RU2688904C1 - Optical signal receiver - Google Patents

Optical signal receiver Download PDF

Info

Publication number
RU2688904C1
RU2688904C1 RU2018134217A RU2018134217A RU2688904C1 RU 2688904 C1 RU2688904 C1 RU 2688904C1 RU 2018134217 A RU2018134217 A RU 2018134217A RU 2018134217 A RU2018134217 A RU 2018134217A RU 2688904 C1 RU2688904 C1 RU 2688904C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shutter
receiver
photosensitive element
spring
optical
Prior art date
Application number
RU2018134217A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Михаил Михайлович Землянов
Евгений Викторович Кузнецов
Алексей Владимирович Мамин
Александр Ефремович Сафутин
Галина Владимировна Турикова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
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 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2018134217A priority Critical patent/RU2688904C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2688904C1 publication Critical patent/RU2688904C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0418Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using attenuators
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G02B26/023Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light comprising movable attenuating elements, e.g. neutral density filters
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0232Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02325Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements not being integrated nor being directly associated with the device

Abstract

FIELD: optics.SUBSTANCE: invention relates to reception of optical radiation and to a receiver of optical signals. Receiver includes a photosensitive element, a signal processing circuit and an optical gate mounted in front of the photosensitive element. Optical gate is made in the form of a shutter with two working positions. Device incorporates a shutter drive incorporating a flat spring closed in the form of a ring with diametrically opposite sides tightened by tensioning with a force determined by the specified speed of the shutter drive. Shutter is connected to the spring by means of a transfer link so that when changing the stretching length the shutter moves to the specified distance between the initial and working positions. Stretching is a current-conducting thread, to ends of which there is an external source of control electric signal, at supply of which tension is heated, and its length increases due to temperature expansion.EFFECT: providing operability of the device under active and passive laser countermeasures with minimum dimensions and maximum sensitivity at low level of signals.5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и других светолокационных устройств.The invention relates to the technique of receiving pulsed optical radiation, mainly to receivers of pulsed laser range finders and other light-emitting devices.

Известны приемники оптических сигналов [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 τ относительно момента излучения лазерного зондирующего импульса. По этой задержке судят о дальности R до отражающего объекта по формуле R=сτ/2, где с - скорость света. Подобным образом построены приемники оптических сигналов [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.Known receivers of optical signals [1] for systems of pulsed laser location, designed to convert into electrical signals reflected by remote objects of the probe pulses of laser radiation and the timing of electrical pulses to determine their delay τ relative to the moment of radiation of the laser probe pulse. This delay is used to judge the distance R to a reflecting object using the formula R = сτ / 2, where c is the speed of light. Optical signals receivers [2-3] are constructed in a similar way, containing a photosensitive element and a signal processing circuit. These devices have a limited dynamic range that prevents the use of such receivers in range meters and other equipment with increased accuracy requirements. There are a number of technical solutions aimed at expanding the dynamic range and improving the accuracy of temporal fixation of received signals [4-5]. However, these solutions do not ensure the performance of the receiver if the energy of the input radiation exceeds the level of radiation resistance of the photosensitive element.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемник оптических 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 линии 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 высокоэнергетических входных сигналов.The closest in technical essence of the present invention is an optical signal receiver containing a photosensitive element, a signal processing circuit, a beam splitter, a photosensor, a delay device and an optical shutter mounted in front of the photosensitive element [6]. In this receiver, the optical shutter does not open if the signal from the photo sensor exceeds the threshold value corresponding to the input radiation level exceeding the radiation resistance threshold of the photosensitive element. Otherwise, the shutter opens and the input radiation enters the photosensitive element. The delay time of the signal in the delay line must exceed the response time of the gate to the control pulse from the photo sensor. Thus, the device ensures functioning not only in the working dynamic range of the reflected signals, but also beyond its limits - in conditions of high-energy input signals.

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.The disadvantage of the receiver [6] is the radiation losses in the beam splitter, the delay device and the optical shutter, as well as the shutter speed limitations, which increase the signal delay in the delay device. This, in turn, leads to losses in the receiving path, distortion of the shape of the received signal, an increase in the dimensions of the device, especially due to the beam splitter, the delay device and the optical shutter.

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности приемника оптических сигналов для высокоэнергетических входных сигналов и наивысшей чувствительности для слабых входных сигналов при минимальных габаритах устройства и его максимальном быстродействии и надежности.The objective of the invention is to ensure the health of the receiver of optical signals for high-energy input signals and the highest sensitivity for weak input signals with minimum dimensions of the device and its maximum performance and reliability.

Эта задача решается за счет того, что в известном приемнике оптических сигналов, содержащем фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, оптический затвор выполнен в виде шторки с двумя рабочими положениями, а в состав устройства введен привод шторки, включающий плоскую пружину, замкнутую в виде кольца, диаметрально противоположные стороны которого стянуты растяжкой с усилием F, определяемым заданным быстродействием привода шторки, а шторка связана с пружиной с помощью передаточного звена таким образом, чтобы при изменении длины растяжки на величину Δс шторка перемещалась на заданное расстояние S между исходным и рабочим положениями, в исходном положении шторка перекрывает фоточувствительный элемент, а в рабочем положении находится вне его поля зрения, причем растяжка представляет собой токопроводящую нить, к концам которой подведен внешний источник управляющего электрического сигнала, при подаче которого температурное расширение растяжки от ее нагрева протекающим электрическим током составляет величину Δс.This problem is solved due to the fact that in a known optical signal receiver containing a photosensitive element, a signal processing circuit and an optical shutter installed in front of the photosensitive element, the optical shutter is designed as a shutter with two working positions, and a curtain drive is inserted into the device, including a flat spring, closed in the form of a ring, the diametrically opposite sides of which are stretched by a stretch with a force F defined by a given shutter speed and the shutter is connected to the springs using the transmission link so that when the length of the stretch changes by Δc, the shutter moves a predetermined distance S between the initial and working positions, in the initial position the shutter overlaps the photosensitive element, and in the working position is outside its field of view, and the stretch is conductive thread, to the ends of which an external source of the control electrical signal is connected, at the supply of which thermal expansion of the stretching from its heating by flowing electric current It leaves the value Δs.

Передаточное звено может представлять собой элемент жесткого крепления шторки к боковой стороне пружины перпендикулярно направлению растяжки, при этом противоположная от шторки сторона пружины прикреплена к корпусу приемника.The transmission link may be a fixed fastening element of the shutter to the side of the spring perpendicular to the direction of stretching, while the opposite side of the spring from the shutter is attached to the receiver body.

Передаточное звено может представлять собой качающееся коромысло, одно плечо которого длиной L1 связано с пружиной, а второе длиной L2 - со шторкой, при этом ход шторки

Figure 00000001
The transmission link can be a swinging arm, one shoulder of which length L 1 is connected with a spring, and the second one with length L 2 - with a shutter, while the stroke of the shutter
Figure 00000001

Плоская пружина может быть сформирована в виде овала, больший диаметр d1 которого сориентирован в направлении растяжки, а меньший d2 - в направлении хода шторки, которая прикреплена к пружине с одной из сторон диаметра d2.The flat spring can be formed in the form of an oval, a larger diameter d 1 of which is oriented in the direction of stretching, and a smaller d 2 in the direction of the curtain stroke, which is attached to the spring on one side of the diameter d 2 .

Шторка может быть выполнена полупрозрачной с коэффициентом пропускания τ, отвечающим условию

Figure 00000002
где Ефпу - энергетическая чувствительность приемника; Emin - минимальная энергия высокоэнергетического сигнала поступающего на фоточувствительный элемент; Emax - максимальная энергия высокоэнергетического сигнала; Епду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на фоточувствительный элемент.The shutter can be made translucent with a transmittance τ that meets the condition
Figure 00000002
where E fpu - energy sensitivity of the receiver; E min - the minimum energy of the high-energy signal entering the photosensitive element; E max - the maximum energy of the high-energy signal; E remote control - the maximum allowable energy level of the signal supplied to the photosensitive element.

На чертеже фиг. 1 представлена функциональная схема приемника оптических сигналов. На фиг. 2 показаны варианты привода с жестким креплением шторки к боковой поверхности пружины. На фиг. 3 изображен вариант привода шторки с передаточным звеном в виде качающегося коромысла.In FIG. 1 shows a functional diagram of an optical signal receiver. FIG. 2 shows the drive options with a rigid fastening of the shutter to the side surface of the spring. FIG. 3 shows a variant of the drive of the curtain with a transmission link in the form of a swinging arm.

Приемник оптических 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 шторка 6 с приводом в виде кольцеобразной пружины 7, стянутой растяжкой 8, подключенной к выходу формирователя импульса тока 9, включенного на выходе логического модуля 10, один из входов которого связан с выходом схемы обработки сигнала 2, а второй является его управляющим входом. Устройство размещено в герметичном корпусе 11, через оптическое окно которого принимаемое излучение поступает на фоточувствительный элемент 1. Привод шторки состоит из овальной пружины 7 и растяжки 8 в виде токопроводящей нити, на которую подается управляющий сигнал с формирователя 9. Одной из своих сторон пружина 7 и растяжка прикреплены к корпусу 11. Противоположная сторона пружины жестко, но без электрического контакта связана со вторым концом растяжки, подключенным к выходу формирователя импульса тока 9. В одном конструктивном варианте шторка 6 прикреплена к боковой поверхности пружины 7 на равном удалении от концов растяжки (фиг. 1, 2). В другом варианте (фиг. 3) пружина со стороны крепления свободного конца растяжки оперта на короткое плечо коромысла 12, а шторка 6 прикреплена ко второму плечу коромысла. Растяжка своим фиксированным концом крепится непосредственно к корпусу 11, а пружина 7 - через изолирующую прокладку 13.The receiver of optical signals (Fig. 1) consists of a photosensitive element 1 (for example, a photodiode) and a signal processing circuit 2, which includes a preamplifier 3, an amplifier 4 and a driver of the output signal 5, the output of which is the output of the device. In front of the photosensitive element there is a shutter 6 with a drive in the form of an annular spring 7, tightened by an extension 8 connected to the output of a current pulse shaper 9 connected at the output of the logic module 10, one of the inputs of which is connected to the output of the signal processing circuit 2, and the second is its control by the entrance. The device is placed in a sealed enclosure 11, through the optical window of which the received radiation enters the photosensitive element 1. The shutter drive consists of an oval spring 7 and an extension 8 in the form of a conductive thread, to which a control signal is sent from the former 9. One of its sides is spring 7 and the extension is attached to the housing 11. The opposite side of the spring is rigidly, but without electrical contact, is connected to the second end of the extension, connected to the output of the current pulse shaper 9. In one design variant Tork 6 is attached to the side surface of the spring 7 at equal distances from the ends of extensions (Figs. 1, 2). In another embodiment (Fig. 3), the spring on the side of fastening the free end of the stretch is supported on the short arm of the rocker arm 12, and the shutter 6 is attached to the second arm of the rocker arm. Stretching its fixed end is attached directly to the housing 11, and the spring 7 - through the insulating gasket 13.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В исходном состоянии полупрозрачная шторка 6 находится перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента 1, ослабляя поступающие на нее сигналы в 1/τ раз. При подаче на растяжку управляющего сигнала от формирователя 9 растяжка под действием протекающего через нее тока нагревается, и ее исходная длина с увеличивается на величину Δс = αсΔТ, где α - коэффициент температурного расширения, ΔT - приращение температуры. В результате под действием силы

Figure 00000003
, создаваемой плоской пружиной, шторка перемещается на расстояние Δs, открывая рабочую площадку фоточувствительного элемента. При отключении управляющего сигнала длина растяжки принимает первоначальное значение с, и шторка возвращается в исходное положение, закрывая рабочую площадку фоточувствительного элемента. Если шторка выполнена полупрозрачной, в ее исходном положении фотоприемное устройство может принимать высокоэнергетические сигналы, превышающие уровень номинальной чувствительности ФПУ в 1/τ раз и более без ущерба для фоточувствительного элемента.In the initial state, the translucent curtain 6 is located in front of the working platform of the photosensitive element 1, attenuating the signals arriving at it by 1 / τ times. When applying a control signal to the stretcher from the shaper 9, the stretch heats up under the action of the current flowing through it, and its initial length increases by Δc = αcΔT, where α is the coefficient of thermal expansion, ΔT is the temperature increment. As a result, by force
Figure 00000003
created by the flat spring, the shutter moves a distance Δs, opening the working platform of the photosensitive element. When the control signal is turned off, the stretch length takes the initial value with, and the shutter returns to its original position, closing the working platform of the photosensitive element. If the shutter is made translucent, in its initial position the photodetector can receive high-energy signals exceeding the level of the FPU nominal sensitivity by 1 / τ times or more without damage to the photosensitive element.

Для перекрытия шторкой рабочей площадки фоточувствительного элемента должно выполняться условие

Figure 00000004
где dшт - рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки; 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. В величину Δ входят как погрешности юстировки, так и температурный уход в диапазоне окружающих температур.To cover the working platform of the photosensitive element with a shutter, the following condition must be met
Figure 00000004
where d pcs - the working diameter of the translucent portion of the curtain; d FCE - diameter of the working area of the photosensitive element; a is the distance from the shutter to the surface of the photosensitive element; α is the angle of view of the photosensitive element; Δ is the error of fixing the lateral position of the shutter in the absence of a control signal at the input of the drive. The value of Δ includes both the alignment errors and the temperature drift in the ambient temperature range.

Коэффициент ослабления шторки τ определяется ожидаемым уровнем высокоэнергетической лазерной засветки от внешнего источника. Шторка может быть выполнена в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с полупрозрачным покрытием, нанесенным, например, путем металлизации. Толщина этого покрытия определяет величину τ при сохранении габаритно-присоединительных параметров. Если при закрытой полупрозрачной шторке на выходе схемы обработки 2 формируется сигнал, это свидетельствует о наличии на входе фоточувствительного элемента 3 высокоэнергетического сигнала. Тогда логический модуль 10 предотвращает прохождение управляющего сигнала на формирователь 9, и шторка остается в исходном состоянии.The shutter attenuation coefficient τ is determined by the expected level of high-energy laser illumination from an external source. The shutter can be made in the form of a transparent plane-parallel plate with a translucent coating applied, for example, by metallization. The thickness of this coating determines the value of τ while maintaining the overall-connecting parameters. If a signal is formed at the output of processing circuit 2 with the translucent shutter closed, this indicates the presence of a high-energy signal at the input of the photosensitive element 3. Then the logic module 10 prevents the passage of the control signal to the driver 9, and the shutter remains in its original state.

Для плоской кольцевой пружины, нагруженной сосредоточенным растягивающим усилием, справедлива формула [7].For a flat ring spring loaded by a concentrated tensile force, the formula [7] is valid.

Figure 00000005
Figure 00000005

гдеWhere

Δx - величина деформации (сжатие кольца) в направлении, перпендикулярном направлению растягивающего усилия, мм;Δx is the amount of deformation (compression of the ring) in the direction perpendicular to the direction of the tensile force, mm;

F - прилагаемая растяжкой нагрузка, Н;F - stretched load, N;

Figure 00000006
- средний радиус кольца, мм;
Figure 00000006
- average radius of the ring, mm;

d1 - внутренний диаметр кольца, мм;d 1 - internal diameter of the ring, mm;

d2 - наружный диаметр кольца, мм;d 2 - outer diameter of the ring, mm;

Е - модуль упругости материала кольца, Па;E is the modulus of elasticity of the ring material, Pa;

Figure 00000007
- момент инерции сечения кольца;
Figure 00000007
- moment of inertia of the ring section;

b - ширина кольца, мм;b - ring width, mm;

Figure 00000008
- толщина кольца, мм;
Figure 00000008
- ring thickness, mm;

Предел прочности нихрома при растяжении - σВ = 0,65-0,70 ГПа.The tensile strength of nichrome under tension is σ B = 0.65-0.70 GPa.

Пример 1.Example 1

Нихром Х20Н80 ГОСТ 8803-89 сплав твердый.Nichrome X20H80 GOST 8803-89 solid alloy.

Предел прочности 0,77 ГПа. Принятая удельная нагрузка σпред = 0,1 ГПа.The tensile strength of 0.77 GPA. Adopted specific load σ before = 0.1 GPA.

Проволока диаметр 0,1 мм, длина 30 мм. Площадь сечения Sнихр = 0,00785 мм2=7,85⋅10-9 м2. Рабочая нагрузка F = σпред⋅Sнихр = 0,1⋅7,85=0,8 Н.Wire diameter 0.1 mm, length 30 mm. The cross-sectional area S nichr = 0.00785 mm 2 = 7.85⋅10 -9 m 2 . The workload F = σ before ⋅S nichr = 0.1⋅7.85 = 0.8 N.

Кольцевая пружина - бериллиевая бронза БрБ2, лента. Е = 12000 МПа.Ring spring - beryllium bronze BrB2, tape. E = 12000 MPa.

d2 = 20,1 мм; d1 = 19,9 мм. r = 10 мм.

Figure 00000009
Ширина b = 2 мм.d 2 = 20.1 mm; d 1 = 19.9 mm. r = 10 mm.
Figure 00000009
Width b = 2 mm.

Figure 00000010
Figure 00000010

Согласно формуле (1) начальное поперечное сужение кольца под действием продольной силы FAccording to the formula (1), the initial transverse narrowing of the ring under the action of a longitudinal force F

Figure 00000011
Figure 00000011

При температурном расширении нихромовой нити кольцо стремится восстановить прежнюю форму с силой F. Тогда, если суммарная эквивалентная масса кольца и шторки равна m, ускорение шторки

Figure 00000012
(фиг. 2).With temperature expansion of the nichrome filament, the ring tends to restore the former shape with a force F. Then, if the total equivalent mass of the ring and the shutter is m, the acceleration of the shutter
Figure 00000012
(Fig. 2).

Пример 2.Example 2

Масса кольца в приведенных обозначениях mк = 2πr⋅bh⋅ρ, где ρ - плотность материала кольца. Плотность бронзы БрБ2 ГОСТ 1789-70 ρ=8,8 кг/дм3. При этих данных mк = 2πr⋅bh⋅ρ = 2π⋅0,1⋅0,02⋅0,001⋅8,8 = 1,1-10-4 кг. Эквивалентная ускоряемая масса с учетом шторки и оправы m ~ 2⋅10-4 кг. Поперечная сила

Figure 00000013
The mass of the ring in the above notation m к = 2πr⋅bh⋅ρ, where ρ is the density of the ring material. The density of bronze BrB2 GOST 1789-70 ρ = 8.8 kg / dm 3 . With these data, m to = 2πr⋅bh⋅ρ = 2π⋅0.1⋅0.02⋅0.001⋅8.8 = 1.1-10 -4 kg. Equivalent accelerated mass, taking into account the shutter and rim m ~ 2⋅10 -4 kg. Shear force
Figure 00000013

Ускорение шторки

Figure 00000014
The acceleration of the curtain
Figure 00000014

Перемещение шторки S = 0,3 мм.Moving the curtain S = 0.3 mm.

Время перемещения

Figure 00000015
Travel time
Figure 00000015

Примечание: шторка 2×2×0,2, стекло К8 ГОСТ 3514-76 с металлизацией.Note: curtain 2 × 2 × 0.2, K8 glass GOST 3514-76 with metallization.

Плотность ρ = 2,51 г/см3. Масса 0,2⋅0,2⋅0,02⋅2,51 = 2⋅10-2 г = 2⋅10-5 кг.Density ρ = 2.51 g / cm 3 . Mass 0.2⋅0.2⋅0.02⋅2.51 = 2⋅10 -2 g = 2⋅10 -5 kg.

Рабочая температура растяжки должна существенно превышать эксплуатационный температурный диапазон, чтобы температурные условия внешней среды не оказывали заметного влияния на положение шторки. С другой стороны, температура растяжки не должна быть слишком высокой, чтобы не подвергать растяжку пластическим деформациям при рабочей нагрузке.The working temperature of the stretch must significantly exceed the operating temperature range so that the ambient temperature conditions do not have a noticeable effect on the position of the shutter. On the other hand, the stretching temperature should not be too high so as not to subject the stretching to plastic deformations under working load.

Пример 3. Растяжка - нихромовая проволока длиной с = 20 мм. α = 18⋅10-6 1/град. Эксплуатационный температурный диапазон Тэксп = 0 ± ΔТэксп. ΔТэксп = 40°С.Example 3. Stretching - nichrome wire with length = 20 mm. α = 18⋅10 -6 1 / deg. Operating temperature range T exp = 0 ± ΔT exp . ΔT exp = 40 ° C.

Перемещение шторки S = 0,3 мм (см. Пример 2). Соответствующее необходимое удлинение растяжки Δс зависит от исполнения передаточного звена 12 и пружины 7. Принято Δс = S/2 = 0,15 мм.Moving the curtain S = 0.3 mm (see Example 2). The corresponding required extension of the stretch Δc depends on the design of the transmission link 12 and the spring 7. It is assumed that Δc = S / 2 = 0.15 mm.

Температурное приращение растяжкиTemperature increment stretching

ΔТ = Δс/αс = 0,15/(18⋅10-6⋅20) ~ 420° >> ΔТэксп.ΔТ = Δс / αс = 0.15 / (18⋅10 -6 ⋅20) ~ 420 ° >> ΔT exp .

Температура плавления сплава Х20Н80 - Tпл = 1200°С >> ΔТ.The melting point of the alloy X20H80 - T pl = 1200 ° C >> ΔT.

Энергия, необходимая для повышения температуры растяжки, ЕΔT = βmΔТ, где β - теплоемкость материала растяжки; m - масса прогреваемого объема.The energy required to increase the temperature of the stretch, E ΔT = βmΔТ, where β is the heat capacity of the stretch material; m is the mass of the heated volume.

Пример 4. Габариты токопроводящей растяжки

Figure 00000016
Объем VT ~ 2⋅10-4 см3.Example 4. Conductive Stretch Dimensions
Figure 00000016
Volume V T ~ 2⋅10 -4 cm 3 .

Плотность сплава Х20Н80 ρT = 7,94 г/см3; m = ρT VT=1,6⋅10-6 кг; теплоемкость нихрома β = 0,57 Дж/кгK.The density of the alloy X20H80 ρ T = 7.94 g / cm 3 ; m = ρ T V T = 1,6⋅10 -6 kg; the heat capacity of nichrome is β = 0.57 J / kgK.

ЕT = βmΔТ = 0,57⋅1,6⋅10-6⋅420 = 0,00038 Дж = 0,38 мДж.Е T = βmΔТ = 0.57⋅1.6⋅10 -6 ⋅420 = 0.00038 J = 0.38 mJ.

Сопротивление нихромовой проволоки

Figure 00000017
где ρR - удельное сопротивление;Nichrome wire resistance
Figure 00000017
where ρ R is the resistivity;

с - длина растяжки; d - диаметр проволоки.c is the length of the stretch; d - wire diameter.

Импульс тока энергией ЕT через растяжку может быть прямоугольным длительностью ts или экспоненциальным при разряде через растяжку накопительного конденсатора емкостью СT, заряженного до напряжения U0.The current pulse with energy E T through the stretching may be rectangular with duration t s or exponential during discharge through the stretching of the storage capacitor C T charged to the voltage U 0 .

Пример 5.Example 5

ρR = 1,01⋅10-6 Ом⋅м (нихром Н20Х80); с = 0,02 м; d = 0,1⋅10-3 м.ρ R = 1.01⋅10 -6 Om⋅m (Н20Х80 nichrome); c = 0.02 m; d = 0.1⋅10 -3 m.

RT = 2,6 Ом.R T = 2.6 Ohms.

Прямоугольный импульс. RT = 2,6 Ом; ts = 5⋅10-4 с; ЕT = 0,38 мДж. Энергия

Figure 00000018
откуда
Figure 00000019
Ток через растяжку
Figure 00000020
Rectangular impulse. R T = 2.6 Ohm; t s = 5⋅10 -4 s; E T = 0.38 mJ. Energy
Figure 00000018
from where
Figure 00000019
Stretching current
Figure 00000020

Экспоненциальный импульс. Постоянная времени разряда τC ~ ts /3 = 0,17 мс. Энергия

Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000024
Максимальный ток Imax = U0/RT = l,3 А.Exponential momentum. The discharge time constant is τ C ~ t s / 3 = 0.17 ms. Energy
Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000023
Figure 00000024
Maximum current I max = U 0 / R T = l, 3 A.

Описанное техническое решение обеспечивает безопасное применение фотоприемного устройства 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.The described technical solution ensures the safe use of a photo-receiver device as part of any equipment and in any operating conditions. At the same time, the dimensions and mass of the curtain with a drive, as well as the volume of the logic module, allow these nodes to be embedded into existing miniature receivers without changing their sizes. The placement of the protection elements of the receiver as part of its sealed enclosure ensures their reliability, durability and maximum service life.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает работоспособность фотоприемного устройства для высокоэнергетических входных сигналов и наивысшую чувствительность для слабых входных сигналов при минимальных габаритах устройства и его максимальном быстродействии и надежности.Thus, the proposed technical solution ensures the performance of the photodetector for high-energy input signals and the highest sensitivity for weak input signals with the minimum dimensions of the device and its maximum speed and reliability.

Источники информацииInformation sources

1. В.А. Волохатюк и др. "Вопросы оптической локации". - М.: Советское радио, М., 1971. - с. 213.1. V.A. Volokhatyuk and others. "Questions of optical location." - M .: Soviet Radio, Moscow, 1971. - p. 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. 593.2. V.G. Vilner et al. Analysis of the input circuit of a photodetector with an avalanche photodiode and noise-reduction correction. "Optical-mechanical industry". No. 9, 1981 - with. 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. 78-83.3. V.A. Afanasyev et al. Sensitivity threshold of a pulsed optical radiation receiver with high input impedance. Electronic equipment. Series 11. "Laser technology and optoelectronics." 1988, c. 3. - s. 78-83.

4. В.Г. Вильнер и др. Приемник импульсных оптических сигналов. Патент РФ №2506547.4. V.G. Vilner et al. Receiver of pulsed optical signals. The patent of the Russian Federation №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. 61-65.5. P.M. Borovkov et al. Peculiarities of circuit design of pulsed threshold FPU with a short sensitivity recovery time after exposure to an overload pulse. Applied Physics, No. 1, 2015 - p. 61-65.

6. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6,548,807 - прототип.6. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6,548,807 - prototype.

7. B.B. Данилевский Лабораторные работы по технологии машиностроения. М.: Высшая школа, 1971 г. - С. 85.7. B.B. Danilevsky Laboratory work on mechanical engineering technology. M .: Higher School, 1971 - p. 85.

Claims (5)

1. Приемник оптических сигналов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, отличающийся тем, что оптический затвор выполнен в виде шторки с двумя рабочими положениями, а в состав устройства введен привод шторки, включающий плоскую пружину, замкнутую в виде кольца, диаметрально противоположные стороны которого стянуты растяжкой с усилием F, определяемым заданным быстродействием привода шторки, а шторка связана с пружиной с помощью передаточного звена таким образом, чтобы при изменении длины растяжки на величину Δс шторка перемещалась на заданное расстояние S между исходным и рабочим положениями, в исходном положении шторка перекрывает фоточувствительный элемент, а в рабочем положении находится вне его поля зрения, причем растяжка представляет собой токопроводящую нить, к концам которой подведен внешний источник управляющего электрического сигнала, при подаче которого температурное расширение растяжки от ее нагрева протекающим электрическим током составляет величину Δс.1. Receiver of optical signals containing a photosensitive element, a signal processing circuit and an optical shutter installed in front of the photosensitive element, characterized in that the optical shutter is made in the form of a curtain with two working positions, and a curtain actuator including a flat spring closed is inserted into the device in the form of a ring, the diametrically opposite sides of which are stretched by a brace with a force F determined by the given speed of the drive of the shutter, and the curtain is connected to the spring by means of a transmission link so that when you change the length of the stretch by the value of Δc, the shutter moves a predetermined distance S between the initial and working positions, in the initial position the shutter overlaps the photosensitive element, and in the working position is outside its field of view, and the stretch is a conductive thread, the ends of which are supplied by an external source of the control electrical signal, at which the thermal expansion of the stretching from its heating by the flowing electric current is applied is Δc. 2. Приемник оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что передаточное звено представляет собой элемент жесткого крепления шторки к боковой стороне пружины перпендикулярно направлению растяжки, при этом противоположная от шторки сторона пружины прикреплена к корпусу приемника.2. Receiver of optical signals according to claim 1, characterized in that the transmission link is an element of rigid attachment of the shutter to the lateral side of the spring perpendicular to the direction of stretching, while the opposite side of the curtain of the spring is attached to the receiver body. 3. Приемник оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что передаточное звено представляет собой качающееся коромысло, одно плечо которого длиной L1 связано с пружиной, а второе длиной L2 - со шторкой, при этом ход шторки
Figure 00000025
3. The receiver of optical signals under item 1, characterized in that the transmission link is a swinging beam, one arm of which length L 1 is connected with the spring, and the second arm of length L 2 - with the shutter, while the shutter stroke
Figure 00000025
4. Приемник оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что плоская пружина сформирована в виде овала, больший диаметр d1 которого сориентирован в направлении растяжки, а меньший d2 - в направлении хода шторки, которая прикреплена к пружине с одной из сторон диаметра d2. 4. Receiver of optical signals according to claim 1, characterized in that the flat spring is formed in the form of an oval, the larger diameter d 1 of which is oriented in the direction of stretching, and the smaller d 2 - in the direction of the stroke of the curtain, which is attached to the spring on one of the diameter sides d 2. 5. Приемник оптических сигналов по п. 1, отличающийся тем, что шторка выполнена полупрозрачной с коэффициентом пропускания т, отвечающим условию
Figure 00000026
где Eфпу - энергетическая чувствительность приемника; Emin - минимальная энергия высокоэнергетического сигнала поступающего на фоточувствительный элемент; Emax - максимальная энергия высокоэнергетического сигнала; Епду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на фоточувствительный элемент.
5. The receiver of optical signals under item 1, characterized in that the shutter is made translucent with a transmittance t corresponding to the condition
Figure 00000026
where E fpu - energy sensitivity of the receiver; E min - the minimum energy of the high-energy signal entering the photosensitive element; E max - the maximum energy of the high-energy signal; E remote control - the maximum allowable energy level of the signal supplied to the photosensitive element.
RU2018134217A 2018-09-28 2018-09-28 Optical signal receiver RU2688904C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134217A RU2688904C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Optical signal receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134217A RU2688904C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Optical signal receiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688904C1 true RU2688904C1 (en) 2019-05-22

Family

ID=66636998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134217A RU2688904C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Optical signal receiver

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688904C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3444794A (en) * 1966-04-01 1969-05-20 Agfa Gevaert Ag Impeller shutter for photographic camera
RU2065582C1 (en) * 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" Device for testing quality of light beams
US6548807B2 (en) * 2000-12-21 2003-04-15 Zeiss Optronik Gmbh Radiation receiver with active optical protection system
WO2006091791A2 (en) * 2005-02-23 2006-08-31 Pixtronix, Inc. Methods and apparatus for actuating displays

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3444794A (en) * 1966-04-01 1969-05-20 Agfa Gevaert Ag Impeller shutter for photographic camera
RU2065582C1 (en) * 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" Device for testing quality of light beams
US6548807B2 (en) * 2000-12-21 2003-04-15 Zeiss Optronik Gmbh Radiation receiver with active optical protection system
WO2006091791A2 (en) * 2005-02-23 2006-08-31 Pixtronix, Inc. Methods and apparatus for actuating displays

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2681765C (en) Double quench circuit for an avalanche current device
US4859054A (en) Proximity fuze
US6548807B2 (en) Radiation receiver with active optical protection system
CN107003392B (en) Distance measuring equipment and the method for determining distance
JP6981747B2 (en) Systems and methods for protection against high radiant flux light based on flight time
US9983054B2 (en) Ultraviolet light sensing circuit and sensing system
US3862415A (en) Opto-electronic object detector using semiconductor light source
CA2933870C (en) System for transmitting and receiving electromagnetic radiation
RU2692830C1 (en) Laser pulse receiver
RU2688904C1 (en) Optical signal receiver
RU2686386C1 (en) Optical receiver
RU2686406C1 (en) Laser radiation receiver
RU2690718C1 (en) Optical radiation receiver
RU2688906C1 (en) Optical pulse receiver
RU2688907C1 (en) Photodetector
CN113748584A (en) Safety housing for wireless power supply
RU2694463C1 (en) Pulse photodetector
RU2688947C1 (en) Photodetector with gate
CN205181916U (en) Infusion check out test set
JPS63186107A (en) Method of measuring distance up to separating body and distance measuring device
DE60300710D1 (en) Antenna coupled bolometric detector having a switch and imaging system based on such detectors
JPS59131127A (en) Temperature variation detector
GB2267963A (en) Obscuration sensor
US4195244A (en) CdS Solid state phase insensitive ultrasonic transducer
JP6833449B2 (en) Measuring device and measuring method