Приемник импульсных лазерных сигналов



Приемник импульсных лазерных сигналов
Приемник импульсных лазерных сигналов
Приемник импульсных лазерных сигналов
Приемник импульсных лазерных сигналов
Приемник импульсных лазерных сигналов
Приемник импульсных лазерных сигналов

Владельцы патента RU 2655006:

Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" (RU)

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре приема лазерного излучения. Приемник импульсных лазерных сигналов содержит фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала, выполненный в виде полупрозрачной шторки оптический затвор, привод шторки и логический модуль. Шторка механически связана с приводом и расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и за пределами апертурного угла рабочей площадки при его наличии. Вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника. Коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию где Eфпу - энергетическая чувствительность приемника; Eц - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Emax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Eпду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента. Рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода. Технический результат – уменьшение габаритов, повышение чувствительности приемника для слабых входных сигналов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и других светолокационных устройств.

Известны приемники импульсного оптического излучения [1] для систем импульсной лазерной локации, предназначенные для преобразования в электрические сигналы отраженных удаленными объектами зондирующих импульсов лазерного излучения и временной привязки электрических импульсов для определения их задержки tз относительно момента излучения лазерного зондирующего импульса. По этой задержке судят о дальности R до отражающего объекта по формуле R=сtз/2, где c - скорость света. Подобным образом построены приемники импульсного излучения [2-3], содержащие фоточувствительный элемент и схему обработки сигнала. Указанные устройства имеют ограниченный динамический диапазон, препятствующий применению таких приемников в измерителях дальности и другой аппаратуре с повышенными требованиями к точности. Существует ряд технических решений, имеющих целью расширение динамического диапазона и повышение точности временной фиксации принятых сигналов [4-5]. Однако эти решения не обеспечивают работоспособность приемника, если энергия входного излучения превышает уровень лучевой прочности фоточувствительного элемента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемник импульсных лазерных сигналов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала, светоделитель, фотодатчик, устройство задержки и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом [6]. В данном приемнике оптический затвор не открывается, если сигнал с фотодатчика превышает пороговое значение, соответствующее уровню входного излучения, превышающего порог лучевой прочности фоточувствительного элемента. В противном случае затвор открывается, и входное излучение поступает на фоточувствительный элемент. Время задержки сигнала в устройстве задержки должно превышать время реакции затвора на управляющий импульс от фотодатчика. Таким образом, обеспечивается функционирование устройства не только в рабочем динамическом диапазоне отраженных сигналов, но и за его пределами - в условиях активного или пассивного противодействия.

Недостаток приемника [6] - потери излучения в светоделителе, устройстве задержки и оптическом затворе, а также ограничения по быстродействию затвора, вынуждающие увеличивать задержку сигнала в устройстве задержки. Это, в свою очередь, приводит к потерям в приемном тракте, искажению формы принимаемого сигнала, увеличению габаритов устройства, особенно за счет светоделителя, устройства задержки и оптического затвора.

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности устройства в условиях активного и пассивного лазерного противодействия при минимальных габаритах и максимальной чувствительности приемника для слабых входных сигналов.

Эта задача решается за счет того, что в известном приемнике импульсных лазерных сигналов, содержащем фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, оптический затвор выполнен в виде полупрозрачной шторки, а в состав приемника введены привод шторки и логический модуль, причем шторка, механически связанная с приводом, расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и расположена за пределами апертурного угла рабочей площадки при наличии управляющего сигнала на входе привода, вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника, коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию где Eфпу - энергетическая чувствительность приемника импульсных оптических сигналов; Eц - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Emax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Eпду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента, при этом рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.

Шторка может быть выполнена в виде прозрачной пластины с нанесенным на ее поверхность полупрозрачным покрытием.

В состав приемника может быть введена отрицательная линза, установленная между оптическим окном и шторкой.

В состав приемника перед фоточувствительным элементом может быть введена положительная линза так, что один из ее фокусов расположен в плоскости фоточувствительного элемента, а второй совпадает с плоскостью, в которой установлена шторка.

На фиг. 1 представлена функциональная схема приемника импульсных лазерных сигналов. Фиг. 2 иллюстрирует варианты оптической схемы с отрицательной линзой (фиг. 2а) и с положительной линзой (фиг. 2б). На фиг. 3 показана конструкция приемника.

Приемник импульсных лазерных сигналов (фиг. 1) состоит из фоточувствительного элемента 1 (например, фотодиода) и схемы обработки сигнала 2, включающей предусилитель 3, усилитель 4 и формирователь выходного сигнала 5, выход которого является выходом устройства. Перед фоточувствительным элементом расположена полупрозрачная шторка 6 с приводом 7, управляемым с выхода логического модуля 8, один из входов которого связан с выходом приемника, а второй является управляющим входом устройства. Приемник размещен в герметичном корпусе 9 с оптическим окном 10, через которое принимаемое излучение поступает на рабочую площадку фоточувствительного элемента 1. На фиг. 2а) показан вариант приемника с отрицательной линзой 11, введенной между оптическим окном и шторкой 6. На фиг. 2б) представлен вариант с положительной линзой 12, введенной между шторкой 6 и фоточувствительным элементом 1. На фиг. 3 изображен общий вид платы 13 приемника с установленными на ней фоточувствительным элементом 1 и шторкой 6, укрепленной на якоре 14 электромагнита 15, совместно с якорем являющегося приводом 7 шторки.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии шторка 6 находится перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента 1, ослабляя поступающие на нее сигналы в 1/τ раз. При подаче управляющего сигнала на вход 1 логического модуля приемник включается в защищенный режим приема сигналов - при шторке в исходном положении. Если уровень принимаемого сигнала на выходе усилителя 4 превышает порог срабатывания формирователя 5, на его выходе формируется стандартный выходной импульс, подача которого на вход 2 логического модуля оставляет последний в исходном состоянии, и приемник остается в защищенном режиме. Если очередной принимаемый сигнал не превышает порога срабатывания формирователя 5, то на «Вход 2» логического модуля управляющий сигнал с выхода формирователя 5 не поступает и логический модуль 8 формирует управляющий сигнал, вызывающий срабатывание привода 7 шторки 6. Под действием привода шторка выводится из поля зрения фоточувствительного элемента 1. Тем самым приемник переводится в режим максимальной чувствительности и в этом режиме принимает поступающие на него оптические сигналы до тех пор, пока на входе 1 логического модуля присутствует управляющий сигнал. При отключении этого сигнала привод переводит шторку в исходное состояние и приемник снова переходит в защищенный режим.

Из обозначений на фиг. 1 видно, что для перекрытия шторкой рабочей площадки фоточувствительного элемента должно выполняться условие где dшт - рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки; dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.

Для уменьшения размеров шторки в состав приемника могут быть введены дополнительные оптические элементы - отрицательная линза, сужающая апертурный угол (фиг. 2а), или положительная линза (фиг. 2б). В последнем случае шторка располагается в плоскости промежуточного изображения, создаваемого внешним объективом, и ее размеры могут быть меньше размеров рабочей площадки фоточувствительного элемента при соответствующем выборе переднего и заднего фокальных отрезков линзы 12.

Коэффициент ослабления шторки τ определяется ожидаемым уровнем лазерной засветки от внешнего источника, представляющего опасность для фоточувствительного элемента в заданных условиях эксплуатации приемника импульсных оптических сигналов и в составе аппаратуры, для которой предназначен данный приемник. При этом конструкция полупрозрачной шторки остается унифицированной для всех применений при ее исполнении в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с полупрозрачным покрытием, нанесенным, например, путем металлизации.

Описанное техническое решение обеспечивает безопасное применение приемника оптических сигналов в составе любой аппаратуры и в любых условиях эксплуатации. При этом габариты и масса шторки с приводом, а также объем логического модуля позволяют встраивать эти узлы в существующие миниатюрные приемники без изменения их типоразмеров. Размещение элементов защиты приемника в составе его герметизированного корпуса обеспечивает их надежность, долговечность и максимальный ресурс работы.

В соответствии с предлагаемым изобретением был разработан макетный образец фотоприемного устройства, испытанный в составе лазерного дальномера.

Проведенные исследования подтвердили выполнение заданных технических требований - как в одиночном, так и в частотном режиме работы.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает работоспособность устройства в условиях активного и пассивного лазерного противодействия при минимальных габаритах и максимальной чувствительности приемника для слабых входных сигналов.

Источники информации

1. В.А. Волохатюк и др. "Вопросы оптической локации". - М.: Советское радио, М., 1971. - c. 213.

2. В.Г. Вильнер и др. Анализ входной цепи фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом и противошумовой коррекцией. «Оптико-механическая промышленность». №9, 1981 г. - С. 593.

3. В.А. Афанасьев и др. Порог чувствительности приемника импульсного оптического излучения с большим входным импедансом. Электронная техника. Серия 11. «Лазерная техника и оптоэлектроника». 1988, в. 3. - с. 78-83.

4. В.Г. Вильнер и др. Приемник импульсных оптических сигналов. Патент РФ №2506547.

5. П.М. Боровков и др. Особенности схемотехники импульсных пороговых ФПУ с малым временем восстановления чувствительности после воздействия импульса перегрузки. «Прикладная физика», №1, 2015 г. - с. 61-65.

6. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6548807 – прототип.

1. Приемник импульсных лазерных сигналов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, отличающийся тем, что оптический затвор выполнен в виде полупрозрачной шторки, а в состав приемника введены привод шторки и логический модуль, причем шторка, механически связанная с приводом, расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и расположена за пределами апертурного угла рабочей площадки при наличии управляющего сигнала на входе привода, вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника, коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию , где Ефпу - энергетическая чувствительность приемника импульсных оптических сигналов; Ец - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Еmax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Епду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента, при этом рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением , где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; а - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.

2. Приемник импульсных лазерных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что шторка выполнена в виде прозрачной пластины с нанесенным на ее поверхность полупрозрачным покрытием.

3. Приемник импульсных лазерных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что в состав приемника введена отрицательная линза, установленная между оптическим окном и шторкой.

4. Приемник импульсных лазерных сигналов по п. 1, отличающийся тем, что в состав приемника перед фоточувствительным элементом введена положительная линза так, что один из ее фокусов расположен в плоскости фоточувствительного элемента, а второй совпадает с плоскостью, в которой установлена шторка.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к технике оптической регистрации, а именно к технике лазерного зондирования и фотоэлектрической регистрации обратно отраженного излучения, преимущественно быстропротекающих процессов, и позволяет определять массовые характеристики движущихся объектов.

Однозрачковая мультиспектральная оптическая система со встроенным лазерным дальномером содержит общий входной канал, спектроделительную пластинку, отражающую спектральный диапазон оптического канала и пропускающую спектральный диапазон тепловизионного канала.

Измеритель выполнен на базе СВЧ-генератора в режиме затягивания частоты, нагруженного на волноводную секцию в составе последовательно подключенных направленного ответвителя, аттенюатора, фазовращателя, рупорной антенны на конце волноводной секции; часть энергии генератора через направленный ответвитель передается в измерительный тракт в составе последовательно подключенных объемного резонатора в виде короткозамкнутого отрезка волновода, регулятора мощности, детектора, усилителя зарядов, следящего фильтра, спектроанализатора и регистратора.

Изобретение относится к области измерительной техники и приборостроению и может быть использовано как лазерный локатор для обнаружения и измерения координат и скорости низколетящих ракет морского базирования в интересах ВМФ страны.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается системы лазерной телеориентации объекта. Система состоит из последовательно установленных лазера, двухкоординатного акустооптического дефлектора, блока управления плоскостью поляризации лазерного излучения, поляризационного светоделительного призменного блока и телескопа.

Способ дистанционного зондирования Земли включает в себя получение потока светового излучения Солнца, отраженного от зондируемого участка земной поверхности. Далее поток разделяют на два пучка равной интенсивности, по одному из которых осуществляют преддетекторную адаптивную компенсацию случайных наклонов волнового фронта, обусловленных турбулентной атмосферой, а по другому - накопление адаптивно стабилизированных коротко-экспозиционных изображений.

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях боеприпасов. Способ приведения в действие инициатора газодинамического импульсного устройства включает обнаружение объекта.

Изобретение относится к области формирования потока видеоданных вращающимся секторным фотоприемником. Способ основан на формировании сигналов от фоточувствительных элементов, установленных по площади вращающегося сенсора, их последующей организации в ядра пространственного дифференцирования, выходные сигналы которых подвергаются аналого-цифровому преобразованию и их дальнейшей цифровой обработке.

Лазерный локатор содержит систему автоматического слежения и управления согласованием волновых фронтов принимаемого и гетеродинного лазерных излучений в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемного блока лазерного локатора.

Изобретение относится к лазерно-акустической системе обнаружения подводных объектов. Указанная система содержит расположенный над поверхностью водоема источник акустических сигналов в виде лазера, гидрофон и установленный над водной поверхностью вычислительный блок, соединенный с выходом приемного гидрофона.
Изобретение относится к области приема и преобразования лазерного излучения и может быть использовано для регистрации лазерного излучения, воздействующего на космический аппарат.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и изделий методом теплового контроля и может быть использовано для повышения надежности диагностики при ручном и автоматизированном активном тепловом контроле изделий из полимерных композиционных материалов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры раскаленных газовых потоков, включая пламена.

Инфракрасный сенсор с переключаемым чувствительным элементом относится к устройствам для бесконтактного измерения температуры в различных системах управления и контроля.

Изобретение относится к способам определения температуры нагретой поверхности летательного аппарата (ЛА) и может быть использовано при исследованиях в области аэродинамики, баллистики и т.д.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано для контроля вращающихся элементов авиационного двигателя. Объектами изобретения являются система и способ обнаружения дефектов на объекте, содержащий этапы, на которых: формируют изображение (13), характеризующее указанный объект (11), на основании сигналов (9), связанных с объектом, разбивают указанное изображение на участки (15) в соответствии с самоадаптирующимися разрешениями и вычисляют расхождения между различными участками для обнаружения аномального участка, указывающего на возможность повреждения.

Изобретение относится к измерительной технике, прикладной оптике, спектрометрии, технике получения спектральных изображений (видеоспектрометрии). Устройство содержит неколлинеарный акустооптический (АО) фильтр, в котором в качестве элемента для выделения полезного дифрагировавшего светового пучка использована определенным образом ориентированная выходная грань кристалла акустооптической ячейки фильтра.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения интенсивности оптического излучения и в системах контроля оптических параметров объектов.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа и устройства для получения информации о входном оптическом сигнале. Способ основан на преобразовании модулированных оптических сигналов с помощью гетеродинного фотоприемного устройства и заключается в том, что модулируют излучение по частоте и подают на вход фотодетектора фотоприемного устройства, который запитывают модулированными электрическими импульсами той же частоты с синхронизацией по фазовой задержке.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается фотоприемного устройства. Фотоприемное устройство содержит последовательно соединенные лавинный фотодиод, усилитель и фильтр, а также компаратор, дискриминатор длительности импульсов, регулируемый источник питания, блок оценки сигналов, источник опорного напряжения, высокочастотный генератор и блок синхронизации.

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре приема лазерного излучения. Приемник импульсных лазерных сигналов содержит фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала, выполненный в виде полупрозрачной шторки оптический затвор, привод шторки и логический модуль. Шторка механически связана с приводом и расположена перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента при отсутствии управляющего сигнала на входе привода и за пределами апертурного угла рабочей площадки при его наличии. Вход привода шторки связан с выходом логического модуля, один из входов которого соединен с выходом схемы обработки, а второй является управляющим входом приемника. Коэффициент пропускания шторки τ удовлетворяет условию где Eфпу - энергетическая чувствительность приемника; Eц - энергия лазерного сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности; Emax - максимальная энергия лазерного сигнала, отраженного ретрорефлектором; Eпду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на чувствительную площадку фоточувствительного элемента. Рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки dшт определяется выражением где dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; a - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода. Технический результат – уменьшение габаритов, повышение чувствительности приемника для слабых входных сигналов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх