СПОСОБ И СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ДАЛЬНОМЕРА
LASER RANGER ACCURACY CONTROL METHOD AND SYSTEM

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и системам проверки точности измерения расстояний с помощью лазерных дальномеров.
Известен способ контроля точности лазерного дальномера путем сравнения значения расстояния до мишени, измеренного с помощью проверяемого дальномера с подлинным значением этого расстояния, и система контроля точности лазерного дальномера для осуществления этого способа, включающая, установленные на трассе соосно относительно друг друга мишень и проверяемый лазерный дальномер, оснащенный объективами выходного и приемного каналов (см. Патент США №8400619, МПК G01C 3/00, 2013 г.).
Данный способ и система для его обеспечения по технической сущности и достигаемому результату наиболее близки к предлагаемому изобретению, и поэтому приняты в качестве его прототипа.
Согласно способу-прототипу расстояние от объектива выходного канала проверяемого лазерного дальномера до мишени определяют методом прямого измерения. Прямые измерения - это такие измерения, при которых искомое значение физической величины определяется непосредственно путем сравнения с мерой этой величины. Согласно этому метрологическому определению прямым измерением длины является измерение ее рулеткой, линейкой, и/или иным средством, длина которого ими измерена и проградуирована. Точность измерения расстояний с помощью лазерного дальномера определяют, как отклонение численного значения расстояния, измеренного лазерным дальномером от численного значения этого расстояния, полученного путем прямого измерения.
Для осуществления этого способа используют систему контроля точности лазерного дальномера, позволяющую с помощью установочного механизма жестко закрепить проверяемый лазерный дальномер, так чтобы его объектив выходного канала был направлен на мишень, также жестко закрепленную на известном расстоянии от дальномера. Контроль параметров дальномера производят на специальной трассе, оснащенной мишенями.
Однако такая технология контроля требует постоянства параметров пропускания толщи атмосферы между дальномером и мишенью и обеспечения точных характеристик отражающей поверхности. Поэтому организация испытаний требует серьезных материальных затрат и много времени.
Задачей изобретения является создание способа и системы оперативного контроля точности линейных измерений, осуществляемых с использованием проверяемого лазерного дальномера.
Решением поставленной задачи являются способ контроля точности лазерного дальномера и система для его реализации.
Согласно изобретению способ контроля точности лазерного дальномера, путем сравнения значения расстояния до мишени, измеренного с помощью проверяемого дальномера с подлинным значением этого расстояния, заключается в том, что контроль точности производят в закрытом помещении с использованием компьютера и, установленных соосно оптической системы и проверяемого дальномера, подлинное значения расстояния от дальномера до мишени вычисляют и заносят в компьютер, как функцию от времени движения исходного импульса света от дальномера до мишени и обратно при длительности и мощности импульса, необходимой для преодоления этого расстояния с минимальным рассеиванием, расстояние, измеренное дальномером определяют, как функцию от времени движения до дальномера импульса света, сформированного оптической системой и излучаемого по команде компьютера с длительностью и мощностью исходного импульса света с задержкой равной расчетному времени движения исходного импульса света до мишени и обратно, а точность измерения расстояния проверяемым лазерным дальномером вычисляют на компьютере по разнице между заданной дальностью и измеренной.
Для осуществления этого способа предложена система контроля точности лазерного дальномера, содержащая, установленные на трассе соосно относительно друг друга мишень и проверяемый лазерный дальномер, оснащенный объективами выходного и приемного каналов, при этом в качестве трассы используют оптическую скамью, на которой установлены механизмы юстировки соосного положения, размещенных на ней дальномера и оптической системы, содержащей собранные в едином металлическом корпусе, лазерный излучатель для подачи вторичного импульса света на объектив приемного канала дальномера, через оптическую схему и ее выходной объектив, и оптико-электронный блок формирования вторичного импульса, включающий ослабитель исходного сигнала проверяемого дальномера, соединенный волоконно-оптическим жгутом с электронной схемой формирования вторичного импульса, который передается на электронный блок задержки вторичного импульса, а от него на лазерный излучатель и компьютер.
Таким образом, система контроля, размещенная на оптической скамье, моделирует подлинную трассу по которой движется исходный импульс от дальномера к мишени и обратно, задержку светового импульса от лазерного дальномера до мишени и обратно, и формирует ответные импульсы, которые исходили бы от подлинной мишени в сторону дальномера с теми же параметрами, что и исходные импульсы проверяемого дальномера.
На фиг. 1 представлена система контроля точности лазерного дальномера.
На фиг. 2 - схема юстировка оптической системы и дальномера.
Система контроля точности лазерного дальномера, для осуществления предложенного способа включает проверяемый лазерный дальномер 1 (фиг. 1), оснащенный объективами 2 и 3 выходного и приемного каналов, соответственно, при этом в качестве мишени используют отверстие приемного канала 4 (фиг. 2), внутри которого расположен объектив приемного канала. Система контроля содержит компьютер 5, оптическую скамью 6, на которой установлены механизмы 7 и 8 юстировки соосного положения, размещенных на ней дальномера и оптической системы 9, соответственно. Оптическая система содержит лазерный излучатель 10, для подачи вторичного импульса света на объектив приемного канала дальномера, через оптическую схему 11, выходной объектив 12 и оптико-электронный блок формирования вторичного импульса, включающий ослабитель сигнала 13, соединенный волоконно-оптическим жгутом 14 с электронной схемой 15 формирования вторичного импульса, который передается на электронный блок 16 задержки вторичного импульса, а от него на лазерный излучатель и компьютер.
Принцип действия системы контроля заключается в следующем. Измерения проводят в нормальных комнатных условиях в закрытом помещении при температуре воздуха 23±2°С и относительной влажности 50±5%. В компьютер 5 загружают программу, содержащую расчетные подлинные значения расстояния от объектива выходного канала дальномера до мишени и обратно, как функцию от времени движения пучка света до мишени и обратно при мощности светового потока, необходимой для преодоления этого расстояния с минимальным рассеиванием. Для расчета скорость света в воздухе принимается равной 299792458 м/с. Таким образом в компьютере формируется база данных, необходимых для сравнения подлинных значений расстояний и/или времени задержек светового импульса при его движении до мишени и обратно с аналогичными показателями, полученными с помощью предложенной системой контроля точности дальномера.
Для начала проверки на оптической скамье 6 устанавливают, кинематически соединенный с механизмом юстировки 7, испытуемый лазерный дальномер 1, и оптическую систему 9, кинематически соединенную с механизмом юстировки 8. С помощью этих механизмов испытуемый дальномер и оптическая система, путем перемещения вдоль оси оптической скамьи, устанавливаются таким образом, чтобы диаметр D1 выходного объектива 12 оптической системы и диаметр D2 приемного объектива 3 дальномера вписывались в диаметр D3 отверстия приемного канала 4 дальномера. Окончательная юстировка установки дальномера осуществляется путем совмещения оптической оси O1 выходного объектива оптической системы и оптическая оси O2 приемного объектива приемного канала дальномера с оптической осью O3 отверстия приемного канала дальномера. Для определения дальности запускается дальномер. Исходный световой сигнал проверяемого лазерного дальномера исходящий из объектива 2 выходного канала ослабляется за счет многократного отражения в ослабителе 13 доводящем уровень мощности импульса до величины, необходимой для регистрации в фото приемнике, и по волоконно-оптическому жгуту 14 попадает на фотоприемник электронного блока 16 задержки вторичного импульса, соединенного с компьютером 5, который формирует сигналы управления, преобразующиеся в запускающие импульсы лазерного излучателя 10, задержанные по отношению к вторичному импульсу на расчетное время которое световой импульс проходит от дальномера на заданное расстояние и обратно. По команде с компьютера лазерный излучатель генерирует световой импульс требуемых параметров, который в оптической схеме 11 калибруется по амплитуде до параметров исходного импульса дальномера, передается в фокальную плоскость выходного объектива 12 оптической системы, и после этого направляется в сопряженный с ним приемный объектив 3 приемного канала дальномера, который вырабатывает значение дальности и в компьютер.
Системой контроля может быть предпринято измерение до нескольких целей при запуске от одного вторичного импульса. При этом, в компьютере формируются несколько управляющих сигналов, которые запускают электронный блок, вырабатывающий световые импульсы, которые попадают на приемный канал проверяемого дальномера и обеспечивают выработку соответствующей дальности.
Изобретение иллюстрируют примером.
-3
Определяют точность лазерного дальномера для измерения расстояния до мишени - 9000 м. После установки и юстировки на оптической скамье проверяемого дальномера и оптической системы, включения компьютера и запуска рабочей программы, компьютер сигнализирует о готовности к проведению измерения. При этом устанавливается подлинное значение измерения дальности 9000 м. Проверяемый дальномер излучает исходный импульс для определения дальности длиной волны 1,064±0,004 мкм, длительностью τ=15 нсек при энергии в импульсе W=20⋅10 дж.. Через время, соответствующее расчетному времени прохождения светового импульса от расположения лазерного дальномера до объекта и обратно, на приемный объектив дальномера поступает сигнал от лазера ЛД-1064, по абсолютной величине соответствующий сигналу, который пришел бы на приемное окно от мишени. Дальномер сигнализирует об измерении дальности. Точность измерения расстояния проверяемым лазерным дальномером вычисляют на компьютере по разнице в значениях задержек времени прохождения одного и того же расстояния - 9000 м светом, сформированным оптической системой, и расчетного. Точность определения дальности по времени задержки сигнала проверяемого дальномера равна 1,0 м (6,7 нсек).
Система может быть пригодна для контроля точности любого лазерного дальномера, в котором дальность определяется по времени прохождения светового импульса от дальномера к наблюдаемому объекту и от объекта к прибору.