RU2655006C1 - Приемник импульсных лазерных сигналов - Google Patents
Приемник импульсных лазерных сигналов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2655006C1 RU2655006C1 RU2017123347A RU2017123347A RU2655006C1 RU 2655006 C1 RU2655006 C1 RU 2655006C1 RU 2017123347 A RU2017123347 A RU 2017123347A RU 2017123347 A RU2017123347 A RU 2017123347A RU 2655006 C1 RU2655006 C1 RU 2655006C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- photosensitive element
- shutter
- curtain
- input
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
- G01C3/08—Use of electric radiation detectors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
- G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
- G01J1/44—Electric circuits
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре приема лазерного излучения. Приемник импульсных лазерных сигналов содержит фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала, выполненный в виде полупрозрачной шторки оптический затвор, привод шторки и логический модуль. Шторка механически связана с приводом и расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и за пределами апертурного угла рабочей площадки при его наличии. Вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника. Коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию где Eфпу - энергетическая чувствительность приемника; Eц - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Emax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Eпду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента. Рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода. Технический результат – уменьшение габаритов, повышение чувствительности приемника для слабых входных сигналов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и других светолокационных устройств.
Известны приемники импульсного оптического излучения [1] для систем импульсной лазерной локации, предназначенные для преобразования в электрические сигналы отраженных удаленными объектами зондирующих импульсов лазерного излучения и временной привязки электрических импульсов для определения их задержки tз относительно момента излучения лазерного зондирующего импульса. По этой задержке судят о дальности R до отражающего объекта по формуле R=сtз/2, где c - скорость света. Подобным образом построены приемники импульсного излучения [2-3], содержащие фоточувствительный элемент и схему обработки сигнала. Указанные устройства имеют ограниченный динамический диапазон, препятствующий применению таких приемников в измерителях дальности и другой аппаратуре с повышенными требованиями к точности. Существует ряд технических решений, имеющих целью расширение динамического диапазона и повышение точности временной фиксации принятых сигналов [4-5]. Однако эти решения не обеспечивают работоспособность приемника, если энергия входного излучения превышает уровень лучевой прочности фоточувствительного элемента.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемник импульсных лазерных сигналов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала, светоделитель, фотодатчик, устройство задержки и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом [6]. В данном приемнике оптический затвор не открывается, если сигнал с фотодатчика превышает пороговое значение, соответствующее уровню входного излучения, превышающего порог лучевой прочности фоточувствительного элемента. В противном случае затвор открывается, и входное излучение поступает на фоточувствительный элемент. Время задержки сигнала в устройстве задержки должно превышать время реакции затвора на управляющий импульс от фотодатчика. Таким образом, обеспечивается функционирование устройства не только в рабочем динамическом диапазоне отраженных сигналов, но и за его пределами - в условиях активного или пассивного противодействия.
Недостаток приемника [6] - потери излучения в светоделителе, устройстве задержки и оптическом затворе, а также ограничения по быстродействию затвора, вынуждающие увеличивать задержку сигнала в устройстве задержки. Это, в свою очередь, приводит к потерям в приемном тракте, искажению формы принимаемого сигнала, увеличению габаритов устройства, особенно за счет светоделителя, устройства задержки и оптического затвора.
Задачей изобретения является обеспечение работоспособности устройства в условиях активного и пассивного лазерного противодействия при минимальных габаритах и максимальной чувствительности приемника для слабых входных сигналов.
Эта задача решается за счет того, что в известном приемнике импульсных лазерных сигналов, содержащем фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, оптический затвор выполнен в виде полупрозрачной шторки, а в состав приемника введены привод шторки и логический модуль, причем шторка, механически связанная с приводом, расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и расположена за пределами апертурного угла рабочей площадки при наличии управляющего сигнала на входе привода, вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника, коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию где Eфпу - энергетическая чувствительность приемника импульсных оптических сигналов; Eц - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Emax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Eпду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента, при этом рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.
Шторка может быть выполнена в виде прозрачной пластины с нанесенным на ее поверхность полупрозрачным покрытием.
В состав приемника может быть введена отрицательная линза, установленная между оптическим окном и шторкой.
В состав приемника перед фоточувствительным элементом может быть введена положительная линза так, что один из ее фокусов расположен в плоскости фоточувствительного элемента, а второй совпадает с плоскостью, в которой установлена шторка.
На фиг. 1 представлена функциональная схема приемника импульсных лазерных сигналов. Фиг. 2 иллюстрирует варианты оптической схемы с отрицательной линзой (фиг. 2а) и с положительной линзой (фиг. 2б). На фиг. 3 показана конструкция приемника.
Приемник импульсных лазерных сигналов (фиг. 1) состоит из фоточувствительного элемента 1 (например, фотодиода) и схемы обработки сигнала 2, включающей предусилитель 3, усилитель 4 и формирователь выходного сигнала 5, выход которого является выходом устройства. Перед фоточувствительным элементом расположена полупрозрачная шторка 6 с приводом 7, управляемым с выхода логического модуля 8, один из входов которого связан с выходом приемника, а второй является управляющим входом устройства. Приемник размещен в герметичном корпусе 9 с оптическим окном 10, через которое принимаемое излучение поступает на рабочую площадку фоточувствительного элемента 1. На фиг. 2а) показан вариант приемника с отрицательной линзой 11, введенной между оптическим окном и шторкой 6. На фиг. 2б) представлен вариант с положительной линзой 12, введенной между шторкой 6 и фоточувствительным элементом 1. На фиг. 3 изображен общий вид платы 13 приемника с установленными на ней фоточувствительным элементом 1 и шторкой 6, укрепленной на якоре 14 электромагнита 15, совместно с якорем являющегося приводом 7 шторки.
Устройство работает следующим образом.
В исходном состоянии шторка 6 находится перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента 1, ослабляя поступающие на нее сигналы в 1/τ раз. При подаче управляющего сигнала на вход 1 логического модуля приемник включается в защищенный режим приема сигналов - при шторке в исходном положении. Если уровень принимаемого сигнала на выходе усилителя 4 превышает порог срабатывания формирователя 5, на его выходе формируется стандартный выходной импульс, подача которого на вход 2 логического модуля оставляет последний в исходном состоянии, и приемник остается в защищенном режиме. Если очередной принимаемый сигнал не превышает порога срабатывания формирователя 5, то на «Вход 2» логического модуля управляющий сигнал с выхода формирователя 5 не поступает и логический модуль 8 формирует управляющий сигнал, вызывающий срабатывание привода 7 шторки 6. Под действием привода шторка выводится из поля зрения фоточувствительного элемента 1. Тем самым приемник переводится в режим максимальной чувствительности и в этом режиме принимает поступающие на него оптические сигналы до тех пор, пока на входе 1 логического модуля присутствует управляющий сигнал. При отключении этого сигнала привод переводит шторку в исходное состояние и приемник снова переходит в защищенный режим.
Из обозначений на фиг. 1 видно, что для перекрытия шторкой рабочей площадки фоточувствительного элемента должно выполняться условие где dшт - рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки; dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.
Для уменьшения размеров шторки в состав приемника могут быть введены дополнительные оптические элементы - отрицательная линза, сужающая апертурный угол (фиг. 2а), или положительная линза (фиг. 2б). В последнем случае шторка располагается в плоскости промежуточного изображения, создаваемого внешним объективом, и ее размеры могут быть меньше размеров рабочей площадки фоточувствительного элемента при соответствующем выборе переднего и заднего фокальных отрезков линзы 12.
Коэффициент ослабления шторки τ определяется ожидаемым уровнем лазерной засветки от внешнего источника, представляющего опасность для фоточувствительного элемента в заданных условиях эксплуатации приемника импульсных оптических сигналов и в составе аппаратуры, для которой предназначен данный приемник. При этом конструкция полупрозрачной шторки остается унифицированной для всех применений при ее исполнении в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с полупрозрачным покрытием, нанесенным, например, путем металлизации.
Описанное техническое решение обеспечивает безопасное применение приемника оптических сигналов в составе любой аппаратуры и в любых условиях эксплуатации. При этом габариты и масса шторки с приводом, а также объем логического модуля позволяют встраивать эти узлы в существующие миниатюрные приемники без изменения их типоразмеров. Размещение элементов защиты приемника в составе его герметизированного корпуса обеспечивает их надежность, долговечность и максимальный ресурс работы.
В соответствии с предлагаемым изобретением был разработан макетный образец фотоприемного устройства, испытанный в составе лазерного дальномера.
Проведенные исследования подтвердили выполнение заданных технических требований - как в одиночном, так и в частотном режиме работы.
Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает работоспособность устройства в условиях активного и пассивного лазерного противодействия при минимальных габаритах и максимальной чувствительности приемника для слабых входных сигналов.
Источники информации
1. В.А. Волохатюк и др. "Вопросы оптической локации". - М.: Советское радио, М., 1971. - c. 213.
2. В.Г. Вильнер и др. Анализ входной цепи фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом и противошумовой коррекцией. «Оптико-механическая промышленность». №9, 1981 г. - С. 593.
3. В.А. Афанасьев и др. Порог чувствительности приемника импульсного оптического излучения с большим входным импедансом. Электронная техника. Серия 11. «Лазерная техника и оптоэлектроника». 1988, в. 3. - с. 78-83.
4. В.Г. Вильнер и др. Приемник импульсных оптических сигналов. Патент РФ №2506547.
5. П.М. Боровков и др. Особенности схемотехники импульсных пороговых ФПУ с малым временем восстановления чувствительности после воздействия импульса перегрузки. «Прикладная физика», №1, 2015 г. - с. 61-65.
6. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6548807 – прототип.
Claims (4)
1. Приемник импульсных лазерных сигналов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, отличающийся тем, что оптический затвор выполнен в виде полупрозрачной шторки, а в состав приемника введены привод шторки и логический модуль, причем шторка, механически связанная с приводом, расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и расположена за пределами апертурного угла рабочей площадки при наличии управляющего сигнала на входе привода, вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника, коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию , где Ефпу - энергетическая чувствительность приемника импульсных оптических сигналов; Ец - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Еmax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Епду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента, при этом рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением , где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; а - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.
2. Приемник импульсных лазерных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что шторка выполнена в виде прозрачной пластины с нанесенным на ее поверхность полупрозрачным покрытием.
3. Приемник импульсных лазерных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что в состав приемника введена отрицательная линза, установленная между оптическим окном и шторкой.
4. Приемник импульсных лазерных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что в состав приемника перед фоточувствительным элементом введена положительная линза так, что один из ее фокусов расположен в плоскости фоточувствительного элемента, а второй совпадает с плоскостью, в которой установлена шторка.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123347A RU2655006C1 (ru) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Приемник импульсных лазерных сигналов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123347A RU2655006C1 (ru) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Приемник импульсных лазерных сигналов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2655006C1 true RU2655006C1 (ru) | 2018-05-23 |
Family
ID=62202067
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017123347A RU2655006C1 (ru) | 2017-07-03 | 2017-07-03 | Приемник импульсных лазерных сигналов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2655006C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU192302U1 (ru) * | 2019-07-09 | 2019-09-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Импульсное приемное устройство |
RU2759262C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2021-11-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Приемное устройство лазерного дальномера |
RU2762977C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2021-12-24 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Приемник импульсных лазерных сигналов |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2065582C1 (ru) * | 1992-09-28 | 1996-08-20 | Научно-исследовательский институт физической оптики и оптики лазеров, информационных оптических систем - головной институт Всероссийского научного центра "ГОИ им.С.И.Вавилова" | Устройство для контроля качества световых пучков |
US6548807B2 (en) * | 2000-12-21 | 2003-04-15 | Zeiss Optronik Gmbh | Radiation receiver with active optical protection system |
RU63054U1 (ru) * | 2005-12-29 | 2007-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Лазерный дальномер |
US20080260366A1 (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-23 | Michael John Brosnan | Image stabilization with adaptive shutter control |
-
2017
- 2017-07-03 RU RU2017123347A patent/RU2655006C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2065582C1 (ru) * | 1992-09-28 | 1996-08-20 | Научно-исследовательский институт физической оптики и оптики лазеров, информационных оптических систем - головной институт Всероссийского научного центра "ГОИ им.С.И.Вавилова" | Устройство для контроля качества световых пучков |
US6548807B2 (en) * | 2000-12-21 | 2003-04-15 | Zeiss Optronik Gmbh | Radiation receiver with active optical protection system |
RU63054U1 (ru) * | 2005-12-29 | 2007-05-10 | Открытое Акционерное Общество "Пеленг" | Лазерный дальномер |
US20080260366A1 (en) * | 2007-04-19 | 2008-10-23 | Michael John Brosnan | Image stabilization with adaptive shutter control |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU192302U1 (ru) * | 2019-07-09 | 2019-09-12 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Импульсное приемное устройство |
RU2759262C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2021-11-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Приемное устройство лазерного дальномера |
RU2762977C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2021-12-24 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Приемник импульсных лазерных сигналов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2655006C1 (ru) | Приемник импульсных лазерных сигналов | |
CN108828616B (zh) | 可实现单脉冲测距的光子计数激光雷达及恒虚警控制方法 | |
RU2451905C2 (ru) | Оптическое устройство для измерения коротких расстояний | |
CN108387886A (zh) | 一种激光雷达背景暗噪声响应消除方法及装置 | |
WO2018057085A1 (en) | Adaptive transmission power control for a lidar | |
KR20200128435A (ko) | 잡음 적응형 솔리드-스테이트 lidar 시스템 | |
CN110927734A (zh) | 一种激光雷达系统及其抗干扰方法 | |
RU2655003C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
CN207601308U (zh) | 一种激光测距装置 | |
JP5936550B2 (ja) | レーザーの試験をすることに光学的なアイソレーターを使用するためのシステム及び方法 | |
US20210333370A1 (en) | Light emission method, device, and scanning system | |
CN110007312A (zh) | 激光雷达系统及其控制方法 | |
CN211505895U (zh) | 激光发射装置、峰值保持电路、测距装置和移动平台 | |
JP2021514463A (ja) | アバランシェフォトダイオード(apd)ブラインドを軽減するためのシステムおよび方法 | |
CN209356671U (zh) | 一种激光雷达背景暗噪声响应消除装置 | |
US7649617B2 (en) | Retro detector system | |
WO2020107250A1 (zh) | 一种激光接收电路及测距装置、移动平台 | |
RU2703921C1 (ru) | Способ скрытия оптико-электронных приборов от лазерных локационных средств | |
RU2343413C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
RU2653558C9 (ru) | Оптическое устройство для определения расстояний до объекта | |
Fink et al. | Full-waveform modeling for time-of-flight measurements based on arrival time of photons | |
Lee et al. | Advanced compact 3D lidar using a high speed fiber coupled pulsed laser diode and a high accuracy timing discrimination readout circuit | |
RU2688906C1 (ru) | Приемник оптических импульсов | |
RU2686386C1 (ru) | Оптический приемник | |
WO2020142921A1 (zh) | 一种光探测模组及测距装置 |