RU20677U1 - Лазерный дальномер, безопасный для глаз - Google Patents

Abstract

1. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, содержащий передающий модуль, в состав которого входит лазерный излучатель с резонатором, активным элементом, лампой накачки, устройством модуляции добротности резонатора, блок питания лазерного излучателя, передающая оптика и устройство союстировки каналов, выполненное в виде оптических клиньев, закрепленных в оправах с возможностью вращения вокруг оптической оси, а также приемный модуль с фотоприемным устройством, приемной оптикой и устройством заведения стартового сигнала, выполненным в виде световолокна, один конец которого размещен в передающем модуле, а другой - в приемном, и узел управления, отличающийся тем, что излучатель содержит твердотельный параметрический преобразователь длины волны излучения, а устройство модуляции добротности выполнено в виде пассивного лазерного затвора, при этом приемный модуль содержит узел сведения, узел светоимитатора встроенного контроля и двухканальный усилитель приемного сигнала с широкополосным и узкополосным каналами усиления.2. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, по п.1, отличающийся тем, что излучатель содержит термодатчик перегрева.3. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, по пп.1 и 2, отличающийся тем, что приемный модуль содержит узел имитатора лазерного луча.4. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, по пп.1-3, отличающийся тем, что фотоприемное устройство выполнено на базе арсенид-галиевого фотодиода.

Description

ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР БЕЗОНАСНЫЙ ДЛЯ ГЛАЗ

Заявляемое техническое решение относится к области измерительной техники, в частности к импульсным лазерным дальномерам с безопасным для глаз излучением, и может быть использовано в любых изделиях наземной, воздушной и морской техники военного и гражданского применения.

В последние годы лазерные дальномеры безопасные для глаз, работающие по принципу мош:ного короткого импульса излучения, в рштервале длин волн 1,5 мкм - 1,6 мкм, приобретают все большую значимость.

Известны лазерные дальномеры безопасные для глаз французской фирмы Compagnie industrielle des lasers (CILAS), предназначенные для систем измерения дальности до наземных и воздушных целей, выполненные на основе модулей TEMPO. Модель TMS 303 (рекламный проспект) этого семейства дальномеров имеет небольшие габариты и вес 2,2 кг и способна определять местонахождения подвижных целей в реальном масштабе времени. Однако в составе модели TMS 303, включающей передаюший модуль с лазерным излучателем, преобразователем длины волны с 1,06 мкм в 1,54 мкм и источником питания и приемный канал с фотоприемным устройством и устройством управления, отсутствует собственная приемная и передающая оптика, необходимая для такого типа дальномеров, поэтому эта модель не является законченной моделью дальномера, пригодной для эксплуатации.

Другая модель TMS 309 (рекламный проспект) этого же семейства CILAS, также выполненная на базе модулей ТЕМПО, лишена этого недостатка, имеет свою передающую и приемную оптику, но, следовательно, больший вес, равный 6 кг, и повышенные габаритные показатели.

За прототип выбран малогабаритпый лазерный дальномер безопасный для глаз ЛДИ-11 (паспорт на изделие с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации) фирмы Полюс, Россия, Москва, предназначенный для измерения дальности до наземных целей и состоящий из передающего и приемного модулей, визирного канала и узла управления. Его передающий модуль включает лазерный излучатель на эрбиевом стекле с рабочей длиной волны 1,54 мкм, с оптическим резонатором, устройством модуляции добротности резонатора, выполненным в виде управляемого затвора, импульсной лампой накачки и блоком питания, передающей оптикой и устройством союстировки каналов, выполненным в виде юстировочных клиньев, закрепленных в оправах с возможностью поворота вокруг оптической оси. Приемный модуль включает фотоприемное устройство на базе лавинного германиевого фотодиода, приемную оптику, устройство заведения стартового сигнала, выполненное в виде световолокна, один конец которого размещен в передающем модуле, а другой - в приемном. При этом вес дальномера не превышает 2 кг.

Педостатками прототипа являются:

-низкая (одиночная) частота следования импульсов лазерного излучения, что ограничивает область его применения только по наземным целям и невозможность применения на подвижных высокоскоростных носителях,

-небольшой ресурс работы лазерного излзд1ателя,

-наличие одного канала усиления в приемном модуле с фиксированной полосой пропускания, оптимизированной по длительности импульса излучения с постоянным соотношение сигнал/шум для пороговой мощности при разных длительностях отраженного сигнала, что снижает эффективность работы дальномера по наклонным плоскостям,

-невозможность комплексного использования с другими оптикоэлектронными системами поиска и наблюдения.

Задача, на решение которой нанравлено данное техническое решение, заключается в расширении области применения, создании многофункционального гфибора с повышенными эксплуатационными характеристиками без значительного увеличения его массо-габаритных характеристик.

Поставленная задача достигается тем, что используют лазерный дальномер безопасный для глаз, содержащий передающий модуль с лазерным излучателем, включающим резонатор, активный элемент, лампу накачки, устройство модуляции добротности резонатора, а также входящие в передающий модуль блок питания лазерного излучателя, передающую оптику и устройство союстировки каналов, выполненное в виде оптических клиньев, закрепленных в оправах с возможностью вращения вокруг оптической оси, приемный модуль с фотоприемным устройством, приемной оптикой и устройством заведения стартового сигнала, выполненным в виде световолокна, один конец которого размещен в передающем модуле, а другой в приемном, и узел управления.

От прототипа заявляемое техническое решение отличается тем, что излучатель содержит твердотельный параметрический преобразователь длины волны излучения и термодатчик перегрева излз ателя, при этом устройство модуляции добротности выполнено в виде пассивного лазерного затвора, а приемный модуль содержит узел сведения, узел светоимитатора встроенного контроля приемного модуля, узел имитатора лазерного луча, двухканальный усилитель приемного сигнала и узел питания приемного канала, при этом фотоприемное устройство выполнено на базе арсенид-галиевого фотодиода.

Наличие в лазерном излучателе твердотельного параметрического преобразователя и устройства модуляции добротности, выполненного в виде пассивного лазерного затвора, увеличивает частоту следования импульсов излучения (частоту измерения дальности) и ресурс работы лазерного излучателя.

Кроме того, устройство модуляции добротности, выполненное в виде пассивного лазерного затвора не требует дополнительного высоковольтного блока управления затвором.

Термодатчик перегрева позволяет выполнять защитное отключение дальномера при превышении температуры нагрева элементов лазерного излучателя.

Узел сведения упрощает схему и конструкцию дальномера, обеспечивая соосность оптических и энергетических осей приемного модуля.

Узел светоимитатора встроенного контроля позволяет проводить проверку функцион1фования приемного модуля в режиме встроенного контроля без формирования лазерного излучения.

Узел имитатора лазерного луча позволяет в процессе эксплуатации проводить автоматическую привязку оптических осей лазерного дальномера к оптически осям других, совместно работающих с ним, оптикоэлектронных систем поиска и наблюдения.

Двухканальный усилитель приемного канала с дополнительным узкополосным каналом усиления позволяет улучшить пороговзто чувствительность приемного тракта в 3-5 раз, что обеспечивает максимальную дальность при работе по наклонным плоскостям, при этом шрфокополосный канал усиления помимо усиления отраженного от цели сигнала позволяет формировать опорный старт-импульс.

Применение фотоприемного устройства на базе арсенид-галиевого фотодиода позволяет обеспечивать работу дальномера при больших фоновых засветках без введения дополнительных узкополосных светофильтров.

Благодаря наличию всех вышеперечисленных признаков повышаются эксплуатационные характеристики дальномера без значительного увеличения его габаритов и веса, который не превышает 3,4 кг.

На фиг. изображена функциональная блок схема лазерного дальномера безопасного для глаз.

Лазерный дальномер содержит предающий модуль 1, в котором оптически последовательно соединены лазерный излучатель 2, содержащий активный элемент, лампу накачки, резонатор, устройство модуляции добротности, выполненное в виде пассивного лазерного затвора, твердотельный параметрический преобразователь длины волны излучения и термодатчик перегрева излучателя, передающая оптика 3 и узел союстировки каналов 4, выполненный в виде оптических клиньев, а также приемный модуль 5, в котором оптически соединены приемная оптика 6, узел сведения 7, фотоприемное устройство 8, двухканальный узел усиления 9 приемного сигнала, узел светоимитатора 10 встроенного контроля приемного модуля, узел имитатора лазерного луча 11, устройство заведения стартового сигнала 12, выполненное в виде световолокна, узел питания 13 приемного канала, а также блок питания 14 лазерного излучателя с узлом конденсаторов 15, высоковольтный импульсный источник вторичного питания 16, узел управления 17, функционально содержащий в своем составе источник питания, вычислитель, измеритель временных интервалов и приемопередатчик с информационным каналом обмена.

Лазерный дальномер безопасный для глаз работает следующим образом.

По внешней команде на измерение дальности, поступающей на лазерный дальномер, узел управления 17 формирует в определенной последовательности набор команд на входящие в лазерный дальномер узлы и блоки. По команде с узла зшравления 17 импульсный источник вторичного питания 16 преобразует постоянное напряжение входной сети в высоковольтное выпрямленное напряжение для заряда накопительных конденсаторов накачки узла конденсаторов 15. При достижении заданного уровня заряда узел управления 17 подает на вход блока питания 14 команду на зажигание лампы накачки лазерного излучателя 2, по которой открывается, входящий в состав блока питания 14 коммутационный элемент, и происходит разряд накопительных конденсаторов узла конденсаторов 15 через

.З f

лампу накачки. Мощный короткий импульс излучения, генерируемый лазерным излучателем 2, проходит через передающую оптику 3 и узел союстировки 4 и распространяется в направлении цели в пределах малого телесного угла, величина которого задается параметрами передающей оптики 3. Одновременно с этим небольшая доля излучения с элементов оптики лазерного излучателя 2 заводится на чувствительную площадку фотоприемного устройства 8 через световолокно устройства заведения стартового сигнала 12 и узел сведения 7 и преобразуется в электрический импульс (старт-импульс). Отраженный от цели импульс излучения, пройдя через приемную оптику 6 и узел сведения 7, поступает на чувствительную площадку фотоприемного устройства 8 и преобразуется в электрический импульс, поступающий на входы широкополосного и узкополосного каналов двухканального узла усиления 9, который усиливает в каждом канале сигнал с фотоприемного устройства 8 и формирует на выходе каждого канала усиления нормированные приемные сигналы, поступающие на узел управления 17. Входящий в состав узла управления 17 измеритель временных интервалов измеряет временной интервал между старт-импульсом и приемным сигналом. Дальность измеряется по времени прохождения импульса лазерного излучения до цели и обратно.

Для проверки работоспособности в дальномере предусмотрен режим встроенного контроля, при котором вычислитель узла управления 17 производит анализ состояния узлов и блоков дальномера и принимает решение о готовности дальномера к работе по измерению дальности. Для проверки приемного модуля 5 вычислитель узла управления 17 запускает входящий в его состав измеритель временных интервалов и выдает с заданной временной задержкой команду, по которой узел питания 13 приемного канала 5 выдает импульс управления на узел светоимитатора встроенного контроля 10, формирующего световой импульс, поступающий через узел сведения 7 на чувствительную площадку фотоприемного устройства 8. На выходе узла усиления 9 формируется приемный сигнал, по которому в измерителе временных интервалов узла управления 17 измеряется контрольная дальность, соответствующая заданной временной задержке. Проверка работоспособности в режиме встроенного контроля проводится без лазерного излучения, что экономит ресурс работы лазерного излучателя 2.

При работе дальномера в режиме формирования излучения имитатора лазерного луча вычислитель узла управления 17 формирует импульсы запуска, поступающие на узел имитатора лазерного луча 11, формирующий маломощные световые импульсы излучения на длине волны, сопряженной с полосой чувствительности других оптико-электронных систем поиска и наблюдения. Излучение имитатора лазерного луча 11 через узел сведения 7 и приемную оптику 6 выводится из дальномера в направлении параллельном направлению распространения лазерного излучения передающего модуля 1.

Claims (4)

1. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, содержащий передающий модуль, в состав которого входит лазерный излучатель с резонатором, активным элементом, лампой накачки, устройством модуляции добротности резонатора, блок питания лазерного излучателя, передающая оптика и устройство союстировки каналов, выполненное в виде оптических клиньев, закрепленных в оправах с возможностью вращения вокруг оптической оси, а также приемный модуль с фотоприемным устройством, приемной оптикой и устройством заведения стартового сигнала, выполненным в виде световолокна, один конец которого размещен в передающем модуле, а другой - в приемном, и узел управления, отличающийся тем, что излучатель содержит твердотельный параметрический преобразователь длины волны излучения, а устройство модуляции добротности выполнено в виде пассивного лазерного затвора, при этом приемный модуль содержит узел сведения, узел светоимитатора встроенного контроля и двухканальный усилитель приемного сигнала с широкополосным и узкополосным каналами усиления.

2. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, по п.1, отличающийся тем, что излучатель содержит термодатчик перегрева.

3. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, по пп.1 и 2, отличающийся тем, что приемный модуль содержит узел имитатора лазерного луча.

4. Лазерный дальномер, безопасный для глаз, по пп.1-3, отличающийся тем, что фотоприемное устройство выполнено на базе арсенид-галиевого фотодиода.