczy i filtr optyczny w kierunku zadanego celu, przy czym impuls laserowy wyzwalany jest za pomoca zegara przez podzespól bramkowania systemu po¬ miarowego i impulsator.

Impulsator lasera zbudowany jest w postaci roz¬ ladowczego obwodu formujacego impulsy przy rozladowaniu poprzez laser za pomoca klucza na tranzystorze pracujacym w rezimie lawinowym, który jest wyzwalany z czestotliwoscia zegara równa 1000 Hz. Przy dodatniej polówce fali pro¬ stokatnej podzespól bramkowania wyzwala im¬ pulsator lasera, jak równiez bramkuje tory START i STOP. Przy ujemnej polówce fali nastepuje ka¬ sowanie miernika czasu. Czesc energii strumienia laserowego z obiektywu nadawczego kierowana jest do fotodetektora toru START i dalej po¬ przez dyskryminator tego toru do miernika czasu 2 wyznaczajacego poczatek czasu przelotu impulsu laserowego w mierniku.

Tor STOP sklada sie z podzespolu zawierajacego fotodetektor oraz ze wzmacniacza i dyskrymina- tora, poprzez które podawany jest sygnal z foto¬ detektora na miernik czasu, który to sygnal za¬ trzymuje miernik czasu. Na fotodetektor poda¬ wany jest poprzez filtr optyczny i obiektyw od¬ biorczy skolimowany impuls laserowy odbity od celu.

Zasada pomiaru wysokosci opisanego powyzej wysokosciomierza polega na tym, ze mierzy sie czas przelotu promienia laserowego do ziemi i z powrotem, który to czas jest proporcjonalny do drogi przebytej przez promien, a zatem pro¬ porcjonalny do wysokosci, na której znajduje sie samolot.

Jak wynika z powyzszego, dokladnosc pomiaru wysokosci zalezy od dokladnosci pomiaru czasu przelotu promienia laserowego biegnacego z pred¬ koscia swiatla. Dostepne mierniki czasu maja do¬ kladnosc 10—8s i dlatego znane wysokosciomierze pozwalaja na pomiar wysokosci z dokladnoscia co najwyzej ±100 cm. Ponadto w czasie trwania impulsu nadawczego jest utrudniony odbiór im¬ pulsu odbitego, który jest slaby i porównywalny z energia rozproszona przez soczewki nadajnika, co uniemozliwia pomiar wysokosci ponizej 20 m.

Podawane w literaturze dokladnosci rzedu ±1 cm, otrzymuje sie przez wielokrotne usrednie- 100 107100 107 nie pomiarów odleglosci miedzy nieruchomymi punktami, co nie moze znalezc zastosowania w czasie lotu.

Istota wynalazku polega na tym, ze nadajnik i odbiornik zamocowane sa kazdy na koncu jed¬ nego skrzydla samolotu, a odbiornik zawiera sonde wirujaca skladajaca sie z fotodetektora i zródla sygnalu odniesienia. Sonda ta wytwarza sygnal pomiarowy w momencie, gdy fotodetektor jest oswietlany przez szczeline w obudowie sondy, od¬ bitym od ziemi impulsem lasera z nadajnika i sygnal odniesienia w momencie przejscia szcze¬ liny przez kat odbicia impulsu laserowego, od¬ powiadajacy zerowej wysokosci a sygnal odpowia¬ dajacy opóznieniu sygnalu pomiarowego wzgle¬ dem sygnalu odniesienia podawany jest na mier- nifc' wysokosci oraz na akustyczny i optyczny wskaznik ostrzegajacy przed przekroczeniem ma¬ ksymalnej i minimalnej wysokosci. Miernik wy¬ sokosci i wskaznik akustyczny i optyczny umiesz¬ czone sa w kabinie pilota.

Przez wykorzystanie zasady pomiaru wysokosci, polegajacej na pomiarze kata odbicia impulsu la¬ serowego od ziemi, wysokosciomierz pracuje w ukladzie jednotorowym. Uklad taki pozwala na pomiar malych wysokosci z duza dokladnoscia, gdyz kat odbicia impulsu laserowego od ziemi rosnie wraz ze zblizaniem sie samolotu do ziemi.

Wyeliminowanie pomiaru czasu przelotu impulsu laserowego pozwala na pomiar wysokosci z do¬ kladnoscia ±10 cm, która to dokladnosc zalezy glównie od predkosci obrotu sondy wirujacej. Im wieksze obroty sondy, tyim mniejsza dokladnosc pomiaru, ale wieksza czestotliwosc pomiaru.

W praktyce predkosc obrotowa sondy dobiera sie w zaleznosci od czestotliwosci pomiaru tak, aby zapewnic korzystne warunki obserwacji miernika wysokosci przy ladowaniu i lotach na malych wysokosciach.

Wynalazek zostanie ponizej przykladowo objas¬ niony w oparciu o rysunek, na którym fig 1 — obrazuje zasade dzialania wysokosciomierza, a fig. 2 — przedstawia ideowy schemat polaczen wysokosciomierza.

Nadajnik 1 wysokosciomierza, umieszczony na jednym skrzydle samolotu zawiera laser pólprze¬ wodnikowy, uklad soczewek ogniskujacych wiazke laserowa oraz filtr optyczny. Nadajnik 1 wysyla impuls laserowy la w kierunku ziemi.

Odbiornik 2 wysokosciomierza, umieszczony na drugim skrzydle samolotu sklada sie z sondy wirujacej i ukladu elekronicznego.

Sonda wirujaca zawiera zródlo sygnalu pomia¬ rowego, stanowiace fotodetektor 3 i zródlo sygnalu odniesienia 4. Sonda wirujaca odbiera odbity od ziemi impuls laserowy 2a.

Gdy odbity od ziemi impuls laserowy 2a trafia na szczeline w obudowie sondy, fotodetektor 3 wytwarza sygnal pomiarowy 3a, który podawany jest, poprzez pierwszy wzmacniacz 5, na pierwszy uklad bramkowania 7. W ukladzie 7 sygnal ten jest przetworzony na dodatni sygnal prostokatny 7a. Gdy szczelina sondy przechodzi przez kat a odpowiadajacy zerowej wysokosci, zródlo sygnalu odniesienia 4 wytwarza sygnal odniesienia 4a, as 40 45 50 55 00 65 który jest podawany, poprzez drugi wzmacniacz 6, na drugi uklad bramkowania 8. W ukladzie 8 sygnal ten jest przetworzony na dodatni sygnal prostokatny 8a. Sygnaly 7a i 8a podawane sa na dwa wejscia multiwibratora 9, skad sygnal 9a, od¬ powiadajacy przesunieciu w czasie sygnalów 7a i 8a, podawany jest na trzeci uklad bramkowa¬ nia 10. Z ukladu 10 dodatni prostokatny sygnal lOa, odpowiadajacy sygnalowi 9a, podawany jest na miernik wysokosci 14 poprzez kondensator 11.

Zatem na miernik wysokosci 14 podawany jest sygnal odpowiadajacy katowi 2a miedzy impulsem padajacym la i impulsem odbitym 2a, który to kat 2a zalezy od wysokosci, na której znajduje sie samolot.

Sygnal 8a uruchamia multiwibrator 9, a sygnal 7a wymusza zakonczenie sygnalu lOa podawanego na miernik wysokosci 14.

Ponadto sygnal 7a, odpowiadajacy sygnalowi pomiarowemu 3a, jest podawany z ukladu 7 na wskaznik optyczny 12 sygnalizujacy brak sygnalu pomiarowego.

Równolegle ze wskaznikiem wysokosci 14 wla¬ czony jest akustyczny i optyczny wskaznik 13, posiadajacy dwa elementy swietlne, z których je¬ den sygnalizuje przekroczenie maksymalnej, a drugi minimalnej dopuszczalnej wysokosci.

Dopuszczalne wartosci maksymalnej i minimal¬ nej wysokosci lotu pilot ustawia przed startem za pomoca potencjometrów. Wskazniki 12, 13 i 14 umieszczone sa w kabinie pilota.

Wysokosciomierz moze byc zastosowany w sa¬ molotach wykonujacych prace na malych wyso¬ kosciach, na przyklad w samolotach rolniczych, smiglowcach zatrudnionych przy montazu, w sa¬ molotach wykonujacych pomiary. Ponadto moze byc stosowany w urzadzeniach do slepego ladowa¬ nia z uwagi na duza dokladnosc pomiaru wyso¬ kosci.

Claims (1)

1. Zastrzezenie patentowe Wysokosciomierz laserowy do pomiaru malych wysokosci lotu zawierajacy nadajnik w postaci lasera pólprzewodnikowego oraz odbiornik zawie¬ rajacy fotodetektor, na który pada odbity od ziemi impuls promieniowania laserowego, znamienny tym, ze nadajnik (1) i odbiornik (2) zamocowane sa kazdy na koncu jednego skrzydla samolotu, a odbiornik (2) zawiera sonde wirujaca skladajaca sie z fotodetektora (3) i zródla sygnalu odniesie¬ nia (4), która to sonda wytwarza sygnal pomia¬ rowy w momencie, gdy fotodetektor (3) jest oswietlony przez szczeline w obudowie sondy, od¬ bitym od ziemi impulsem z nadajnika (1) i sygnal odniesienia w momencie przejscia szczeliny przez kat (a) odpowiadajacy zerowej wysokosci, a sygnal odpowiadajacy opóznieniu sygnalu pomiarowego wzgledem sygnalu odniesienia podawany jest na miernik wysokosci (14) oraz na akustyczny i optyczny wskaznik (13), ostrzegajacy przed prze¬ kroczeniem maksymalnej i minimalnej dopuszczal¬ nej wysokosci, przy czym miernik (14) i wskaznik (13) umieszczone sa w kabinie pilota.100 107 \la V • / 111111111111111111 >]/ m u 1i11i1 ii 11 ni 111 Fig.l r—r "1 [7]H|T}^T]-^^ u ¥ 8^1 H 9 12 © •w a f^ rfl|®®| 43 Rg.2.