ЛАЗЕРНЫЙ ДАЛЬНОМЕР

Полезная модель относится к области оптико-электронного приборостроения, более конкретно к импульсным лазерным дальномерам.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для прицеливания с лазерным дальномером [1], содержащее лазерный канал излучения, включающий импульсный лазерный излучатель, электрически связанный с выходом блока питания излучателя, и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, включающий объектив и расположенное в его фокальной плоскости первое фотоприемное устройство, первый выход которого электрически связан с электронным модулем измерения дальности, устройство формирования старт-сигнала, оптически связанное с лазерным каналом излучения.
Недостатками известного устройства для прицеливания с лазерным дальномером являются невысокая помехоустойчивость при измерении дальностей, сложность диагностики системы при ее настройке либо при выявлении сбоев в работе.
Задачей настоящей полезной модели является повышение помехоустойчивости измерения дальности, а также упрощение диагностики дальномерной системы.
Предложен лазерный дальномер, содержащий лазерный канал излучения, включающий оптически связанные импульсный лазерный излучатель и оптическую систему формирования лазерного пучка, приемный канал, включающий объектив и расположенное в его фокальной плоскости первое фотоприемное устройство, блок питания, электрически связанный с лазерным излучателем, электронный модуль измерения дальности, электрически связанный с первым выходом первого фотоприемного устройства, а также устройство формирования старт-сигнала, оптически связанное с лазерным каналом излучения. Новизна предложения состоит в том, что в электронный модуль измерения дальности дополнительно введены модуль анализа электрического сигнала и модуль выключения блока питания, а устройство формирования старт-сигнала выполнено в виде второго фотоприемного устройства, при этом первое фотоприемное устройство имеет второй выход, электрически связанный с модулем анализа электрического сигнала, а второе фотоприемное устройство электрически связано с входом модуля выключения блока питания, выход которого подключен к входу блока питания.
Импульсным лазерным излучателем может быть излучатель с продольной диодной накачкой.
Приемником излучения в первом фотоприемном устройстве может быть InGaAs лавинный фотодиод.
Приемником излучения во втором фотоприемном устройстве может быть p-i-n фотодиод.
Второе фотоприемное устройство может быть оптически связанно с любым из внутрирезонаторных элементов импульсного лазерного излучателя.
Задача повышения помехоустойчивости измерения дальности, а также упрощения диагностики дальномерной системы решается за счет:
введения в состав электронного модуля измерения дальности модуля анализа электрического сигнала со второго выхода первого фотоприемного устройства. Длительность электрического сигнала со второго выхода первого фотоприемного устройства пропорциональна мощности принимаемого эхо-сигнала и может быть откалибрована на этапе настройки дальномера. Соответственно, при измерении дальности длительность принимаемого эхо-сигнала сравнивается с эталонной, и при значениях длительности сигнала за пределами заданного допуска принятый сигнал, например, от направленного оптического генератора помех, отбраковывается;
введения в состав электронного модуля измерения дальности, электрически связанного с входом блока питания излучателя, модуля выключения блока питания излучателя по сигналу на выходе устройства формирования старт-сигнала. В широком температурном диапазоне или при воздействии механических нагрузок возможны разъюстировки резонатора, изменение характеристик источника накачки или внутрирезонаторных элементов, что может приводить к срыву генерации излучения. Одним из способов компенсации указанных негативных факторов может быть увеличение длительности импульса накачки на блоке питания излучателя. В тоже время увеличение длительности импульса накачки в нормальных условиях может приводить к генерации нескольких близко расположенных во времени лазерных импульсов за один цикл работы дальномера, что может приводить к ложным срабатываниям дальномера. Кроме того, для стабильной и качественной работы первого фотоприемного устройства необходимо обеспечить отсутствие электромагнитных помех в электронном тракте дальномера, одним из источников которых может быть работа блока питания излучателя после генерации лазерного импульса. Наличие модуля выключения блока питания излучателя по сигналу на выходе устройства формирования старт-сигнала обеспечивает выключение накачки после генерации одного лазерного импульса, что предотвращает появление «лишних» лазерных импульсов и электромагнитных помех от блока питания излучателя, и тем самым повышает помехоустойчивость системы;
выполнения устройства формирования старт-сигнала в виде второго фотоприемного устройства, что упрощает диагностику дальномерной системы за счет строгого разделения лазерного канала излучения и приемного канала и повышает помехоустойчивость дальномера из-за отсутствия влияния лазерного канала излучения на первое фотоприемное устройство в отличие от схемы с засветкой первого фотоприемного устройства для формирования старт-сигнала.
Наряду с вышеуказанным техническим результатом полезная модель обеспечивает получение и других положительных технических эффектов:
- повышение энергоэффективности и скрытности работы дальномера. Использование высокочувствительного InGaAs лавинного фотодиода в качестве приемника излучения в первом фотоприемном устройстве позволяет многократно (по меньшей мере, в 5 раз) снизить энергию импульса импульсного лазерного излучателя при сохранении требований по максимальной измеряемой дальности;
- снижение энергопотребления дальномерной системы. Излучатель с продольной диодной накачкой обладает максимальным КПД при прочих равных условиях благодаря оптимальному согласованию моды накачки и моды генерации внутри активного элемента. Также снижению энергопотребления способствует наличие модуля выключения блока питания излучателя по сигналу на выходе устройства формирования старт-сигнала;
снижение габаритных размеров дальномерной системы. Использование p-i-n фотодиода в качестве приемника излучения во втором фотоприемном устройстве не требует сложной схемотехники для его корректной работы, что позволяет разместить второе фотоприемное устройство непосредственно на корпусе импульсного лазерного излучателя или внутри него;
- повышение точности дальномера. Наличие модуля анализа электрического сигнала со второго выхода первого фотоприемного устройства позволяет проводить коррекцию измеренной дистанции в пределах заданного допуска на длительность электрического сигнала, например, при изменении погодных условий.
Сущность предложенной полезной модели поясняется схемой лазерного дальномера, изображенной на фиг.
Лазерный дальномер содержит лазерный канал излучения 1, включающий импульсный лазерный излучатель 2, электрически связанный с выходом блока питания 3, оптическую систему формирования лазерного пучка 4, приемный канал 5, включающий объектив 6 и расположенное в его фокальной плоскости первое фотоприемное устройство 7, первый выход которого электрически связан с электронным модулем измерения дальности 8. В состав электронного модуля измерения дальности 8 введены модуль анализа электрического сигнала 9 со второго выхода первого фотоприемного устройства 7 и, электрически связанный с входом блока питания 3, модуль выключения блока питания 10 по сигналу на выходе устройства формирования старт-сигнала, которое выполнено в виде второго фотоприемного устройства 11.
Импульсным лазерным излучателем 2 может быть излучатель с продольной диодной накачкой.
Приемником излучения в первом фотоприемном устройстве 7 может быть InGaAs лавинный фотодиод.
Приемником излучения во втором фотоприемном устройстве 11 может быть p-i-n фотодиод.
Второе фотоприемное устройство 11 может быть связанно с любым из внутрирезонаторных элементов импульсного лазерного излучателя 2.
Лазерный дальномер работает следующим образом.
При измерении дальности на выходе блока питания 3 генерируется электрический импульс накачки заданной формы и амплитуды, который подается на импульсный лазерный излучатель 2, тем самым обеспечивая процесс лазерной генерации. Генерируемое в импульсном лазерном излучателе 2 излучение выводится из него через оптическую систему формирования лазерного пучка 4 в направлении удаленного объекта, до которого измеряется дальность. Из-за присутствия остаточного отражения на внутрирезонаторных элементах импульсного лазерного излучателя 2 незначительная часть лазерного импульса в процессе его формирования поступает на второе фотоприемное устройство 11, закрепленное на корпусе импульсного лазерного излучателя 2 либо внутри него, и формирует сигнал СТАРТ дальномерной системы, по которому первое фотоприемное устройство 7 переводится в режим измерения дальности, запускается измеритель временных интервалов и включается модуль выключения блока питания 10. Отраженное удаленным объектом излучение объективом 6 фокусируется на чувствительную площадку первого фотоприемного устройства 7. С первого выхода первого фотоприемного устройства 7 цифровой сигнал поступает на электронный модуль измерения дальности 8. По величине интервала Т между излученным и принятым импульсом электронный модуль измерения дальности 8 вычисляет дальность L=cT/2, где с - скорость света. Одновременно со второго выхода первого фотоприемного устройства 7 аналоговый сигнал поступает в модуль анализа электрического сигнала 9, по характеристикам которого определяется наличие искусственных помех и корректируется значение измеренной дальности.
Таким образом, заявляемая полезная модель обеспечивает повышение помехоустойчивости измерения дальности, а также упрощение диагностики дальномерной системы. Одновременно достигается повышение энергоэффективности и скрытности работы дальномера, снижение энергопотребления дальномерной системы, уменьшение ее габаритных размеров, а также повышение точности измерения дальности до цели.
Использованные источники информации:
1. Патент BY 1377 U, G02B 23/00, G01C 3/08 (прототип).