ЛИДАРНАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к области лазерной локации и может быть использована для экологического мониторинга атмосферы и определения ее физического и химического состава.
Известна система для определения положения, например, газового выброса, объекта использующая N импульсных источников излучения для увеличения диапазона дальности (см. авторское свидетельство СССР №1809406, МКИ G 01 S 17/00, 1993 г.). Система содержит N импульсных источников излучения, оптический коммутатор (обтюратор), телескоп, сопряженный со сканером и фотоприемное устройство. При этом оптический коммутатор (обтюратор) выполнен в виде трех вращающихся оптических пар.
Недостатком рассмотренной системы является ее сложность и недостаточные надежность и точность управления.
2
Известен также мобильный лидарный комплекс (МЛК) для дистанционного контроля состояния атмосферы (см. заявку на патент РФ №2000128238, с приоритетом от 13.11.2000 г. - прототип). В состав указанного МЛК входит лидарная система содержащая: два идентичных лидара (канала) когерентного детектирования; каждый канал содержит по три лазера: гетеродинный, инжекционный и TEA CО; обтюратор, обеспечивающий поочередную работу лазеров; а также в лидарную систему входят: телескоп, двух координатный зеркальный сканер, оптическая система, гетеродинное фотоприемное устройство, система синхронизации, блок сопряжения, включающий блок управления электромеханическими приводами (ЭМП) и блок сбора информации от датчиков, и компьютерный вычислительно-управляющий комплекс. Однако работа системы недостаточно синхронизирована.
Задача - повышение синхронизации лидарной системы.
2
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что лидарную систему содержащую два идентичных лидара, каждый из которых включает: гетеродинный, инжекционный и TEA CO лазеры; обтюратор; телескоп; двухкоординатный зеркальный сканер; оптическую систему; гетеродинное фотоприемное устройство; систему синхронизации; блок сопряжения, состоящий из блока управления электромеханическими приводами (ЭМП) и блока сбора информации от датчиков; и компьютерный вычислительно - управляющий комплекс предлагается снабдить устройством управления обтюратором, содержащим позиционный датчик положения, кинематически соединить его с валом
0
1
двигателя обтюратора. А также устройство управления обтюратором содержит три однополярных усилителя мощности и шеститактный распределитель импульсов, выходы усилителей мощности соединены с обмотками двигателя, вход шеститактного распределителя импульсов соединен с системой синхронизации. В корпусе позиционного датчика положения предлагается разместить: диск с отверстиями: «синхро» - для запусков лазеров, «кодовая дорожка 2» и «кодовая дорожка 2» - для идентификации лазеров, и «бобовидные» отверстия для согласования нулей датчика и обтюратора; и три оптопары, которые соединить посредством усилителя с блоком сбора информации от датчиков и установить с возможностью оптического взаимодействия посредством кодовых отверстий; диск обтюратора выполнить двухлопастным и двусторонне зеркальным, а двигатель выполнить трехфазным шаговым и реверсивным.
На рис.1 представлена блок-схема лидарной системы с устройством управления обтюратором.
На рис.2 - структурная оптическая схема лидарной системы.
На рис.3 - диск позиционного датчика положения.
2
2
На рис.4 - диаграмма работы каналов лидарной системы в зависимости от положения диска обтюратора с обозначением на нем проекцией апертур лазеров TEA CО и CO (гетеродин).
2
2
0
1
Лидарная система (рис.1) содержит два идентичных лидара (два канала). Каждый из которых состоит из гетеродинного CО лазера 1, инжекционного лазера 2 и TEA CO лазера 3. Обтюратор 4 служит для переключения каналов. Лидары имеют общую систему наведения 5 состоящую из: телескопа 6, двухкоординатного зеркального сканера 7 и электромеханических приводов 8. Лидарная система содержит оптические системы 9 (на блок - схеме не показаны), гетеродинное фото приемное устройство 10, систему синхронизации 11, блок 12 сопряжения, состоящий из: блока 13 сбора информации от датчиков и блока 14 управления электромеханическими приводами (ЭМП), и компьютерного вычислительно-управляющего комплекса 15 (ВУК). Обтюратор 4 имеет устройство управления содержащее позиционный датчик 16 положения, кинематически соединенный с валом двигателя 17 обтюратора 4, а электрически, посредством усилителя 18, с блоком 13 сбора информации от датчиков. Устройство управления содержит также три усилителя 19 мощности, выходами соединенные с обмотками двигателя 17 обтюратора 4. Входы усилителей 19 мощности соединены с выходом шеститактного распределителя 20 импульсов, входом соединенным с системой 11 синхронизации. Позиционный датчик 16 положения выполнен в виде моноблока с блочным соединителем. Вал датчика 16 выходит за внешнюю поверхность. В корпусе моноблока датчика (рис. 3) размещен диск 21 с тремя видами кодовых отверстий: «синхро», «кодовые дорожки 2 и 2». С
0
1
помощью отверстий «синхро» формируются сигналы для запуска лазеров. Кодовые дорожки «2» и «2» формируют сигналы для идентификации лазера, «бобовидные» отверстия обеспечивают согласование нулей датчика 16 и обтюратора 4. А также в корпусе размещены три оптопары 22 (излучатель, например, светодиод и фотоприемник, например, фототранзистор). Диск обтюратора 4 выполнен двухлопастным и двухсторонне зеркальным. Двигатель 17 обтюратора 4 выполнен 3-х фазным шаговым, реверсивным, обеспечивающим вращение вала обтюратора 4 с постоянной угловой скоростью.
Лидарная система работает следующим образом Управление системой осуществляется оператором с помощью компьютерного вычислительно-управляющего комплекса, использующего специальные программы, позволяющие решить поставленные задачи, например, экологический мониторинг состояния атмосферы над промышленным центром в радиусе до 15 км.
Двухканальная лидарная система является длинноволновой, инфракрасного излучения. Каналы работают по очереди на общие телескоп 6 и сканер 7. Для повышения синхронизации системы используется устройство управления обтюратором 4. Управление осуществляется считыванием кода текущего положения и определения направления для перевода на требуемую позицию. Позицию датчика положения 16 определяет совпадение кодовых отверстий «синхро» и отверстие сигнала «готов» со зрачками оптопар 22. Сигнал «готов» формируется лучами света от излучателей оптопар 22, проходя сквозь отверстие и кодовую дорожку, и далее через усилитель 18 выдается в блок 13 сбора информации от датчиков, а затем поступает с ВУК 15 через блок синхронизации 11, шеститактный распределитель 20 импульсов, усилитель мощности 19, двигатель 17 датчик положения 16 обеспечивает выдачу двухразрядного кода положения вала обтюратора 4. Содержание кодов положения следующее:
0
Разряд 2 - зеркало обтюратора введено («Зеркало»);
1
Разряд 2 - зеркало обтюратора выведено («Дырка»). Для достижения требуемой позиции осуществляется последовательная выдача шагов со знаком до совпадения выданных шагов с тарировочным количеством. Коды положения обтюратора 4 (тарировочные) должны быть введены в управление системой. Реверсивный перевод обтюратора из текущей позиции в заданную осуществляется за время не более 1 сек с помощью шагового двигателя (ДБМ 40-0,025) разомкнутого типа, датчика положения и ВУК 15.
В положении обтюратора 4 «Зеркало» первый канал находится в фазе «Настройка» (рис. 4), второй канал - в фазе «Работа». При переходе обтюратора в положение «Дырка», первый канал переходит в фазу «Работа», второй - в фазу «Настройка». Фаза «Настройка» длится не более
2
50 мс, что соответствует повороту обтюратора на четверть оборота. Во время фазы «Работа» срабатывает TEA СО лазер, и его импульсное излучение через оптическую систему, телескоп 6 и сканер 7 передается в атмосферу. Прием рассеянного на аэрозолях сигнала осуществляется гетеродинным фото приемным устройством 10, сигнал обрабатывается и исследуется для принятия решения об экологической ситуации в атмосфере.
Введение в лидарную систему устройства управления обтюратором позволяет повысить синхронность работы системы, а также оптимизировать функциональное взаимодействие всех частей системы.