RU2058525C1 - Laser distance meter - Google Patents

Laser distance meter Download PDF

Info

Publication number
RU2058525C1
RU2058525C1 SU4876203A RU2058525C1 RU 2058525 C1 RU2058525 C1 RU 2058525C1 SU 4876203 A SU4876203 A SU 4876203A RU 2058525 C1 RU2058525 C1 RU 2058525C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
input
output
amplifier
pulse
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.Н. Легкий
И.Д. Миценко
А.Н. Галынин
А.С. Кузнецов
В.А. Трушин
А.Б. Овчаренко
Original Assignee
Хозрасчетный центр научно-технических услуг "Растр"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Хозрасчетный центр научно-технических услуг "Растр" filed Critical Хозрасчетный центр научно-технических услуг "Растр"
Priority to SU4876203 priority Critical patent/RU2058525C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2058525C1 publication Critical patent/RU2058525C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology; optical systems for meters of light conduit characteristics and for check of quality of optical oscillations, meters for determination of distance to point of break of light conduit, laser altimeters and range finders. SUBSTANCE: device is provided with scaling unit 11, adaptation unit 9, correction unit 10 and tuneable filter 8. Distance to object (or nonuniformity of propagation channel) is measured in wide dynamic range at high accuracy irrespective of level of Rayleigh scattering signal. Besides that, device provides for simplification of measurements in automated mode since it excludes manual adjustment. EFFECT: enhanced accuracy of measurement of distance to object in wide dynamic range at presence of jamming scattering signal. 7 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в оптических системах: измерителях характеристик световодов и качества стыковок оптических кабелей, измерителях расстояния до места обрыва световода, лазерных высотометрах и дальномерах. The invention relates to measuring equipment and can be used in optical systems: measuring instruments for the characteristics of optical fibers and the quality of joints of optical cables, measuring instruments for distance to the point of fiber breakage, laser altimeters and rangefinders.

Известно устройство для определения места повреждения оптических кабелей, содержащее задающий генератор с синхронизирующим выходом, подключенный к нему генератор оптического излучения, последовательно расположенные по ходу излучения оптический ответвитель с двумя выходными плечами, селектор мод и фотоприемник, соединенный с блоком регистрации, причем синхронизирующий выход задающего генератора соединен с блоком регистрации, а вход селектора мод через блок согласования подключен к синхронизирующему выходу задающего генератора. Недостатком данного устройства является низкая достоверность измерения расстояния при наличии мешающих сигналов. A device is known for determining the location of damage to optical cables, comprising a master oscillator with a synchronizing output, an optical radiation generator connected to it, an optical coupler with two output arms sequentially arranged along the radiation, a mode selector and a photodetector connected to a recording unit, the synchronizing output of the master oscillator connected to the registration unit, and the input of the mode selector through the matching unit is connected to the synchronizing output of the master oscillator. The disadvantage of this device is the low reliability of distance measurement in the presence of interfering signals.

Известен волоконно-оптический рефлектометр, состоящий из последовательно соединенных волоконно-оптического ответвителя, фотоприемного устройства, блока стробирования, усилителя и блока регистрации, а также излучателя, подключенного к второму плечу ответвителя, третье плечо которого связано со средой распространения сигнала (с исследуемым волокном). A fiber optic reflectometer is known, consisting of a fiber optic coupler connected in series, a photodetector, a gating unit, an amplifier and a recording unit, as well as an emitter connected to the second arm of the coupler, the third arm of which is connected to the signal propagation medium (with the fiber under study).

Недостатком устройства является низкая достоверность измерения расстояния. Это обусловлено, во-первых, возможностью насыщения фотоприемного устройства (ФПУ) мощным оптическим сигналом рассеяния от ближней зоны неидеально прозрачной среды распространения. При этом слабый импульс, отраженный от границы среда-объект (от места обрыва исследуемого волокна) не может быть обнаружен из-за "ослепления" ФПУ, соответственно нельзя достоверно измерить время задержки импульса и рассеяния до объекта. Во-вторых, при стробировании усилителя из экспоненциально спадающего сигнала рассеяния будет формироваться ("вырезаться") импульс с крутым фронтом, по которому блок регистрации будет производить ложное измерение. The disadvantage of this device is the low reliability of distance measurement. This is due, firstly, to the possibility of saturating the photodetector (FPU) with a powerful optical scattering signal from the near zone of an imperfectly transparent propagation medium. In this case, a weak pulse reflected from the medium-object boundary (from the place where the fiber under study is cut off) cannot be detected due to the “blindness” of the FPU, and accordingly, the delay time of the pulse and the scattering to the object cannot be reliably measured. Secondly, when the amplifier is gated, an impulse with a steep edge will be formed ("cut out") from an exponentially decaying scattering signal, along which the recording unit will make a false measurement.

В третьих, даже при амплитуде рассеянного от ближней зоны сигнала меньше, чем уровень насыщения ФПУ, не обеспечивается высокая точность измерения рассеяния, так как на блок регистрации поступает аддитивная смесь "сигнал рассеяния + импульс от объекта". При постоянном пороге регистрации это приводит к ошибке измерения временного положения импульса, отраженного от объекта. Действительно, динамический диапазон смеси "сигнал рассеяния + импульс от объекта" составляет не менее 40 дБ. В этих условиях погрешность фиксации положения импульса по фронту определяется длительностью фронта импульса на выходе ФПУ:
Δдин= τф.фпу=

Figure 00000002

где τф.и длительность фронта излучаемого (зондирующего импульса);
Т1 постоянная времени эквивалентной схемы фотодетектора T1=
Figure 00000003

Т2 постоянная времени эквивалентной схемы усилителя T2=
Figure 00000004

При полосе пропускания фотодетектора wгр.1= 4π•107
Figure 00000005
усилителя wгр.2= 2π•10+7
Figure 00000006

и при τф.и. 30 нс случайные изменения амплитуды отраженного сигнала приводят к погрешности. Δдин 50,74 нс.Thirdly, even when the amplitude of the signal scattered from the near zone is less than the saturation level of the FPU, the scattering measurement accuracy is not ensured, since the additive mixture "scattering signal + pulse from the object" is sent to the registration unit. With a constant detection threshold, this leads to an error in measuring the temporary position of the pulse reflected from the object. Indeed, the dynamic range of the "scattering signal + pulse from the object" mixture is at least 40 dB. Under these conditions, the error in fixing the position of the pulse along the front is determined by the duration of the pulse front at the output of the FPU:
Δ din = τ ffpu =
Figure 00000002

where τ f.i and the duration of the front of the emitted (probing pulse);
T 1 time constant of the equivalent photodetector circuit T 1 =
Figure 00000003

T 2 is the time constant of the equivalent amplifier circuit T 2 =
Figure 00000004

With the passband of the photodetector w gr. 1 = 4π • 10 7
Figure 00000005
amplifier w gr . 2 = 2π • 10 +7
Figure 00000006

and at τ f.i. 30 ns random changes in the amplitude of the reflected signal lead to an error. Δ din 50.74 ns.

Таким образом, ошибка измерения расстояния до объекта, обусловленная данным дестабилизирующим фактором, составляет
ΔR c ·Δдин/2 7,61 м, что недопустимо в большинстве волоконно-оптических измерительных систем и локационных устройств. Кроме того, значительная амплитуда сигнала, отраженного от места неидеальной стыковки с исследуемым волокном, затрудняет измерение малых расстояний (до близкого объекта или места обрыва). Действительно, длительность среза импульса, отраженного от места стыковки, составляет для различных типов полупроводниковых лазерных излучателей τс 20-2000 нс. На это время фотоприемное устройство должно быть закрыто за счет введения стробирования. Таким образом диапазон измеряемых расстояний ограничивается снизу величиной
Rmin= c τс/2=3÷ 300 м
Из-за разброса параметров волоконно-оптических разъемов заранее предсказать и учесть влияние импульса, отраженного ими, не представляется возможным.
Thus, the error in measuring the distance to the object, due to this destabilizing factor, is
ΔR c · Δ din / 2 7.61 m, which is unacceptable in most fiber-optic measuring systems and location devices. In addition, the significant amplitude of the signal reflected from the place of imperfect docking with the studied fiber makes it difficult to measure small distances (to a close object or to a cliff). Indeed, the cutoff duration of the pulse reflected from the docking point is τ for 20–2000 ns for various types of semiconductor laser emitters. At this time, the photodetector should be closed by introducing gating. Thus, the range of measured distances is limited from below to
R min = c τ s / 2 = 3 ÷ 300 m
Due to the scatter in the parameters of the fiber optic connectors, it is not possible to predict and take into account the effect of the pulse reflected by them.

В известных устройствах для высокоточного измерения временного интервала между компонентами излучения и прихода отраженного от объекта импульса требуется высокая частота следования тактовых импульсов. Так при групповой скорости импульса в световоде 2 · 108 м/с точность измерения расстояния 0,1 м может быть достигнута за счет тактовой частоты более 2 ГГц. Однако соответствующая элементная база (счетчики, регистры) отсутствует.In known devices for high-precision measurement of the time interval between the components of the radiation and the arrival of the pulse reflected from the object, a high repetition rate of clock pulses is required. So at a group pulse velocity of 2 · 10 8 m / s in the fiber, the accuracy of measuring a distance of 0.1 m can be achieved due to a clock frequency of more than 2 GHz. However, the corresponding elemental base (counters, registers) is missing.

Целью изобретения является повышение точности измерения расстояния до объекта в широком динамическом диапазоне при наличии помехового сигнала. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the distance to the object in a wide dynamic range in the presence of an interfering signal.

Широким динамическим диапазоном понимается диапазон аддитивной смеси помехового сигнала рассеяния и импульса от объекта не менее 40 дБ. A wide dynamic range refers to the range of an additive mixture of an interfering scattering signal and a pulse from an object of at least 40 dB.

Это достигается тем, что устройство, содержащее последовательно соединенные приемную оптическую систему, фотоприемное устройство, усилитель и блок регистрации, а также излучатель с передающей оптической системой и блок стробирования, введены перестраиваемый фильтр, блок адаптации и блок коррекции, при этом вход блока адаптации подключен к выходу фотодетектора, а выход к управляющему входу усилителя, первый вход блока коррекции соединен с выходом усилителя, а выход с регулирующим входом блока регистрации, перестраиваемый фильтр соединен по входу с выходом фотодетектора, а по выходу с входом блока адаптации. Оптический выход излучателя соединен с входом передающей оптической системы, а синхровыход с входом блока стробирования, выход которого подключен к стробирующему входу усилителя и к второму входу блока коррекции, выход блока масштабирования соединен с вторым входом блока регистрации, третий вход которого подключен к синхровыходу излучателя. This is achieved by the fact that a device containing a receiving optical system in series, a photodetector, an amplifier and a recording unit, as well as an emitter with a transmitting optical system and a gating unit, a tunable filter, an adaptation unit and a correction unit are introduced, while the input of the adaptation unit is connected to the photodetector output, and the output to the control input of the amplifier, the first input of the correction unit is connected to the output of the amplifier, and the output with the regulatory input of the registration unit, a tunable filter is connected n for entry yield photodetector, and an output with the input of the adaptation unit. The optical output of the emitter is connected to the input of the transmitting optical system, and the clock output is connected to the input of the strobing unit, the output of which is connected to the gate input of the amplifier and to the second input of the correction unit, the output of the scaling unit is connected to the second input of the recording unit, the third input of which is connected to the sync output of the emitter.

В данном решении все признаки, указанные в отличительной части формулы изобретения, проявляют в процессе взаимодействия присущие им известные свойства, дающие каждый в отдельности известный положительный эффект. In this solution, all the features indicated in the characterizing part of the claims show the inherent known properties in the process of interaction, each individually giving a known positive effect.

При этом обеспечивается сверхсуммарный положительный эффект, обусловленный совокупностью указанных признаков, заключающийся в том, что устраняются дестабилизирующее влияние помеховых сигналов и зависимость результатов измерения от амплитуды полезного сигнала. At the same time, an over-summarized positive effect is provided, due to the combination of these signs, namely that the destabilizing effect of the interfering signals and the dependence of the measurement results on the amplitude of the useful signal are eliminated.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 диаграмма, поясняющая работу перестраиваемого фильтра, блока адаптации и усилителя; на фиг. 3 АЧХ перестраиваемого фильтра (1 и 2) для соответствующих спектров сигнала рассеяния (3 и 4); на фиг. 4 показана принципиальная схема перестраиваемого фильтра; на фиг. 5 принципиальная схема регистра и блока стробирования; на фиг. 6 принципиальная схема излучателя; на фиг. 7 показана принципиальная схема фотоприемного усилителя, блока адаптации и блока коррекции. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device; in FIG. 2 diagram explaining the operation of a tunable filter, adaptation unit and amplifier; in FIG. 3 frequency response of the tunable filter (1 and 2) for the corresponding spectra of the scattering signal (3 and 4); in FIG. 4 shows a schematic diagram of a tunable filter; in FIG. 5 schematic diagram of the register and the gating unit; in FIG. 6 schematic diagram of the emitter; in FIG. 7 shows a schematic diagram of a photodetector amplifier, an adaptation unit, and a correction unit.

Предложенное устройство содержит приемную оптическую систему 1, фотоприемник 2, усилитель 3, блок регистрации 4, передающую оптическую систему 5, излучатель 6, блок стробирования 7, перестраиваемый фильтр 8, блок адаптации 9, блок коррекции 10, блок масштабирования 11. The proposed device contains a receiving optical system 1, a photodetector 2, an amplifier 3, a recording unit 4, a transmitting optical system 5, an emitter 6, a gating unit 7, a tunable filter 8, an adaptation unit 9, a correction unit 10, a scaling unit 11.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Излучатель 6 формирует оптический импульс и совпадающий во времени с его фронтом синхроимпульс. Оптический импульс через передающую оптическую систему 5 поступает в среду распространения (измеряемый сигнал). Синхроимпульс поступает в блок стробирования 7, где формируется стробимпульс с необходимыми временными характеристиками (задержка, длительность). Отраженный от объекта и среды распространения оптический сигнал посредством приемной оптической системы 1 подается на фотоприемник 2, где он преобразуется в электрический сигнал. Блок регистрации 4, выполненный в виде преобразователя время-амплитуда-код, формирует электрический сигнал (напряжение), амплитуда которого пропорциональна временному интервалу между синхроимпульсом и принятым сигналом, а далее сформированный аналоговый сигнал преобразует в двоичный код. Это позволяет точно измерять интервалы времени в диапазоне единицы-тысячи наносекунд без использования сверхширокополосных цифровых устройств. The emitter 6 forms an optical pulse and a sync pulse coinciding in time with its front. The optical pulse through the transmitting optical system 5 enters the propagation medium (measured signal). The sync pulse arrives at the gating block 7, where a strobe pulse with the necessary time characteristics (delay, duration) is formed. The optical signal reflected from the object and the propagation medium is supplied to the photodetector 2 by means of the receiving optical system 1, where it is converted into an electrical signal. The registration unit 4, made in the form of a time-amplitude-code converter, generates an electrical signal (voltage), the amplitude of which is proportional to the time interval between the clock pulse and the received signal, and then the generated analog signal is converted into binary code. This allows accurate measurement of time intervals in the range of a few thousand nanoseconds without the use of ultra-wideband digital devices.

Линейность преобразования, а соответственно, и высокую достоверность измерения расстояния до объекта, блок регистрации 4 обеспечивает на ограниченном временном интервале, для расширения пределов высокочастотного измерения в блоке масштабирования 11 производят грубое измерение расстояния, о дискретных интервалах которого с помощью блока регистрации 4 осуществляют измерение с заданной точностью. The linearity of the conversion, and, accordingly, the high reliability of measuring the distance to the object, the registration unit 4 provides for a limited time interval, to expand the limits of the high-frequency measurement in the scaling unit 11, a coarse distance measurement is made, the discrete intervals of which are measured using the registration unit 4 with a given accuracy.

Перестраиваемый фильтр 8 пропускает на вход усилителя 3 импульс от объекта, подавляя электрический сигнал, обусловленный рассеянием излучения от ближней зоны неидеально прозрачной среды распространения. Причем граничная частота перестраиваемого фильтра изменяется по информации об амплитуде и о крутизне спада сигнала рассеяния: чем медленнее снижается уровень сигнала рассеяния (по закону Uр Uoe-t/τp), тем меньше граничная частота перестраиваемого фильтра (w

Figure 00000007
Figure 00000008
). Соответственно меньше потери энергии импульса от объекта, обусловленные подавлением низкочастотной части его спектра. В блоке адаптации 9 из неотфильтрованного электрического сигнала рассеяния формируется управляющее напряжение, компенсирующее медленный неотфильтрованный сигнал рассеяния, за счет чего рабочая точка усилителя 3 не смещается и не обеспечивается передача от объекта с максимальным коэффициентом. На стробирующий вход усилителя 3 с блока стробирования 7 подается строб-импульс и, если он совпадает во времени с импульсом до объекта, то последний после усиления поступает на сигнальный вход блока регистрации 4 и на первый вход блока коррекции 10. Чтобы напряжение переходных процессов при стробировании усилителя 3 и напряжение его шума не накапливались блоком коррекции 10, на его второй вход также подается строб-импульс. Таким образом по амплитуде импульса от объекта блок коррекции 10 вырабатывает регулирующее напряжение, поступающее на регулирующий вход блока регистрации 4.The tunable filter 8 passes an impulse from an object to the input of amplifier 3, suppressing an electrical signal caused by the scattering of radiation from the near zone of an imperfectly transparent propagation medium. Moreover, the boundary frequency of the tunable filter changes according to information about the amplitude and steepness of the decay of the scattering signal: the slower the level of the scattering signal decreases (according to the law U p U o e -t / τ p), the lower the boundary frequency of the tunable filter (w
Figure 00000007
Figure 00000008
) Accordingly, there is less loss of pulse energy from the object due to the suppression of the low-frequency part of its spectrum. In the adaptation unit 9, a control voltage is generated from the unfiltered electrical scattering signal, which compensates for the slow unfiltered scattering signal, due to which the operating point of the amplifier 3 is not shifted and transmission from the object with the maximum coefficient is not ensured. A strobe pulse is supplied to the gate input of amplifier 3 from gate block 7 and, if it coincides with the pulse to the object, the latter, after amplification, is fed to the signal input of registration block 4 and to the first input of correction block 10. So that the transient voltage during gating amplifier 3 and the voltage of its noise was not accumulated by the correction unit 10, a strobe pulse is also supplied to its second input. Thus, according to the amplitude of the pulse from the object, the correction unit 10 generates a regulatory voltage supplied to the regulatory input of the registration unit 4.

В результате этого момент прихода импульса от объекта, а значит и расстояние до объекта, измеряются с высокой точностью независимо от амплитуды импульса. As a result of this, the moment of arrival of the pulse from the object, and hence the distance to the object, are measured with high accuracy regardless of the amplitude of the pulse.

Из рассмотрения эпюр напряжений, иллюстрирующих работу предлагаемого устройства (см. фиг. 2), видно, что устранение влияния сигнала рассеяния за счет перестраиваемого фильтра 8 и блока адаптации 9 позволяет предотвратить ложные коррекции 10, дает возможность снизить погрешность измерения расстояния ΔR

Figure 00000009
обусловленную фронтом полезного импульса в 5-10 раз. Значение коэффициента к определяется точность воспроизведения формы фронта импульса блоком коррекции 10.From a consideration of the stress diagrams illustrating the operation of the proposed device (see Fig. 2), it can be seen that eliminating the influence of the scattering signal due to the tunable filter 8 and adaptation unit 9 prevents false corrections 10, makes it possible to reduce the error in measuring the distance ΔR
Figure 00000009
due to the front of the useful pulse by 5-10 times. The value of the coefficient k is determined by the accuracy of reproducing the shape of the pulse front by the correction unit 10.

Конкретная реализация предлагаемого устройства следующая. A specific implementation of the proposed device is as follows.

Перестраиваемый фильтр 8 (см. фиг. 4) ослабляет затянутый сигнал рассеяния экспоненциальной формы при незначительном ослаблении короткого импульса, отраженного от объекта. Чтобы минимизировать указанные потери мощности импульса от объекта, граничную частоту фильтра перестраивают в соответствии с шириной спектра сигнала рассеяния (см. фиг. 3). При значительной амплитуде импульса рассеяния граничная частота перестраиваемого фильтра также увеличивается, что позволяет улучшить отношение сигнал объекта/сигнал рассеяния. The tunable filter 8 (see Fig. 4) attenuates the extended exponentially scattered signal with a slight attenuation of the short pulse reflected from the object. In order to minimize the indicated pulse power loss from the object, the filter boundary frequency is tuned in accordance with the spectral width of the scattering signal (see Fig. 3). With a significant amplitude of the scattering pulse, the boundary frequency of the tunable filter also increases, which improves the ratio of the object signal / scattering signal.

Схема блока регистрации 4 и блока масштабирования 11 изображена на фиг. 5. Измеритель временных интервалов, применяемый в качестве блока регистрации, состоит из пороговых формирователей, преобразователя время-амплитуда и АЦП. С приходом синхроимпульса "Старт" с излучателя 6 компаратор ДА1 вырабатывает импульс отрицательной полярности. При этом опрокидывается триггер ДД1, ДД2, разрешая работу генератора ДД2.1, ДД2.2, также происходит сброс счетчиков по входу параллельной загрузки. По каждому импульсу генератора разряжается емкость С через транзистор VТ1, затем начинается ее разряд от генератора стабильного тока. Сигнал "Стоп" возвращает триггер ДД1.1, ДД1.2 в исходное состояние. При этом открывается транзистор VT2, шунтируя ГСТ и производится запуск АЦП через ждущий мультивибратор ДД1.3, ДД1.4. В результате на цифровом выходе измерителя формируется двоичный восемнадцатиразрядный код, младшие десять разрядов которого являются результатом точного отсчета, старшие 8 результатом грубого отсчета. A diagram of the registration unit 4 and the scaling unit 11 is shown in FIG. 5. A time interval meter used as a recording unit consists of threshold formers, a time-amplitude converter, and an ADC. With the arrival of the "Start" clock from the emitter 6, the comparator DA1 generates a pulse of negative polarity. At the same time, the DD1, DD2 trigger is tipped, allowing the operation of the DD2.1, DD2.2 generator, and the counters at the parallel load input are also reset. For each pulse of the generator, the capacitance C is discharged through the transistor VT1, then its discharge from the stable current generator begins. The signal "Stop" returns the trigger DD1.1, DD1.2 to its original state. At the same time, the transistor VT2 opens, bypassing the GTS and the ADC is launched through the waiting multivibrator DD1.3, DD1.4. As a result, an eighteen-digit binary code is formed on the digital output of the meter, the lower ten digits of which are the result of an accurate count, the older 8 are the result of a coarse count.

Таким образом при периоде переключе- ния блока масштабирования 11 Tм=

Figure 00000010
при грубом отсчете расстояние измеряется с точностью ΔR1 100 м в пределах R1 Ro 25600 м, где V скорость распространения излучения; Ro "мертвая зона".Thus, with the switching period of the scaling unit 11 T m =
Figure 00000010
with a rough reading, the distance is measured with an accuracy of ΔR 1 100 m within R 1 R o 25600 m, where V is the speed of propagation of radiation; R o "dead zone".

С началом каждого периода переключения блока масштабирования через элемент ДД2.3 запускается блок регистрации и измеритель временных интервалов измеряет расстояние с точностью ΔR

Figure 00000011
≃ 0,2 м
Figure 00000012
в пределах R R1 + 100 м, что позволяет получить высокую точность измерения в широком диапазоне измерения расстояния до объекта.With the beginning of each switching period of the scaling unit through the DD2.3 element, the registration unit is started and the time interval meter measures the distance with an accuracy ΔR
Figure 00000011
≃ 0.2 m
Figure 00000012
within RR 1 + 100 m, which allows to obtain high measurement accuracy in a wide range of measuring the distance to the object.

Принципиальная схема излучателя 6 показана на фиг. 6. Блокинг-генератор на транзисторе VT1 генерирует импульсы питания для лавинного диода (S-диода) VД1. Лавинный диод VД1 формирует токовые импульсы длительностью 10-100 нс для накачки полупроводникового лазера VД2. A schematic diagram of the emitter 6 is shown in FIG. 6. The blocking generator on the transistor VT1 generates power pulses for the avalanche diode (S-diode) VD1. An avalanche diode VD1 generates current pulses with a duration of 10-100 ns for pumping a semiconductor laser VD2.

В момент пробоя лавинного диода VД1 с помощью дифференцирующей цепи R1C1 получается синхроимпульс, запускающий формирователь строба 7 (см. фиг. 6) на микросхеме ДД1. Стробирующий импульс поступает на второй (управляющий) вход блока коррекции 10, разрешая прохождение полезного сигнала на выход пикового детектора (диод VД2 на фиг. 7), выходное напряжение которого подается на регулирующий вход блока регистрации 4. В результате этого пороговый уровень компаратора ДА2 (см. фиг. 5) изменяется пропорционально амплитуде полезного сигнала. At the time of the breakdown of the avalanche diode VD1, using the differentiating circuit R1C1, a clock pulse is obtained, which starts the gate former 7 (see Fig. 6) on the DD1 chip. The gate pulse is fed to the second (control) input of the correction unit 10, allowing the useful signal to pass to the output of the peak detector (diode VD2 in Fig. 7), the output voltage of which is supplied to the control input of the recording unit 4. As a result, the threshold level of the comparator DA2 (see Fig. 5) varies in proportion to the amplitude of the useful signal.

Фотоприемник 3 (см. фиг. 7) собран на основе лавинного фотодиода ЛФД-6 и предварительного видеоусилителя на транзисторах VT1, VT2. Каскадная схема видеоусилителя с общей частотно-зависимой отрицательной обратной связью при усилении 30-60 повышает входное сопротивление, расширяет полосу пропускания (до 20-100 МГц) и улучшает устойчивость работы детектора. Усилитель 3 (см. фиг. 7) выполнен в виде каскадов ОЭ-ОЭ (VT3, VT4), инвертора (VT5) и каскада ОЭ-ОК (VT6- VT7), при этом достигается устойчивое усиление до 25000 и согласование с нагрузкой (входы блоков регистрации 4 и блока коррекции 10). The photodetector 3 (see Fig. 7) is assembled on the basis of an avalanche photodiode LFD-6 and a preliminary video amplifier on transistors VT1, VT2. A cascade video amplifier circuit with a common frequency-dependent negative feedback with a gain of 30-60 increases the input impedance, extends the passband (up to 20-100 MHz) and improves the stability of the detector. The amplifier 3 (see Fig. 7) is made in the form of cascades of OE-OE (VT3, VT4), inverter (VT5) and the cascade of OE-OK (VT6-VT7), while achieving a stable gain of up to 25000 and matching with the load (inputs registration units 4 and correction unit 10).

Блок адаптации 9 (см. фиг. 7) выполнен на основе двух эмиттерных повторителей (VT8, VT9), которые развязывают НЧ-фильтр (R4, C2) от выхода перестраиваемого фильтра 8 и от управляющего входа усилителя 3. НЧ-фильтр подавляет полезный импульс, формируя напряжение адаптации, пропорциональное сигналу рассеяния (см. фиг. 2). Напряжение адаптации, подаваемое на управляющий вход усилителя 3 (эмиттер транзистора VT3), окончательно устраняет сигнал рассеяния (см. фиг. 2, д). The adaptation unit 9 (see Fig. 7) is based on two emitter repeaters (VT8, VT9), which decouple the low-pass filter (R4, C2) from the output of the tunable filter 8 and from the control input of the amplifier 3. The low-pass filter suppresses the useful pulse forming an adaptation voltage proportional to the scattering signal (see Fig. 2). The adaptation voltage applied to the control input of the amplifier 3 (emitter of the transistor VT3) finally eliminates the scattering signal (see Fig. 2, e).

В качестве приемной (1) и передающей (5) оптических систем могут применяться серийные двухлинзовые объективы типа ОЛП-М (для лазерных дальномеров) или волоконно-оптический разветвитель с оптическими разъемами на выходных плечах. Во втором случае ЛФД фотоприемника 2 и лазер излучателя 6 должны иметь волоконный вход и выход соответственно. As the receiving (1) and transmitting (5) optical systems, serial OLP-M type lenses (for laser rangefinders) or a fiber-optic splitter with optical connectors on the output arms can be used. In the second case, the APD of the photodetector 2 and the laser of the emitter 6 should have a fiber input and output, respectively.

Принципиальная схема блока коррекции 10 показана на фиг. 7. Она состоит из эмиттерного повторителя VT10, пикового детектора VД2, С3 и истокового повторителя VT1. Выходное напряжение блока коррекции 10, пропорциональное амплитуде полезного сигнала, поступает на регулирующий вход блока регистрации 4. The circuit diagram of the correction unit 10 is shown in FIG. 7. It consists of an emitter follower VT10, a peak detector VD2, C3 and a source follower VT1. The output voltage of the correction unit 10, proportional to the amplitude of the useful signal, is fed to the regulatory input of the registration unit 4.

Claims (3)

1. ЛАЗЕРНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЙ, содержащий оптически сопряженные излучатель и передающую оптическую систему, приемную оптическую систему и фотоприемник, последовательно соединенные усилитель и блок регистрации, а также блок стробирования, вход которого соединен с вторым выходом излучателя, а выход с первым входом усилителя, второй вход блока регистрации соединен с вторым выходом излучателя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расстояний в широком динамическом диапазоне при наличии помехового сигнала рассеяния, в него введены блок адаптации, блок коррекции и блок масштабирования, выход которого соединен с третьим входом блока регистрации, выход которого соединен с вторым входом блока масштабирования, вход блока адаптации соединен с выходом фотоприемника, первый вход блока коррекции соединен с выходом блока стробирования, второй вход с выходом усилителя, третий вход которого соединен с выходом блока адаптации, выход блока коррекции соединен с четвертым входом блока регистрации. 1. LASER DISTANCE METER, containing optically coupled emitter and transmitting optical system, receiving optical system and photodetector, serially connected amplifier and recording unit, as well as a gating unit, the input of which is connected to the second output of the emitter, and the output with the first input of the amplifier, the second input the registration unit is connected to the second output of the emitter, characterized in that, in order to improve the accuracy of measuring distances in a wide dynamic range in the presence of an interfering signal Ia, an adaptation unit, a correction unit, and a scaling unit are introduced into it, the output of which is connected to the third input of the registration unit, the output of which is connected to the second input of the scaling unit, the input of the adaptation unit is connected to the output of the photodetector, the first input of the correction unit is connected to the output of the gating unit, the second input with the output of the amplifier, the third input of which is connected to the output of the adaptation unit, the output of the correction unit is connected to the fourth input of the registration unit. 2. Измеритель расстояния по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расстояний до объектов с малой отражающей способностью, в него введен перестраиваемый фильтр, вход которого соединен с выходом фотоприемника, а выход с вторым входом усилителя и с входом блока адаптации. 2. The distance meter according to claim 1, characterized in that, in order to improve the accuracy of measuring distances to objects with low reflectivity, a tunable filter is introduced into it, the input of which is connected to the output of the photodetector, and the output to the second input of the amplifier and to the input of the unit adaptation. 3. Измеритель расстояния по п.1, отличающийся тем, что блок регистрации выполнен в виде преобразователя время амплитуда код. 3. The distance meter according to claim 1, characterized in that the registration unit is made in the form of a time amplitude converter code.
SU4876203 1990-07-25 1990-07-25 Laser distance meter RU2058525C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4876203 RU2058525C1 (en) 1990-07-25 1990-07-25 Laser distance meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4876203 RU2058525C1 (en) 1990-07-25 1990-07-25 Laser distance meter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2058525C1 true RU2058525C1 (en) 1996-04-20

Family

ID=21541676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4876203 RU2058525C1 (en) 1990-07-25 1990-07-25 Laser distance meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2058525C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1122910, кл. G 01M 11/00, 07.01.83. Бородулин В.И., Власов В.А., Гуляев Ю.В. и др. Волоконно-оптический рефлектомер. - Радиотехника и электроника, 1981, N 4, с.866-869. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109085599B (en) Distance measuring device with SPAD array and distance walk compensation
US3782824A (en) Apparatus and method for measuring extinction coefficient of an atmospheric scattering medium
US7212278B2 (en) Method and device for recording a three-dimensional distance-measuring image
CN106019300A (en) Laser ranging device and laser ranging method thereof
US20030133094A1 (en) Multichannel receiver system for angularly resolved laser ranging measurement
CN205992055U (en) A kind of laser ranging system
US20030066977A1 (en) Optoelectronic distance measuring device
JPS6150033A (en) Time domain reflectometer
CN207601308U (en) A kind of laser ranging system
CN106546993A (en) A kind of range unit and distance-finding method for improving pulse type laser range accuracy
GB1532980A (en) Systems for measuring the distance of interference sources from one end of a glass fibre
GB1560124A (en) Optical fibre cable testing
JPH09178852A (en) Laser measuring device
CN112526536B (en) Single photon ranging system and method based on pulse train technology
RU136660U1 (en) OPTICAL REFLECTOMETER
RU2058525C1 (en) Laser distance meter
FR2520114A1 (en) Optical fibre fracture location for perimeter surveillance - measures interruption time difference for simultaneously transmitted optical signals
US4957365A (en) Optical meter with dual functions avalanche photodiode
US6912046B2 (en) Instrument measuring chromatic dispersion in optical fibers
JPH0266484A (en) Pulse laser range finding device
Golovkov et al. Receiving system of a pulsed laser rangefinder
JPH08105971A (en) Ranging method using multi-pulse and device therefor
RU2766065C1 (en) Method for locating range measurement
GB2115253A (en) Transmission properties of light guides; fault location
JPS6023739Y2 (en) light wave distance meter