RU2265227C2 - Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method - Google Patents

Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method Download PDF

Info

Publication number
RU2265227C2
RU2265227C2 RU2003121008/28A RU2003121008A RU2265227C2 RU 2265227 C2 RU2265227 C2 RU 2265227C2 RU 2003121008/28 A RU2003121008/28 A RU 2003121008/28A RU 2003121008 A RU2003121008 A RU 2003121008A RU 2265227 C2 RU2265227 C2 RU 2265227C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
photo
photodetector
objects
amplifier
Prior art date
Application number
RU2003121008/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003121008A (en
Inventor
Н.В. Толбузов (RU)
Н.В. Толбузов
И.П. Курицын (RU)
И.П. Курицын
знов Ю.М. Гр (RU)
Ю.М. Грязнов
нова Т.И. Лукь (RU)
Т.И. Лукьянова
И.Н. Мольков (RU)
И.Н. Мольков
В.Н. Гаврилов (RU)
В.Н. Гаврилов
А.А. Частов (RU)
А.А. Частов
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт "Кварц"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт "Кварц" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт "Кварц"
Priority to RU2003121008/28A priority Critical patent/RU2265227C2/en
Publication of RU2003121008A publication Critical patent/RU2003121008A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2265227C2 publication Critical patent/RU2265227C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: prior to detection of optical object, dimensions and position of direction diagram of photo-detector are determined and recorded in computer memory, zone of optical blocking is set by dimensions and position of direction diagram of only the photo-detector, passive-action photo-detector without light source is used, while dynamic range of light flows in blocking zone is used, 60 dB, dynamic range of levels of optical signals of photo-diode 26 dB, optical object is registered by position of time characteristics, photo-diode signal, characteristic sign of object is determined on basis of position of time characteristics of photo-diode signal in negative or positive areas of signal values, appropriately passive or active. Photo-detector has optical block, including spherical lens and diaphragm, photo-diode, electronic board of photo-detector, including transformer for transformation of current from photo-diode to voltage, amplifier and comparator, also has base, on which input window is positioned and on which optical block, electronic board, electronic board of signals generator and electronic board of curtain control are positioned together with socket for connection to computer and indicator.
EFFECT: possible detection of optical objects without using an additionally light source with higher precision; excluded influence of daylight level changes on precision of measurements in broad dynamic range of daylight levels; possible detection of passive shadow-giving, and active, emitting, optical objects; possible determination of shape of objects and presence of accompanying fragments; possible detection of objects with optical signals of different value; higher reliability; simplified adjustment of device prior to measurements; possible portable variant of device; decreased deployment time under field conditions.
2 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительных системах при регистрации оптических объектов в заданной точке, при исследовании их формы и характера оптического излучения в инфракрасном диапазоне длин волн.The invention relates to measuring equipment and can be used in measuring systems when registering optical objects at a given point, when examining their shape and the nature of optical radiation in the infrared wavelength range.

Наиболее близким аналогом к заявляемому способу является способ обнаружения оптических объектов (1), который предусматривает дополнительно к фотоприемному устройству использование оптического излучателя (осветителя). Осветитель создает оптический барьер или зону оптической блокировки, расположенную между осветителем и фотоприемным устройством. При нахождении объекта обнаружения в зоне оптической блокировки происходит прерывание оптического излучения между осветителем и фотоприемным устройством и осуществляется регистрация момента прерывания оптического излучения.The closest analogue to the claimed method is a method for detecting optical objects (1), which provides for the use of an optical emitter (illuminator) in addition to a photodetector. The illuminator creates an optical barrier or optical blocking area located between the illuminator and the photodetector. When the detection object is in the optical blocking zone, the optical radiation is interrupted between the illuminator and the photodetector and the moment of interruption of the optical radiation is recorded.

Недостатками известного способа являются использование дополнительного оптического излучения от осветителя, потеря информации о самом объекте обнаружения, его особенностях, влияние изменения уровня дневной освещенности на точность измерений. В зоне оптической блокировки при увеличении уровня дневной освещенности от отраженного солнечного излучения для сохранения точности измерения необходимо увеличивать мощность осветителя, т.к. световой поток, попадая в зону блокировки, изменяет порог срабатывания компаратора уровня сигнала. Кроме того, к недостаткам следует отнести сложность взаимной настройки оптических систем осветителя и фотоприемного устройства, неопределенность, вносимая помехами компараторов уровней сигналов в момент прерывания оптического излучения от осветителя.The disadvantages of this method are the use of additional optical radiation from the illuminator, the loss of information about the detection object itself, its features, the effect of changes in daylight levels on the measurement accuracy. In the zone of optical blocking, with an increase in the level of daylight from reflected solar radiation, to maintain the accuracy of the measurement, it is necessary to increase the power of the illuminator, since the luminous flux, falling into the blocking zone, changes the response threshold of the signal level comparator. In addition, the disadvantages include the complexity of the mutual tuning of the optical systems of the illuminator and the photodetector, the uncertainty introduced by the interference of the signal level comparators at the time of interruption of the optical radiation from the illuminator.

Заявляемый способ позволяет:The inventive method allows you to:

- обнаруживать оптические объекты без использования дополнительного осветителя с более высокой точностью регистрации за счет использования калиброванной диаграммы направленности самого фотоприемного устройства;- detect optical objects without the use of an additional illuminator with higher registration accuracy due to the use of a calibrated radiation pattern of the photodetector itself;

- обнаруживать объекты с разными по величине оптическими сигналами.- detect objects with different optical signals.

Заявляемый способ позволяет определять форму, тип оптического объекта, наличие у объекта сопровождающих его фрагментов.The inventive method allows you to determine the shape, type of optical object, the presence of the object accompanying fragments.

Это достигается тем, что в заявляемом способе, включающем использование фотоприемного устройства на основе фотодиода с линейной световой характеристикой, электронно-вычислительной машины (ЭВМ) с индикатором, перед обнаружением оптического объекта определяют размеры и положение диаграмм направленности фотоприемного устройства и заносят в память ЭВМ, задают зону оптической блокировки размерами и положением диаграмм направленности только фотоприемного устройства, используют фотоприемное устройство пассивного действия без осветителя, причем используют динамический диапазон световых потоков, попадающих в зону блокировки, 60 дБ, динамический диапазон уровней оптических сигналов 26 дБ, регистрируют оптический объект по положению временных характеристик сигнала фотодиода, определяют по расположению сигнала фотодиода в отрицательной или положительной областях значений сигналов характерный признак объекта, соответственно пассивный или активный.This is achieved by the fact that in the claimed method, which includes the use of a photodetector based on a photo diode with linear light characteristic, an electronic computer (computer) with an indicator, before detecting an optical object, the dimensions and position patterns of the photodetector device are determined and stored in a computer, set the optical blocking zone with the dimensions and position of the radiation patterns of only the photodetector, use a passive photodetector without an illuminator moreover, the dynamic range of the light fluxes falling into the blocking zone is used, 60 dB, the dynamic range of the optical signal levels is 26 dB, the optical object is registered by the position of the temporal characteristics of the photodiode signal, the characteristic feature of the object is determined by the location of the photodiode signal in the negative or positive regions of the signal values, respectively passive or active.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству являются фотоприемные устройства (2), входящие в приборы ФЭБ-4СМ, ФЭБ-5, ФЭБ-6, ФЭБ-7 Нижнетагильского института испытаний металлов.The closest analogue to the claimed device are photodetectors (2), included in the devices FEB-4SM, FEB-5, FEB-6, FEB-7 of the Nizhny Tagil Institute of Metal Testing.

Недостатками приведенных выше фотоприемных устройств являются: обязательное наличие для их работы осветителей, сложность настройки двух оптических систем осветителя и фотоприемного устройства для создания зоны оптической блокировки, отрицательное влияние на измерения изменений уровней дневных освещенностей, стационарность базирования, низкая надежность и точность измерений из-за неопределенности, вносимой помехами компараторов уровней сигналов в момент прерывания излучения от осветителя.The disadvantages of the above photodetectors are: the obligatory presence of illuminators for their operation, the difficulty of setting up two optical systems of the illuminator and a photodetector to create an optical blocking zone, a negative effect on the measurement of changes in daylight levels, stationarity, low reliability and accuracy of measurements due to uncertainty introduced by interference signal level comparators at the time of interruption of radiation from the illuminator.

Заявляемое фотоприемное устройство позволяет решить следующие задачи:The inventive photodetector allows to solve the following tasks:

- повысить точность регистрации оптических объектов;- increase the accuracy of registration of optical objects;

- повысить надежность регистрации оптических объектов;- increase the reliability of registration of optical objects;

- упростить настройку устройства перед измерениями;- simplify device setup before measurements;

- выполнить устройство в виде переносной конструкции;- make the device in the form of a portable structure;

- повысить мобильность, уменьшить время развертывания устройства в полевых условиях;- increase mobility, reduce the deployment time of the device in the field;

- обеспечить работу устройства в широком диапазоне дневных освещенностей.- ensure the operation of the device in a wide range of daylight conditions.

Решение поставленных задач достигается тем, что в фотоприемное устройство, содержащее оптический блок, включающий сферическую линзу, диафрагму и фотодиод, электронную плату фотоприемного устройства, включающую преобразователь для преобразования тока с фотодиода в напряжение, усилитель и компаратор, введены основание, с которым совмещено входное окно и на котором размещены оптический блок, электронные платы фотоприемного устройства, формирователя сигналов и платы управления шторкой, разъем подключения для соединения с ЭВМ и индикатором, а также усилитель постоянного тока и схема сопряжения уровней, на которые поступают постоянные составляющие напряжения с выхода преобразователя, а напряжения с выхода усилителя постоянного тока поступают на компаратор, с выхода которого сигналы поступают на плату управления шторкой, предназначенную для ослабления светового потока, усилители с линейным изменением коэффициента передачи, на которые через элемент разделения сигналов поступают переменные составляющие напряжения с преобразователя, на другой вход которых поступают напряжения с выхода схемы сопряжения уровней и с выхода которых сигналы поступают на вход усилителя с переключаемым коэффициентом передачи, фильтр для формирования полосы пропускания и оконечный усилитель.The solution of the tasks is achieved by the fact that the base with which the input window is combined is introduced into the photodetector device containing an optical unit, including a spherical lens, an aperture and a photodiode, an electronic board of the photodetector device, including a converter for converting current from the photodiode to voltage, an amplifier and a comparator and on which the optical unit, the electronic boards of the photodetector, signal former and the curtain control board, the computer connection connector and the indicator are placed ohm, as well as a direct current amplifier and a circuit for coupling the levels to which the constant components of the voltage are supplied from the output of the converter, and the voltage from the output of the direct current amplifier is supplied to a comparator, from the output of which the signals are sent to the curtain control board, designed to attenuate the light flux, amplifiers with a linear change in the transfer coefficient, to which through the signal separation element the variable voltage components from the converter are supplied, to the other input of which voltage from the output of the interface circuit of the levels and the output of which the signals are fed to the input of the amplifier with a switchable transmission coefficient, a filter for forming a passband and a terminal amplifier.

На фиг.1 показана конструкция фотоприемного устройства, где обозначено:Figure 1 shows the design of the photodetector, where indicated:

1 - электронная плата фотоприемного устройства;1 - electronic board of the photodetector;

2 - электронная плата формирователя сигналов;2 - electronic board of the signal shaper;

3 - основание;3 - base;

4 - оптический блок;4 - optical block;

5 - входное окно;5 - input window;

6 - разъем подключения;6 - connection connector;

7 - электронная плата управления шторкой;7 - electronic control board curtain;

8 - направление, параллельное траекториям движения объектов;8 - direction parallel to the trajectories of the objects;

9 - направление, перпендикулярное траекториям движения объектов.9 - direction perpendicular to the trajectories of the movement of objects.

На фиг.2 показано расположение элементов оптического блока с фотодиодом, где обозначено:Figure 2 shows the location of the elements of the optical unit with a photodiode, where indicated:

10 - шторка;10 - curtain;

11 - диафрагма;11 - aperture;

12 - сферическая линза;12 - spherical lens;

13 - фотодиод;13 - photodiode;

14 - соединитель с электронной платой фотоприемного устройства.14 - connector with the electronic board of the photodetector.

На фиг.3 показаны диаграммы направленности фотоприемного устройства, где обозначено:Figure 3 shows the radiation patterns of the photodetector, where indicated:

15 - диаграмма направленности устройства в плоскости, перпендикулярной траекториям движения объектов;15 is a radiation pattern of a device in a plane perpendicular to the paths of movement of objects;

16 - ширина диаграммы направленности устройства;16 is the width of the radiation pattern of the device;

17 - диаграмма направленности устройства в плоскости, параллельной траекториям движения объектов;17 is a radiation pattern of a device in a plane parallel to the trajectories of objects;

18 - высота диаграммы направленности устройства.18 is the height of the radiation pattern of the device.

На фиг.4 показана структурная схема фотоприемного устройства, где обозначено:Figure 4 shows the structural diagram of the photodetector, where indicated:

1 - электронная плата фотоприемного устройства;1 - electronic board of the photodetector;

2 - электронная плата формирователя сигналов;2 - electronic board of the signal shaper;

7 - электронная плата управления шторкой;7 - electronic control board curtain;

10 - шторка;10 - curtain;

11 - диафрагма;11 - aperture;

12 - сферическая линза;12 - spherical lens;

13 - фотодиод;13 - photodiode;

19 - преобразователь;19 - converter;

20 - элемент разделения сигналов;20 is a signal separation element;

21 - схема сопряжения уровней;21 is a diagram of a pairing of levels;

22 - усилитель постоянного тока фотодиода;22 - DC amplifier of the photodiode;

23 - усилители с линейным изменением коэффициента передачи;23 - amplifiers with a linear change in the gain;

24 - усилитель переключаемый;24 - switchable amplifier;

25 - фильтр;25 - filter;

26 - усилитель оконечный;26 - terminal amplifier;

27 - компаратор.27 is a comparator.

На фиг.5 показаны графики, поясняющие работу автоматической регулировки усиления (АРУ) фотоприемного устройства, где обозначено:Figure 5 shows graphs explaining the operation of automatic gain control (AGC) of the photodetector, where is indicated:

28 - график зависимости напряжений сигналов и с на входе усилителя с линейным изменением коэффициента передачи 23 от уровней постоянных составляющих напряжений un на выходе преобразователя;28 is a graph of the dependence of the signal voltages and with at the input of the amplifier with a linear change in the gain 23 from the levels of the constant components of the voltage u n at the output of the converter;

29 - график зависимости коэффициентов усиления Кn фотоприемного устройства от уровней постоянных составляющих напряжений un на выходе преобразователя. В качестве координат выбраны напряжения un, uc - соответственно постоянная и переменная составляющие напряжений и на выходе преобразователя.29 is a graph of the dependence of the gain K n of the photodetector on the levels of the constant voltage components u n at the output of the converter. As the coordinates, the voltages u n and u c are chosen, respectively, the constant and variable components of the voltages at the output of the converter.

На фиг.6 показана структурная схема фотоприемного устройства с ЭВМ и индикатором, где обозначено:Figure 6 shows a structural diagram of a photodetector with a computer and an indicator, where indicated:

30 - фотоприемное устройство;30 - photodetector;

31 - ЭВМ;31 - computers;

32 - индикатор.32 - indicator.

На фиг.7 показаны временные характеристики сигналов фотодиода, где обозначено:Figure 7 shows the temporal characteristics of the signals of the photodiode, where indicated:

33 - напряжения сигналов фотодиода от пассивных объектов, расположенные в отрицательной области значений сигналов на выходе фотоприемного устройства;33 - voltage of the photodiode signals from passive objects located in the negative region of the signal values at the output of the photodetector;

34 - напряжения сигналов фотодиода от активных объектов, расположенные в положительной области значений сигналов на выходе фотоприемного устройства.34 - voltage signals of the photodiode from active objects located in the positive range of signal values at the output of the photodetector.

На фиг.8 показаны временные характеристики сигналов фотодиода при наличии сопровождающих объект фрагментов, где обозначено:On Fig shows the temporal characteristics of the signals of the photodiode in the presence of accompanying object fragments, where indicated:

35 - напряжения сигналов фотодиода от сопровождающих объект фрагментов на выходе фотоприемного устройства.35 - voltage signals of the photodiode from the fragments accompanying the object at the output of the photodetector.

Заявляемый способ обнаружения оптических объектов осуществляют следующим образом. Фотоприемное устройство 30 калибруют, т.е. определяют размеры 16, 18 и положение диаграмм направленности (перпендикулярно и параллельно движению объектов). Размеры и положение диаграмм направленности устройства заносят в память ЭВМ 31.The inventive method for detecting optical objects is as follows. The photodetector 30 is calibrated, i.e. determine the sizes 16, 18 and the position of the radiation patterns (perpendicular and parallel to the movement of objects). The dimensions and position patterns of the device are recorded in the memory of the computer 31.

Фотоприемное устройство 30 располагают так, чтобы оптические объекты попадали в зону блокировки, а траектории движения объектов были бы перпендикулярны плоскости диаграммы 15. С помощью разъема подключения 6 фотоприемное устройство соединяют с ЭВМ 31 и индикатором 32 и подключают к сети. За счет дневного освещения в данный момент возникает постоянная составляющая напряжения сигнала фотодиода un на выходе преобразователя 19, которая в системе АРУ, включающей схему сопряжения уровней 21 и усилитель с линейным изменением коэффициента передачи сигнала фотодиода 23, автоматически управляет коэффициентом усиления фотоприемного устройства, обеспечивая заданный уровень сигнала фотодиода на выходе. Благодаря действию системы АРУ исключено влияние дневной освещенности на точность измерений. При движении оптические объекты, попадая в зону блокировки, модулируют световой поток по амплитуде, являясь причиной возникновения оптических сигналов. Динамический диапазон оптических сигналов зависит от размеров оптических объектов, величины и характера излучения, степени их удаленности от фотоприемного устройства и составляет 26 дБ. Для обнаружения оптических объектов с разными по величине оптическими сигналами заранее выбирают напряжение управления переключаемого усилителя 24. Напряжение управления переключаемого усилителя 26 позволяет изменять в 20 раз усиление сигналов фотоприемного устройства, что эквивалентно динамическому диапазону оптических сигналов 26 дБ. Для больших оптических сигналов усиление фотоприемного устройства с помощью напряжения управления уменьшают, а для малых оптических сигналов - увеличивают, поддерживая определенный уровень сигналов фотодиода на выходе во всем динамическом диапазоне существующих оптических сигналов.The photodetector 30 is positioned so that the optical objects fall into the blocking zone, and the paths of the objects are perpendicular to the plane of the diagram 15. Using connector 6, the photodetector is connected to a computer 31 and an indicator 32 and connected to the network. Due to daylight, at the moment, a constant component of the voltage of the photodiode signal u n arises at the output of the converter 19, which in the AGC system, including a level conjugation circuit 21 and an amplifier with a linear change in the transmission coefficient of the photodiode 23 signal, automatically controls the gain of the photodetector, providing a given output photodiode signal level. Thanks to the action of the AGC system, the influence of daylight on the measurement accuracy is excluded. When moving, optical objects, falling into the blocking zone, modulate the luminous flux in amplitude, causing optical signals. The dynamic range of optical signals depends on the size of optical objects, the magnitude and nature of the radiation, the degree of their distance from the photodetector, and is 26 dB. To detect optical objects with different optical signals, the control voltage of the switchable amplifier 24 is preselected. The control voltage of the switchable amplifier 26 allows you to change the gain of the signals of the photodetector 20 times, which is equivalent to the dynamic range of the optical signals of 26 dB. For large optical signals, the gain of the photodetector using the control voltage is reduced, and for small optical signals it is increased, maintaining a certain level of the output photodiode signals in the entire dynamic range of existing optical signals.

При попадании оптических объектов в зону блокировки фотодиод 13 вырабатывает токи, отличные от уровня собственных шумов. Величина токов фотодиода зависит от величин оптических сигналов и от уровней световых потоков. Действие системы АРУ и управление коэффициентом передачи переключаемого усилителя 24 обеспечивают определенный уровень сигналов фотодиода на выходе фотоприемного устройства. Токи фотодиода 13, преобразовываясь в напряжения uc, на входе усилителя с линейным изменением коэффициента передачи усиливаются и поступают на выход фотоприемного устройства, затем на ЭВМ 31 и индикатор 32. Индикатором 32 служит экран монитора ЭВМ. Сигналы фотодиода с помощью программы ЭВМ преобразуют в цифровую форму и сохраняют для дальнейшей обработки в памяти ЭВМ с целью последующего отображения графиков этих сигналов на экране монитора ЭВМ.When optical objects get into the blocking zone, the photodiode 13 generates currents that are different from the level of intrinsic noise. The magnitude of the photodiode currents depends on the magnitude of the optical signals and on the levels of light fluxes. The action of the AGC system and the control of the gain of the switchable amplifier 24 provide a certain level of signals of the photodiode at the output of the photodetector. The currents of the photodiode 13, converting to voltage u c , are amplified at the input of the amplifier with a linear change in the transmission coefficient and fed to the output of the photodetector, then to the computer 31 and indicator 32. The indicator 32 is the screen of the computer monitor. Using the computer program, the photodiode signals are converted into digital form and stored for further processing in the computer memory for the purpose of subsequent display of the graphs of these signals on the computer monitor screen.

На экране индикатора 32 возникают временные характеристики сигналов фотодиода. Для активных излучающих объектов временные характеристики сигналов фотодиода расположены в положительной области значений сигналов 34, для пассивных объектов, создающих "тень", временные характеристики сигналов фотодиода расположены в области отрицательных значений сигналов 33. Амплитуды отрицательных сигналов в текущий момент времени пропорциональны линейным размерам объекта в направлении, перпендикулярном движению. Определение типа объекта происходит путем визуального наблюдения формы отрицательных временных характеристик сигнала фотодиода в масштабе времени. При наличии сопровождающих объект фрагментов временные характеристики сигналов фотодиода могут быть расположены как в положительной, так и в отрицательной областях значений сигналов 35. Длительность сигналов фотодиода зависит от скорости движения объекта: чем выше скорость оптического объекта, тем короче длительность сигнала фотодиода. Для получения неискаженной формы сигнала фотодиода используют широкую полосу пропускания усилителей, включая преобразователь.On the screen of the indicator 32 there are temporary characteristics of the signals of the photodiode. For active emitting objects, the temporal characteristics of the photodiode signals are located in the positive range of signal values 34, for passive objects that create a “shadow”, the temporal characteristics of the photodiode signals are located in the region of negative signal values 33. The amplitudes of the negative signals are currently proportional to the linear dimensions of the object in the direction perpendicular to the movement. Determining the type of object occurs by visual observation of the shape of the negative temporal characteristics of the photodiode signal in a time scale. In the presence of fragments accompanying the object, the temporal characteristics of the photodiode signals can be located both in the positive and negative ranges of signal values 35. The duration of the photodiode signals depends on the speed of the object: the higher the speed of the optical object, the shorter the duration of the photodiode signal. To obtain the undistorted waveform of the photodiode, a wide passband of amplifiers, including a converter, is used.

Конструкция фотоприемного устройства представляет собой следующее. Электронная плата фотоприемного устройства 1 с помощью кабеля соединена с электронной платой формирователя сигналов 2. Обе электронные платы и оптический блок 4 закреплены на основании 3. Разъем подключения 6 закреплен на том же основании 3 и кабелем соединен с электронной платой формирователя сигналов 2. Входное окно 5 совмещено конструктивно с основанием 3 и составляет с ним единое целое. На электронной плате управления шторкой 7 расположены элементы, которые управляют шторкой 10. С помощью соединителя 14 фотодиод 13 соединяется с электронной платой фотоприемного устройства 1. Фокусное расстояние сферической линзы 12 совместно с диафрагмой 11 и входным окном 5 формируют размеры диаграмм направленности фотоприемного устройства 15, 17.The design of the photodetector is as follows. The electronic board of the photodetector 1 is connected via cable to the electronic board of the signal conditioning instrument 2. Both electronic boards and the optical unit 4 are fixed to the base 3. The connector 6 is fixed to the same base 3 and the cable is connected to the electronic circuit board of the signal conditioning instrument 2. Input window 5 It is structurally combined with base 3 and forms a single whole with it. On the electronic control board for the shutter 7, there are elements that control the shutter 10. Using a connector 14, a photodiode 13 connects to the electronic board of the photodetector 1. The focal length of the spherical lens 12 together with the diaphragm 11 and the input window 5 form the dimensions of the radiation patterns of the photodetector 15, 17 .

Заявляемое фотоприемное устройство работает следующим образом. В соответствии с условиями дневной освещенности световые потоки, собираемые сферической линзой 12, модулированные по амплитуде оптическими объектами, попадающими в зону блокировки, пройдя диафрагму 11, поступают на фотодиод 13 в виде оптических сигналов. Изменение условий дневной освещенности приводит к тому, что световые потоки, поступающие в зону блокировки, изменяются в динамическом диапазоне 60 дБ. Фотодиод 13 под действием оптических сигналов вырабатывает токи, которые в преобразователе 19 преобразуются в напряжения u. Напряжения u с выхода преобразователя 19 поступают на элемент разделения сигналов 20. Постоянные составляющие напряжений un поступают на схему сопряжения уровней 21 и усилитель постоянного тока 22. Напряжение un используется в системе АРУ для управления усилением заявляемого устройства. Система АРУ состоит из схемы сопряжения уровней 21 и усилителя с линейным изменением коэффициента передачи сигнала фотодиода 23. Переменные составляющие напряжений uc поступают на вход усилителя с линейным изменением коэффициента передачи 23, который состоит из трех широкополосных усилителей, соединенных последовательно, с линейной зависимостью коэффициентов передачи от управляющих напряжений, поступающих на него с выхода схемы сопряжения уровней 21.The inventive photodetector operates as follows. In accordance with the daylight conditions, the light fluxes collected by the spherical lens 12, amplitude modulated by optical objects falling into the blocking zone, having passed through the diaphragm 11, are transmitted to the photodiode 13 in the form of optical signals. Changing the daylight conditions leads to the fact that the light flux entering the blocking zone changes in the dynamic range of 60 dB. The photodiode 13 under the influence of optical signals generates currents, which in the Converter 19 are converted to voltage u. The voltages u from the output of the converter 19 are supplied to the signal separation element 20. The constant voltage components u n are supplied to the interface circuit of the levels 21 and the DC amplifier 22. The voltage u n is used in the AGC system to control the gain of the claimed device. The AGC system consists of a coupling circuit of levels 21 and an amplifier with a linear change in the transmission coefficient of the signal of the photodiode 23. The variable voltage components u c are fed to the input of an amplifier with a linear change in the transmission coefficient 23, which consists of three broadband amplifiers connected in series with a linear dependence of the transmission coefficients from control voltages supplied to it from the output of the leveling circuit 21.

График 28 показывает линейное возрастание напряжения uc от увеличения напряжения un. График 29 показывает линейное падение коэффициента усиления Кn фотоприемного устройства с ростом напряжения un. Увеличение напряжения un связано с увеличением светового потока. Таким образом, увеличение сигналов фотодиода, вызванное возрастанием светового потока, компенсируется уменьшением усиления Кn фотоприемного устройства за счет действия системы АРУ. Сигналы с выхода усилителя 23 поступают на вход усилителя с переключаемым коэффициентом передачи 24. На второй вход усилителя 24 поступает напряжение управления коэффициентом передачи, которое уменьшает или увеличивает коэффициент передачи усилителя 24 при увеличении или уменьшении соответственно уровней оптических сигналов в динамическом диапазоне 26 дБ. Фильтр 25 формирует полосу пропускания фотоприемного устройства. Оконечный усилитель 26 обеспечивает необходимую мощность сигналов фотодиода на выходе фотоприемного устройства. Напряжения с выхода усилителя постоянного тока 22 поступают на компаратор 27, с выхода которого напряжения управления поступают на электронную плату управления шторкой 7. При попадании прямого солнечного света в зону блокировки автоматически срабатывает шторка 10, ослабляя световой поток. Возвращение шторки 10 в исходное состояние происходит автоматически.Graph 28 shows a linear increase in voltage u c from increasing voltage u n . Graph 29 shows a linear decrease in the gain K n of the photodetector with increasing voltage u n . The increase in voltage u n is associated with an increase in luminous flux. Thus, an increase in the photodiode signals caused by an increase in the light flux is compensated by a decrease in the gain K n of the photodetector due to the action of the AGC system. The signals from the output of the amplifier 23 are fed to the input of the amplifier with a switchable transmission coefficient 24. The second input of the amplifier 24 receives the control voltage of the transmission coefficient, which decreases or increases the transmission coefficient of the amplifier 24 when the levels of optical signals increase or decrease in the dynamic range of 26 dB. The filter 25 forms the passband of the photodetector. The terminal amplifier 26 provides the necessary power of the photodiode signals at the output of the photodetector. The voltage from the output of the DC amplifier 22 is supplied to a comparator 27, from the output of which the control voltage is supplied to the electronic control board for the shutter 7. When direct sunlight enters the blocking zone, the shutter 10 automatically activates, weakening the light flux. The return of the curtain 10 to its initial state occurs automatically.

Кроме регистрации сигналов от оптических объектов, заявляемое фотоприемное устройство позволяет дополнительно исследовать их форму, определять тип и характерные признаки оптических объектов и их фрагментов. Эти свойства фотоприемного устройства получены впервые, они позволяют подробно изучать и анализировать оптические объекты.In addition to registering signals from optical objects, the claimed photodetector allows you to further examine their shape, determine the type and characteristic features of optical objects and their fragments. These properties of the photodetector were obtained for the first time; they allow us to study and analyze optical objects in detail.

Технические решения, положенные в основу построения фотоприемного устройства для осуществления заявляемого способа, выполнены на современном уровне развития электроники с использованием отечественной элементной базы. Заявляемое устройство входит в состав и модификации системы измерителя начальной скорости ФЭБ 2И45 Нижегородского научно-исследовательского приборостроительного института.Technical solutions underlying the construction of a photodetector for the implementation of the proposed method, made at the current level of development of electronics using domestic element base. The inventive device is part of and modifications to the system of the initial speed meter FEB 2I45 of the Nizhny Novgorod Research Institute of Instrument Engineering.

Библиографические данныеBibliographic data

1. Герман Шрайбер «Инфракрасные лучи в электронике», Москва, 2001, с.94.1. Hermann Schreiber "Infrared rays in electronics", Moscow, 2001, p. 94.

2. Реклама НТИИМ СКБ измерительной аппаратуры, Фотоэлектронные измерители скорости, 622015, г.Нижний Тагил, ул.Гагарина, 29.2. Advertising NTIIM SKB measuring equipment, Photoelectric speed meters, 622015, Nizhny Tagil, Gagarin St., 29.

Claims (2)

1. Пассивный способ обнаружения оптических объектов, включающий использование фотоприемного устройства на основе фотодиода с линейной световой характеристикой, электронно-вычислительную машину с индикатором, отличающийся тем, что перед обнаружением оптического объекта определяют размеры и положение диаграмм направленности фотоприемного устройства и заносят в память ЭВМ, задают зону оптической блокировки размерами и положением диаграмм направленности только фотоприемного устройства, используют фотоприемное устройство пассивного действия без осветителя, используют динамический диапазон световых потоков, попадающих в зону блокировки, 60 дБ, используют динамический диапазон оптических сигналов 26 дБ, регистрируют оптический объект по положению временных характеристик сигнала фотодиода, определяют по расположению временных характеристик сигнала фотодиода в отрицательной или положительной областях значений сигнала характерный признак объекта, соответственно пассивный или активный.1. A passive method for detecting optical objects, including the use of a photodetector based on a photo diode with a linear light characteristic, an electronic computer with an indicator, characterized in that before detecting an optical object, determine the size and position of the radiation patterns of the photodetector and enter into computer memory, set the optical blocking zone with the dimensions and position of radiation patterns of only the photodetector, use a passive photodetector actions without a illuminator, use the dynamic range of light fluxes falling into the blocking zone, 60 dB, use the dynamic range of optical signals 26 dB, register the optical object by the position of the temporal characteristics of the photodiode signal, determine the location of the temporal characteristics of the photodiode signal in the negative or positive ranges of signal values characteristic feature of the object, respectively passive or active. 2. Фотоприемное устройство для обнаружения оптических объектов, содержащее оптический блок, включающий сферическую линзу и диафрагму, фотодиод, электронную плату, включающую преобразователь для преобразования тока с фотодиода в напряжение, усилитель и компаратор, отличающееся тем, что оно содержит основание, с которым совмещено входное окно и на котором размещены оптический блок, плата управления шторкой со схемой управления шторкой, предназначенной для ослабления светового потока, электронная плата, разъем подключения для соединения с ЭВМ и индикатором, а также усилитель постоянного тока и схема сопряжения уровней, на которые поступают постоянные составляющие напряжения с выхода преобразователя, а напряжения с выхода усилителя постоянного тока поступают на компаратор, с выхода которого сигналы поступают на плату управления шторкой со схемой управления шторкой, усилители с линейным изменением коэффициента передачи, на которые через элемент разделения сигналов поступают переменные составляющие напряжения с преобразователя, на другой вход которых поступают напряжения с выхода схемы сопряжения уровней и с выхода которых сигналы поступают на вход усилителя с переключаемым коэффициентом передачи, фильтр для формирования полосы пропускания и оконечный усилитель.2. A photodetector for detecting optical objects, comprising an optical unit including a spherical lens and an aperture, a photodiode, an electronic board including a converter for converting current from a photodiode to voltage, an amplifier and a comparator, characterized in that it contains a base with which the input a window and on which an optical unit is placed, a curtain control board with a curtain control circuit designed to attenuate the light flux, an electronic board, a connection connector for connecting with a computer and an indicator, as well as a DC amplifier and a circuit for interfacing the levels to which the constant components of the voltage are supplied from the output of the converter, and the voltage from the output of the DC amplifier is supplied to a comparator, from the output of which the signals are sent to the curtain control board with the curtain control circuit, amplifiers with a linear change in the transfer coefficient, to which through the signal separation element the alternating voltage components from the converter are supplied, to the other input of which the voltage Nia output from the conjugation circuit and the output levels of the signals which are input to an amplifier with selectable gain, filter bandwidth and formation of the final amplifier.
RU2003121008/28A 2003-07-08 2003-07-08 Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method RU2265227C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003121008/28A RU2265227C2 (en) 2003-07-08 2003-07-08 Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003121008/28A RU2265227C2 (en) 2003-07-08 2003-07-08 Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003121008A RU2003121008A (en) 2005-01-10
RU2265227C2 true RU2265227C2 (en) 2005-11-27

Family

ID=34881591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003121008/28A RU2265227C2 (en) 2003-07-08 2003-07-08 Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2265227C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528808C1 (en) * 2013-02-05 2014-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" Optical fuse for body of revolution

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ШРАЙБЕР Г. Инфракрасные лучи в электронике. - М.: ДМК Пресс, 2001, с.94-109, 121-129. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2528808C1 (en) * 2013-02-05 2014-09-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" Optical fuse for body of revolution

Also Published As

Publication number Publication date
RU2003121008A (en) 2005-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kurtti et al. A wide dynamic range CMOS laser radar receiver with a time-domain walk error compensation scheme
CN106463565B (en) Laser radar scanner is calibrated
US7212278B2 (en) Method and device for recording a three-dimensional distance-measuring image
US7148458B2 (en) Circuit for estimating position and orientation of a mobile object
US8493573B2 (en) High-resolution optical position sensing with sparse, low-resolution detectors
KR20030040490A (en) System and method for signal acquisition in a distance meter
CN104236464A (en) Laser vibration displacement sensor and measuring method thereof
CN111609918A (en) Optical fiber distributed vibration sensing system based on envelope detection circuit
CN101270978A (en) Ranging system, ranging method, electronic device system and remote controller
US20180128904A1 (en) Lidar scanner with optical amplification
US11754717B2 (en) Distance measurement device having external light illuminance measurement function and external light illuminance measurement method
Kurtti et al. Laser radar receiver channel with timing detector based on front end unipolar-to-bipolar pulse shaping
CN102338664A (en) Real-time background deduction method for target radiometry
RU2265227C2 (en) Passive method for detecting optical objects and photo-detector for realization of said method
UST102104I4 (en) Scanning optical system adapted for linewidth measurement in semiconductor devices
CN204085453U (en) A kind of laser vibrometer, displacement transducer
TWI666422B (en) A displacement sensor device and object displacement measurement method
Ngadiman et al. Sensor Technology for Night Sky Brightness Measurements in Malaysia
Lee et al. Advanced compact 3D lidar using a high speed fiber coupled pulsed laser diode and a high accuracy timing discrimination readout circuit
RU2269796C1 (en) Method for determining energetic threshold sensitivity of multi-channel scanning heat direction-finder and test object for realization of method
CN103712961A (en) Auto-balance photoelectric detection device for photothermal detection and detection method thereof
JP2920680B2 (en) Active ranging device
CN203643337U (en) Auto-balanced photoelectric detection device for photo-thermal detection
CN107576482B (en) Optical parameter measuring device and measuring method thereof
JP5429897B2 (en) Light spot position detector

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090709

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20101120

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150709