SE504497C2 - Aktivt optiskt zonrör - Google Patents

Description

504 497 Lösuructn Föreliggande uppfinning har som ändamål att lösa bl.a. detta problem. Det som därvid huvudsakligen kan anses vara kännetecknande för det nya zonröret är bl.a. att detektorns utgångar är anslutna till första organ som avger en av fläckens läge på ytan beroende första signal, vars absolutvärde är större vid fläckens läge på en eller flera första delar, företrädesvis ytterdelarna, av ytan än vid fläckens läge på en andra del, företrädesvis mittendelen, av ytan_ Uppfinningen kännetecknas även av ett såsom armering fungerande andra organ som jämför den första signalen med en förutbestämd referens (fast) och avger en armeringssignal då två eller flera första signaler, t.ex. i form av pulser, överstigande referensen uppträder. I det fall utrustningen arbetar med icke pulserande strålning skall den första signalen alternativt överstiga referens- en under en förutbestämd varaktighet. Ytterligare kännetecken är att tredje organ bildar en första referenssignal som utgör del av den första signalen och att såsom utlösningskrets fungerande fjärde organ avger utlösningssignal vid föreliggande armeringssignal och då nämda första organ efter armeringssigna- lens initiering avger en första signal som understiger nämnda första referens- signal och överstiger en av signalbruset bestämd andra referenssignal.

I vidareutvecklingar av uppfinningstanken utgöres detektorn av en sådan typ där detektorns yta är bildad av ett enda element. I detta fall innefattar det första organet förstärkar- och adderings- och subtraheringsorgan för förstärk- _ning och vidarebefordran av signalskillnaden på detektorns utgångar till i det första organet likaledes ingående filter och analog- till- digitalomvandlings- organ. I detta fall innefattar det första organet ett till sistnämnda delorgan anslutet divideringsorgan som avger den första signalen, vilken därvid är ett mått på avstånd mellan zonröret (ammunitionsenheten) och målet.

I en andra utföringsform utnyttjas en detektor, vars yta är bildad av två element. Utgångarna på detektorn är i detta fall anslutna till en i det första organet ingående differentialförstärkare för förstärkning av skillnaden mellan detektorns utgångssignaler. Även i detta fall ingår i det första organet filt- er- och analog- till- digitalomvandlingsorgan som avger den första signalen såsom mått på avstånd till målet.

Sändaren och mottagaren är företrädesvis av det slag som arbetar med pulsad strålning medförande att den första signalen uppträder i pulsform. I detta 3 504 497 fall innefattar det andra organet en komparator som jämför den första signal- en/pulserna med nämnda fasta referens. I en föredragen utföringsform arbetar det andra organet med ett tvåpulsvillkor för avgivande av nämnda armeringssig- nal. Det tredje organet kan innefatta en toppvärdesdetektor som mottar den första signalen, t.ex. den största pulsen (amplituden) av nämnda två eller flera pulser, och bildar nämnda del av den första signalen.

Det fjärde organet innefattar företrädesvis en fönsterkomparator som avger signal då den första signalen antar ett värde mellan de första och andra refe- renssignalerna. Signalen från fönsterkomparatorn tillföres en i det fjärde organet ingående logikenhet som vid nämnda uppträdande signal från fönsterkom- paratorn och samtidigt föreliggande armeringssignal och klockpuls initierar utlösningssignalen. Sistnämnda signal kan erhållas frán en ELLER-grind, till vilken den utgående signalen från logikenheten är ansluten. ELLER-grinden kan uppvisa en ingång för automatisk utlösningsfunktion där den i ovan beskrivna signalbehandlingsutrustningen shuntas.

FÖRDELAR Genom i det ovanstående föreslagna erhålles ett effektivt arbetande zon- rör som är förhållandevis kostnadseffektivt jämfört med dagens lösningar.

Den föreslagna uppbyggnaden kan utföras med känd teknik och kända komponenter som finns på marknaden. Zonröret kan klara mycket stora accelerationer. Zon- röret klarar även förhållandevis svåra styr- och träfförhållanden. rIcURröRTscmING En för närvarande föreslagen utföringsform som uppvisar det för uppfinningen signifikativa kännetecknen skall beskrivas i nedanstående under samtidig hän- visning till bif. ritningar där figur l i principschemaform visar ett aktivt optiskt zonrör med läges- känslig detektor, figur 2 i principschemaform visar zonrörets sändare, figur 3 i principschemaform visar zonrörets mottagare, 504 497 “ figur 4 visar ett konstruktivt utföringsexempel av zonröret anordnat i en delvis visad ammunitionsenhet som arbetar med RSV-funktion, figurer 5-Sa i olika vyer visar ett första utförande av en i zonröret ingående detektor, figurer 6-6a i olika vyer visar ett andra utförande av detektorn. figur 7 i blockschemaform visar uppbyggnaden på zonrörets signalbehand- lingskrets, figur 8 i blockschemaform visar uppbyggnaden för första organ i signalbe- handlingskretsen, varvid de första organen är användbara för detektorn enligt figurerna 6, 6a, figur 9 visar ett andra utföringsexempel av det första organet, varvid detta är användbart på detektorn enligt figurerna 5, Sa, figur 10 i blockschemaform visar i signalbehandlingskretsen ingående andra och tredje organ, och figur ll i blockschemaform visar fjärde organ som ingår i sígnalbehand- lingskretsen.

Bästa UTFÖRINGSFORMEN Föreliggande uppfinning är användbar på en med riktad strålverkan arbetande ammunitionsenhet, robot, projektil, etc. Figurerna 1-3 visar principerna för ett aktivt optiskt zonrör som utnyttjar mätbasprincipen. En sändare l anordnad att med en smal lob belysa ett mål mot vilket nämnda enhet inflyter och som är visat i två olika positioner 2, 2'. Nämnda mål reflekterar en del av strål- ningen/ljuset till en mottagare 3. Mottagaren innefattar en detektor 4 och på dennas mottagningsyta ha avbildas målet eller en del av målet som belyses av strålningen såsom en lysande fläck. Detektorn är av sådant utförande att den ger information om var den lysande fläcken befinner sig på ytan ha. Genom att detektorn på så sätt är lägeskänslig kan man definiera ett läge på detektorn. vilket motsvarar ett visst avstånd mellan enheten och målet där utlösning av enhetens verkansdel eller motsvarnde ska ske. Strålloben från sändaren âr 5 504 497 angiven med 5, 5' och den reflekterade strålningen med 6, 6'. Resp. läge för fläcken på detektorytan har angivits 4a', 4a".

Sändaren 1 innefattar en gjuten asfärisk lins la framför en kantemitterande lysdiod lb. Sändaren åstadkommer en smal väldefinierad lob med vinklar om t.ex. 0,3 x 3°. Linsens brännvidd och diameter kan t.ex. vara ca 10 mm. Lys- dioden emitterar vid våglängden 870 nm. Den är i utföringsexemplet pulsad med 20 kHz och pulsförhållandet 50 Z. Toppeffekten från sändaren kan väljas så att den vid rumstemperatur är ca 40 mw. Nämnda vinklar är i figuren 2 represente- rade med Även mottagaren innefattar en lins 3a som är anordnad tillsammans med ett optiskt kantfilter 3b. Det senare absorberar ljus med våglängd kortare än sändarens. Linsen avbildar den av sändaren belysta målytan på en kiselfotode- tektor eller motsvarnde, se figuren 3. Detektorn kan i enlighet med nedanstå- ende ha olika utföringsformer. Detektorn har en liten aktiv yta, t.ex. 0,5 x 0,3 mm för att minimera brus på grund av solbelysning. Vinkeln på mottagnings- loben är angiven med .

Figuren 4 visar de främre delarna av en amunitionsenhet (projektil, robot, etc) 7 som kan utgöras av i och för sig känt slag. Sändaren och mottagaren kan vara framåtriktad och riktningarna är visade med strålloberna 5, 6. Sändaren och mottagaren bildar en separat enhet som kan trimmas och därefter monteras.

-Signalbehandlingskretsarna som beskrives i nedanstående är anordnade på ytmon- terade kort 8 som är tvärställda enhetens 7 längdaxel 7a. Lysdiod och fotode- tektor utgöres av hermetiskt kapslade komponenter.

Figurerna 5, Sa visar ett exempel på detektor 4' som innefattar två tätt in- till varandra anordnade element 4b, 4c. Fläcken, eller det belysta området, är angiven(-t) med 9. Detektorn är försedd med två utgångar 4d, 4e för elekt- riska signaler ll resp. 12 som alstras i beroende av fläckens läge på detek- torytorna 4b, 4c. Detektorn är även utförd med en matningsingång lo för energiförsörjning av detektorn.

Figurerna 6, 6a visar ett andra utföringsexempel av detektorn 4" där detek- torns ljuskänsliga element 4f består av en enda del. I figuren 6a har ett centrumavstånd mellan det ljus- eller strålningskänsliga området hf och fläck- 504 497 en 9' angivits med x. Områdets 4f totala längd har angivits med L. Följande matematiska förhållande föreligger 11-12 X Il 11 + 12 ' Sändar- och mottagarelektroniken är visad i figuren 7. Sândardelen indelas en oscillatorkrets 10 och ett effektsteg ll. Oscillatorn ger systemklockfrekvens CL och en låsklockfrekvens LF. Oscillatorfrekvensen bestäms på känt sätt med RC-länksteg. Effektsteget förstärker signalen CL och styr strömmen genom lys- dioden. Denna avger ett optiskt pulståg med pulsrepetitionfrekvensen 20 kHz och pulsförhållandet 50 Z.

Mottagarelektroniken innefattar en mottagarförstärkare 12, armeringsorgan 13, och en trigglogikenheten 14. Mottagarförstärkaren är olika i de ovan omnämmda detektoralternativen, medan armeringsorganen 13 och trigglogikenheten 14 är densamma i de båda fallen.

Figur 8 visar fallet med linjär detektor. Resp. utgång 11 och 12 är ansluten till en förstärkare 15 resp. 15'. Utgångarna på förstârkarna är anslutna till subtraherings- och adderingsorgan 16 resp. l6'. Dessutom ingår kretsar 17, 17' som innefattar bandpassfiltrering och analog- till digitalomvandling. Band- passfiltret är smalbandigt och centerfrekvensen avstäms mot klockfrekvensen .CL. I analog- till digitalomvandlingen samplas signalpulsernas topp och funk- tionen styrs på i och för sig känt sätt av låsklockssignalen LF. Utgångarna på delkretsarna 17, 17' är ansluten till en dividerare vars utsignal S/H utgör ett mått på avstånd till målet. Divideraren ger utsignalen: Mottagarförstärkarens uppbyggnad för den tvådelade_detektorn framgår av figur- en 9. I detta fall påföres signalerna från de två elementen 4b, 4c i en dif- ferentialförstärkare 18 som förstärker skillnaden mellan signalerna. Därefter bandpassfiltreras skillnadssignalen och samplas i kretsen 19 som påföres lås- klockssignalen LF. Avståndsmåttet kan i detta fall erhållas direkt från krets- en 19, vars utgående signal angivits med S/H'. 7 504 497 Armeringslogiken framgår av figuren 10. För denna utnyttjas insignaler Vref samt S/H resp. S/H' från förstärkarna enligt figurerna 8 resp. 9. Nämnda sig- naler påföres en komparator 20. Vref är en fast nivå som förutbestämes. Sig- nalen iK från komparatorn 20 påföres en första logikkrets 21 som är anordnad att avge utsignal i form av en armeringssignal iA om komparatorn givit två konsekutiva pulser iK. Detta innebär att mottagaren måste få två konsekutiva optiska pulser (jämför 6 i figuren 7) över nivån Vref för att ammu- nitionserheten (verkansdelen) skall armeras. I ett tredje organ 22, som kan utgöras av en toppvärdesdetektor låses signalen S/H resp. S/H'. Företrädesvis låses den största signalen (pulsen). En lämplig fraktion av den låsta signal- en/pulsen får bilda en utgångssignal Vreft från detektorn 22. Sistnämmda sig- nal utgöres av en referenssignal som bildar en nivå som skall underskridas för att zonröret därefter skall ge triggsignal eller utlösningssignal efter arme- ring. Då zonröret (ammunitionsenheten) närmar sig ett aktuellt mål komer signalen S/H resp. S/H' från divideraren l7" resp. kretsen 19 (figur 9) att först vara positiv och växande och sedan avta och bli negativ. Utlösningssig- nal skall idealiskt komma då signalen S/H resp. S/H' är noll. På grund av att zonröret är pulsat är det inte säkert att signalen kommer att anta värdet noll.

Dessutom kommer signalamplituden vid ett givet avstånd att variera mycket för olika målreflektanser och vinklar hos målets yta. Genom att tröskeln Vreft sätts då zonröret närmar sig målet kommer inverkan av olika målegenskaper att minska.

Trigglogikenheten framgår av figuren 11. Trigglogikenheten ger en utgångssig- nal ir då verkansdelen skall utlösas. Enheten innefattar en fönsterkomparator 23 och en andra logikdel 24 för kontroll av att triggvillkoren är uppfyllda.

Insignaler till fönsterkomparatorn är Vreft, S/H resp. S/H' - signalen och Vrefbrus som utgöres av en andra referenssignal. Fönsterkomparatorn ger en utgående signal iF då signalen S/H resp S/H' är lägre Vreft och större än nämnda andra referenssignal. Sistnämnda referenssignal är en fast nivå som bestäms av det brus som S/H signalen har. Den andra referenssignalen bestäms i utrustningen på automatisk väg på i och för sig känt sätt. Signalen iF från fönsterkomparatorn påföres logikdelen 24 som dessutom har armeringssignal iA och klocksignalen CL som insignaler. Endast om dessa tre signaler samtidigt är posítivaeller negativa initierar logikenheten 24 sin utsignal i . En ELLER- T krets 25 mottar nämda signal iT på en av sina ingångar, vilket medför att 504 497 8 utlösningssignalen i erhålles på kretsens 25 utgång. Kretsen 25 kan även U pàföras en signal i för autodestruktion. Den senare kan vara önskvärd om en D anslagssensor ger signal eller en viss tid har förlöpt utan att triggvillkoren uppfyllts (utlösningssignalen iu uppträder).

Lysdioden lb (jämför figuren 1) energiförsörjes med ett termiskt batteri pa t.ex. Sa, l8V med mittuttag. Batterispänningen kan stabiliseras till +-9V + SV.

Uppfinningen år inte begränsad till den i ovanstående såsom exempel visade utföringsformen utan kan underkastas modifikationer inom ramen för efterföl- jande patentkrav och uppfinningstanken.

Claims (8)

Patentkrav 5 Û 4 4 9 7

1. Aktivt optiskt zonrör som innefattar en sändare (1) anordnat att utsända en strålningslob (5), medelst vilken ett mål (2, 2') är belysningsbart, och en mottagare (3) som mottar av målet reflekterad strålning (6) och avbildar male; eller ett område på detta som en fläck (9, 9') på en yta (4a) tillhörande en detektor (4) som på sina utgångar (4d, 4e) avger elektriska signaler som varierar inbördes i beroende av fläckens läge på detektorytan, k ä n n e - t e c k n a t därav, att detektorns utgångar (11, 12) är anslutna till första organ (15-l7") som avger en av fläckens läge på ytan beroende första signal (S/H, S/H'), vars absolutvärde är större vid fläckens läge på en eller flera första delar, företrädesvis ytterdelarna, av ytan än vid fläckens läge på en andra del, företrädesvis mittendelen, av ytan, att såsom armering fungerande andra organ (20, 21) jämför den första signalen (S/H) med en förutbestämd referens (Vref) och avger en armeringssignal (iA) då två eller flera första signaler, t.ex. i form av pulser, överstigande referensen uppträder, alterna- tivt den första signalen överstiger referensen under en förutbestämd varaktig- het, att tredje organ (22) bildar en första referenssignal (V reft) medelst ett låst toppvärde i den första signalen, och att såsom utlösningskrets funge- rande fjärde organ (23, 24) initierar utlösningssignal (iu) vid föreliggande armeringssignal (iA) och då nämnda första organ efter armeringssignalens ini- tiering avger en första signal (S/H) som understiger nämnda första referens- signal (Vreft) och överstiger en av signalbruset bestämd andra referenssignal (vrefbrus)'

2. Zonrör enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att detektorns yta är bildad med ett enda element (4f) och att det första organet innefattar förstärkar- och adderings- och subtraheringsorgan (15-l6') för förstärkning och vidarebefordran av signalskillnaden på detektorns utgångar till i det första organet likaledes ingående filter och analog- till- digitalomvandlings- organ (17, l7'), och att det första organet även innefattar till sistnämnda organ anslutet divideringsorgan (l7") som avger den första signalen (S/H) som är ett mått på avstånd till målet.

3. Zonrör enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att detektorns yta är bildad av två element (kb, 4:), vars utgångar är anslutna till en i det första organet ingående differentialförstärkare (18) för förstärkning av /0 soáilflngdzn mellan detektorns utgångssignaler, och att det första organet även innefattar filter- och analog- till- digitalomvandlingsorgan (19) som avger den första signalen (S/H') som är ett mått på avstånd till målet.

4. A. Zonrör enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t där- av, att sändaren och mottagaren arbetar med pulsad strålning (S, 6) så att den första signalen (S/H, S/H') uppträder i pulsform, att det andra organet inne- fattar en komparator (20) som jämför den första signalen/pulserna med referen- sen (Vref), och att det andra organet arbetar med ett tväpulsvillkor för av- givande av armeringssignalen (iA).

5. Zonrör enligtpatentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att det tredje organet innefattar en toppvärdesdetektor (22) som mottar den första signalen, t.ex. den största pulsen av nämnda två eller flera pulser, och bildar nämnda del (V ) av den första signalen. reft

6. Zonrör enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t där- av, att det fjärde organet innefattar en fönsterkomparator (23) som avger signal (iF) då den första signalen (S/H, S/H') antar ett värde mellan de )O första och andra referenssignalerna (Vreft resp. Vrefbrus

7. Zonrör enligt patentkravet 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att det fjärde organet innefattar en logikenhet (24) som vid uppträdande signal (iF) från fönsterkomparatorn (23) och samtidigt föreliggande armeringssignal(íÄ) och klockpuls (CL) förorsakar utlösningssignalen (iu).

8. Zonrör enligt patentkravet 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att på logikenhetens utgång är ansluten en ELLER-grind (25), till vilken en utgående signal från logikkretsen (24) är anslutbar och att ELLER-grinden (25) uppvisar en ingång för automatisk utlösningsfunktion.