ЛАЗЕРНЫЙ ВЫСОТОМЕР

Заявляемое в качестве полезной модели техническое решение относится к области навигации, использующей лазерную локацию и может быть использовано в системах посадки летательных аппаратов и в системах анализа морского волнения.
Известно " Устройство измерения дальности" (ЕР US №808461, MKИ G01C 3/08, 21.06.1977).
Устройство содержит передающий лазер, фотоприемник и измеритель временного интервала между излученным и принятым сигналами.
Недостатком данного устройства является невозможность его использования для измерения дальности меньше нескольких метров, так как при импульсном режиме работы передающего лазера минимальная измеряемая дальность зависит от крутизны фронта излучаемого импульса.
Известно "Устройство моделирования измерителя высоты для беспилотных летательных аппаратов" (CN 201266242, МКИ G01S 17/08, 07.01.2009). Устройство включает передающий лазер, фотоприемник и имеет погрешность измерения высоты 2 см.
Недостатком данного устройства является то, что измеритель высоты работает только для высот больше 50 метров.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является " Лазерный высотомер и датчик высоты" (ЕР US №228858, МКИ G01C 3/08, 03.05.1979).
Устройство включает передающий лазер с формирующей оптикой, модель отражающей поверхности, оптический фильтр, объектив, фотоприемник и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик, электронный ключ, индикатор и формирователь стробирующего импульса, выход которого соединен со вторым управляющим входом электронного ключа, а вход соединен с выходом фотоприемника, который разнесен на расстояние d относительно передающего лазера. При измерении дальности код на выходе счетчика соответствует номеру засвечиваемого элемента фотоприемника, что однозначно связано с измеряемой высотой Н
где:
N - номер засвечиваемого элемента фотоприемника;
Ф - угол падения луча на отражательную поверхность.
Эту высоту и отображает индикатор.
Недостатком данного устройства является то, что оно имеет малый динамический диапазон измерения высот и малую разрешающую способность.
Малый динамический диапазон устройства объясняется ограниченным из-за искажений полем зрения объектива и малыми геометрическими размерами фотоприемника.
Малая разрешающая способность объясняется технологией изготовления фотоприемника (в виде линейной фотоматрицы).
Задачей заявляемой полезной модели является измерение высот от нескольких дециметров до десятка метров с разрешающей способностью до нескольких сантиметров.
Технический результат заключается в достижении высокой точности работы систем посадки летательных аппаратов.
Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее передающий лазер с формирующей оптикой, модель отражающей поверхности, оптический фильтр, объектив, фотоприемник и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, счетчик, электронный ключ, индикатор и формирователь стробирующего импульса, выход которого соединен со вторым управляющим входом электронного ключа, а вход соединен с выходом фотоприемника, который разнесен на расстояние d относительно передающего лазера, дополнительно содержит многогранную оптическую призму, электродвигатель, датчик углового положения многогранной оптической призмы, постоянные магниты которого смонтированы на ребрах многогранной оптической призмы, электродвигатель соединен с многогранной оптической призмой, плоскости граней которой перпендикулярны плоскости, в которой лежат оптические оси передающего лазера и фотоприемника, выход датчика углового положения многогранной оптической призмы подключен ко входу "сброс" счетчика, причем фотоприемник выполнен по схеме однокристаллического фотодиода.
max
При введении в устройство многогранной оптической призмы, электродвигателя и датчика углового положения многогранной оптической призмы появляется возможность периодически изменять угол падения луча передающего лазера Ф на модель отражающей поверхности от нуля до максимального значения Ф,
где: n - число граней многогранной оптической призмы,
что и увеличивает динамический диапазон измерений. Увеличение частоты генератора тактовых импульсов увеличивает разрешающую способность устройства.
Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении полезной модели, в виде возможности повышения точности работы систем посадки летательных аппаратов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным всем признакам заявляемого устройства- отсутствуют, следовательно, заявленное устройство соответствует условию "новизна".
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежом, где на фиг.1 приведена схема лазерного высотомера и введены следующие обозначения:
1 - многогранная оптическая призма
2 - электродвигатель
3 - датчик углового положения многогранной оптической призмы
4 - передающий лазер
5 - формирующая оптика
6 - модель отражающей поверхности
7 - оптический фильтр
8 - объектив
9 - фотоприемник
10 - генератор тактовых импульсов
11 - счетчик
12 - электронный ключ
13 - индикатор
14 - формирователь стробирующего импульса
15 - постоянные магниты
Устройство содержит многогранную оптическую призму 1, соединенную с электродвигателем 2, датчик углового положения многогранной оптической призмы 3, передающий лазер 4 с формирующей оптикой 5, установленные относительно многогранной оптической призмы 1 так, что ось передающего лазера 4 параллельна торцевой поверхности многогранной оптической призмы 1, модель отражающей поверхности 6, оптический фильтр 7, объектив 8 и фотоприемник 9, установленные соосно и так, что передающий лазер 4 и фотоприемник 9 разнесены на расстояние d, а их оптические оси лежат в одной плоскости, перпендикулярной рабочим граням многогранной оптической призмы 1.
Устройство также содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов 10, счетчик 11, вход "сброс" которого соединен с выходом датчика углового положения многогранной оптической призмы 3, электронный ключ 12, индикатор 13 и формирователь стробирующего импульса 14, выход которого соединен со вторым входом электронного ключа 12, а вход соединен с выходом фотоприемника 9
В качестве электродвигателя 2 использован электродвигатель постоянного тока СД-75Д.
Датчик углового положения многогранной оптической призмы 3 включает катушку индуктивности, подключенную к усилителю напряжений, n постоянных магнитов 15, смонтированных на ребрах многогранной оптической призмы 1 [1].
Фотоприемник 9 выполнен по схеме однокристаллического фотодиода [2].
Генератор тактовых импульсов 10 выполнен на двух операционных усилителях LF 356M [3].
Счетчик 11 выполнен на базе микросхем КР 1533 ИЕ5 [4].
Электронный ключ 12 построен на микросхеме 590 КН 13 [4].
Формирователь стробирующего импульса 13 выполнен на базе операционного усилителя LF 356M, работающего в режиме ограничения сигнала [3].
Для индикатора 14 использована матричная индикаторная панель [2].
Устройство работает следующим образом.
max
При включении передающего лазера 4 и электродвигателя 2 излучение передающего лазера 4 проходит через формирующую оптику 5 и направляется на грани вращающейся многогранной оптической призмы 1, что приводит к периодическому изменению угла падения луча Ф на модель отражающей поверхности 6 от нуля до максимального значения Ф (формула 2).
Сигнал, отраженный от модели отражающей поверхности 6, проходит через оптический фильтр 7, объектив 8 и поступает на фотоприемник 9 разнесенный относительно передающего лазера 4 на фиксированное расстояние d. Таким образом, высота Н определяется
Когда Ф=0, сигнал с выхода датчика углового положения многогранной оптической призмы 3 поступает на вход "сброс" счетчика 11 и устанавливает его в нулевое состояние. С этого момента число импульсов с выхода генератора тактовых импульсов 10, поступивших на счетчик 11, пропорционально углу падения луча Ф передающего лазера 4 на модель отражающей поверхности 6. Появление сигнала на выходе фотоприемника 9 позволяет запустить формирователь стробирующего импульса 14, импульс с выхода которого отпирает электронный ключ 12 и показания счетчика 11 выводятся на индикатор 13.
На экране индикатора 13 каждому полученному значению Ф при фиксированном d приводится значение высоты Н (формула 3), что позволяет измерять высоты летательного аппарата от нескольких дециметров до десятка метров с разрешающей способностью до нескольких сантиметров и за счет расширения динамического диапазона повысить точность работы систем посадки летательных аппаратов.
Таким образом, приведенные сведения доказывают, что при осуществлении заявленного устройства выполняются следующие условия:
- средство, воплощающее предлагаемое устройство при его осуществлении, предназначено для использовании в области навигации, а именно для увеличения точности систем посадки летательных аппаратов.
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных до даты подачи заявки средств;
- средство, воплощающее устройство при его осуществлении, способно обеспечить получение указанного технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию патентоспособности "промышленная применимость".
Использованная литература
1 Бараночников, М.Л. Микро-магнито-электроника. Справочная книга / М.Л.Бараночников. М.: ДМК, 2001. 541 с.
2 Водовозов, А. Основы электроники / А.Водовозов. Вологда, 2003.1 35 с.
3 Google: интерактив. Каталог ELFA 2009. 1 электрон. Опт. Диск (CD-ROM). Загл. С экрана.
4 Быстров, Ю.А. Электроника / Ю.А.Быстров, Я.М.Велинсон. СПб.: Энергоатомиздат, 1996. 544 с/