Широкодиапазонное устройство для бестрассовой проверки параметров лазерных дальномеров

Авторы патента:

Кощавцев Николай Федорович (RU)

Сухоруков Рафаэль Юрьевич (RU)

Колесник Александр Валентинович (RU)

Кощавцев Александр Николаевич (RU)

Сикоев Сергей Владимирович (RU)

Ибрагимова Надия Аряфиевна (RU)

G01C3/00 - Приборы для измерения расстояний по линии визирования; оптические дальномеры (измерение расстояний с помощью рулеток, мерных цепей и дисков G01B; дальномеры, комбинированные с фотоаппаратами, G03B)

Владельцы патента RU 2779243:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) (RU)

Изобретение относится к устройствам контроля дальности действия лазерных дальномеров без проведения полевых испытаний и оценки чувствительности канала приема отраженного от цели светового сигнала. Сущность изобретения заключается в двухуровневой схеме освещения оптики формирования амплитуды импульсов. Заявленная установка содержит выходной объектив, сопряженный с объективом дальномера; устройство сопряжения с объективом дальномера, обеспечивающее ослабление лазерного луча; плату формирования стартового импульса; электронный блок задержки импульса; лазер; персональный компьютер; двухуровневую схему освещения, состоящую из двух наклонных зеркал, светорассеивающей пластины; оптику, состоящую из двух линз и диска калиброванных диафрагм, обеспечивающих требуемую мощность импульса лазера; куб-призму, обеспечивающую совмещение лазерного сигнала и излучение марки. Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение проверки дальности действия дальномера в широком диапазоне дальностей. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам контроля дальности действия лазерных дальномеров без полевых испытаний.

Известна установка для бестрассовой проверки лазерного дальномера, содержащая ослабитель мощности лазерных импульсов проверяемого дальномера, устройство формирования стартового импульса, персональный компьютер, блок питания, оптическую систему формирования лазерного пучка, куб-призму совмещения изображения сетки в виде излучающих светодиодов с пучком лазера, источник питания сетки, светодиода установки и платы формирования стартового импульса.

(см. Патент РФ №2541077, G01C 3/00, 2006. и патент РФ№2545579, G01C 3/00, 2021, принятый за прототип)

Существующие установки такого типа обеспечивают точное измерение дальности лишь в ограниченных диапазонах, что связано с величиной сигнала, приходящего от цели. Если взять диапазон дальности от 150 м до 10000 м, то уровень приходящего сигнала составляет (освещенность от цели на 150 м и 10000 м), а сигнал может регулироваться диафрагмами в установке в пределах 2,5⋅10². Дальнейшее ослабление сигнала обеспечивается внешними диафрагмами, установленными на выходе, обеспечивая ослабление сигнала до 10^-4, что достигается использованием диафрагм диаметром менее 1 мм. Для установки, используемой в полевых условиях, это не допустимо, так как маленькое отверстие быстро загрязняется, что приводит к большим ошибкам в измерении дальности.

Задачей и техническим результатом предложения является обеспечение проверки дальности действия дальномера в широком диапазоне дальностей.

Решением заявленной задачи является установка для бестрассовой проверки лазерного дальномера, содержащая ослабитель мощности лазерных импульсов проверяемого дальномера, устройство формирования стартового импульса, персональный компьютер, блок питания, оптическую систему формирования лазерного пучка, куб-призму совмещения изображения сетки в виде излучающих светодиодов с пучком лазера, источник питания сетки, светодиода установки и платы формирования стартового импульса, при этом источник света имеет две схемы освещения оптики формирования амплитуды импульсов: одну для небольших дальностей в виде лазера и поворотного зеркала и вторую для большой дальности в виде наклонного зеркала и диффузно-отражающей пластины с четко гарантируемым освещением оптики, формирование амплитуды излучения в виде двух объектов, между которыми расположен диск калиброванных диафрагм.

Согласно изобретению, положительный эффект достигается возможностью регулировки сигнала в режиме прямого освещения и в режиме ослабленного освещения по схемам специального источника излучения лазера, включенным в структурную схему установки.

На фиг. 1. представлена структурная схема установки.

На фиг. 2. - схемы специального источника излучения лазера (осветителя) в режиме прямого освещения (а) и в режиме ослабленного освещения (б).

Установка работает следующим образом.

Для определения дальности запускается исследуемый дальномер. Световой импульс дальномера через объектив 1 попадает в ослабитель 14 через светорассеивающую пластинку 13 и после ослабителя через волоконно-оптический жгут 15 попадает на плату формирования стартового импульса 16. Стартовый импульс попадает в электронный блок и задерживается на время, за которое световой импульс проходит от дальномера до объекта, для которого измеряется дальность, и возвращается обратно в приемный канал дальномера. Задержанный электрический импульс попадает на лазер 6, который генерирует световой импульс требуемых параметров по амплитуде и длительности. При измерении дальности для близко расположенных целей импульс попадает на вход оптической системы 7,8,9 через наклонное зеркало 22. При измерении дальности для удаленных целей импульс засвечивает оптическую схему 7,8,9 через наклонное зеркало системы и рассеивающую пластинку 23. Наклонное зеркало 22 при этом убирается из оптической схемы. Световой импульс попавший на вход оптической системы 7,8,9 калибруется диском калиброванных диафрагм до величины амплитуды импульса, отражающего от объекта и передаваемых в фокальную плоскость выходного объектива установки 11 и входной объектив дальномера. Если амплитуда сигнала соответствует с амплитудой, от которой срабатывает дальномер, то последний выдает требуемую дальность. Изображение должно быть близко к пятну рассеивания входного объектива приемного канала дальномера. Таким образом можно проверить дальномер на всех дальностях. При этом можно проверить и существующую на первой проверке чувствительность приемного канала дальномера. Для этого на предельной дальности действия дальномера определяют импульс, при котором срабатывает дальномер и соседнее по величине амплитуды, при котором дальномер не срабатывает. Чувствительность дальномера будет соответствовать величине импульса, от которого дальномер срабатывает.

Персональный компьютер 3 реализует программу работы установки, в частности, при определении помехозащищенности вырабатывается не один импульс, а целая пачка, либо ни одного. В пачке обычно присутствует лишь один, соответствующий требуемой дальности Точный ответ дальномера соответствует нормальной помехозащищенности. Точность определения дальномера определяют точностью задержки импульса, и обычно составляет величину ±1 м (6,7 сек). Основные функциональные узлы в оптико-механическом устройстве. На передней панели размещен выходной объектив 13, сопряженный с оптикой формирования луча 7,8,9, которая в свою очередь с оптикой формирования луча лазера 22, 23, 24, к которой пристыкован лазер 6. Для точного совмещения луча лазера с приемником канала дальномера в установке предусмотрена прицельная сетка (марка) 17. Марка вводится в луч лазера установки оптикой и с помощью куб-призмы 12 и проектируется на приемник дальномер. Марки точно совмещаются с лучом лазера и поэтому необходимо луч лазера точно попадает на приемник лазерного дальномера.

Оптико-механический блок устанавливается на стол, имеющий нижний и верхний столики. Верхний столик, на котором закреплен оптико-механический блок, может отклоняться на угол ±5° относительно нижнего столика для точной установки оптико-механического блока по отношению к входному объективу дальномера, нижний столик крепится на подставке, которая может перемещаться по высоте. Подставка крепится в рейтере, устанавливаемом на оптическую скамью.

Для питания элементов установки используется сетевое напряжение 220 в 50 Гц и фильтр сетевой 5 и блок питания 2. Напряжение 12 В подается непосредственно от блока питания на плату формирования стартового импульса и преобразователь (12/5 В) - 18 для подачи на марки 17 и сигнального светодиода 19. Сигналы управления от персонального компьютера 3 подаются в регулируемый светодиодами 21 блок электронный 10, по кабелю USB - 20.

Осветитель установки представляет лазерный излучатель 6 (фиг. 2а), в прямом режиме работы установки используется поворотное зеркало 22 и линзы 7 оптического устройства, формирующего лазерный луч. Использование механических диафрагм с диаметром до 1 мм позволяет уменьшить световой поток примерно в 250 раз, что недостаточно для больших дальностей. Поэтому при отведении поворотного зеркала 22 освещенность линзы 7 производится при использовании зеркала 4 и рассеивающей пластины 23, установленной после пластины (рис. 2б). При выбранной схеме размер , и размер соответствует величине из условия (ƒ - фокусное расстояние оптической системы формирующего лазерного луча). В этом случае ослабление сигнала будет составлять величину , где Е₁ - освещенность линзы по схеме 2а, Е₂ - освещенность линзы по схеме 2б.

Освещенность по схеме 2а:

Освещенность по схеме 2б:

Где I₀ - сила излучения лазера, α - угол между направлениями и , P - коэффициент отражения от пластины 4, А_диаф - площадь диафрагмы.

Соотношение освещенности и будет определять ослабление светового потока.

При выборе

при А_диаф=2 мм, α=45°, Р=0,6

При этом в дальнейшем освещенность будет изменяться калиброванными диафрагмами. Минимальная величина на выходе установки составит освещенность Е_вых ~10^-6 Вт/см². Регулировка освещенности может производиться изменением размера l₃, l₄ и l₅ от точки А до элементов схемы и диаметра диафрагмы.

Использование изобретения обеспечивает проверку дальности действия дальномера в широком диапазоне дальностей.

Установка для бестрассовой проверки лазерного дальномера, содержащая ослабитель мощности лазерных импульсов проверяемого дальномера, устройство формирования стартового импульса, персональный компьютер, блок питания, оптическую систему формирования лазерного пучка, куб-призму совмещения изображения сетки в виде излучающих светодиодов с пучком лазера, источник питания сетки, светодиода установки и платы формирования стартового импульса, отличающая тем, что источник света имеет две схемы освещения оптики формирования амплитуды импульсов: одну для небольших дальностей в виде лазера и первого наклонного зеркала и вторую для большой дальности в виде второго наклонного зеркала и светоотражающей пластины с гарантируемым освещением оптики, формирование амплитуды излучения в виде двух объектов, между которыми расположен диск калиброванных диафрагм.

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и может быть использовано в системах компьютерного зрения, предназначенных для решения задачи измерения дальности до объекта по его единственному цифровому видеоизображению. Заявленный способ косвенного измерения дальности от маневрового тепловоза до вагона заключается в формировании видеокамерой цифрового видеоизображения, выделении контурного препарата и сопоставлении физического размера априорно известного объекта съемки, с его размером в пикселях, определенным по контурному препарату видеоизображения, в котором при нахождении маневрового тепловоза на прямолинейном участке железнодорожного пути на видеоизображении выделяют сектор, в пределах которого формируют конкурный препарат вертикальных линий.

Способ и система контроля точности лазерного дальномера // 2745579

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к способам и системам проверки точности измерения расстояний с помощью лазерных дальномеров. Согласно предложенному способу контроля в компьютер 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.

Способ локализации и построения навигационных карт мобильного сервисного робота // 2740229

Изобретение относится к робототехнике. В способе локализации и построения навигационных карт мобильного сервисного робота, эксплуатирующегося в помещении, корректируют текущие координаты робота и пройденной траектории с использованием стационарных светоотражающих маяков с установленной на каждом из маяков RFID-меткой.

Способ косвенного измерения дальности от маневрового тепловоза до вагона на прямолинейном участке железнодорожного пути // 2729512

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и может быть использовано в системах компьютерного зрения, предназначенных для решения задачи измерения дальности до объекта по его единственному цифровому видеоизображению. Заявленный способ косвенного измерения дальности от маневрового тепловоза до вагона заключается в формировании видеокамерой цифрового видеоизображения, выделении контурного препарата и сопоставлении физического размера априорно известного объекта съемки с его размером в пикселях, определенным по контурному препарату видеоизображения.

Способ контроля вероятности достоверных измерений // 2715167

Изобретение относится к технике обнаружения сигналов при воздействии помех, например, в лазерной дальнометрии или в системах охранной сигнализации. Техническим результатом является сокращение объема испытаний при обеспечении необходимой надежности оценки вероятности недостоверных измерений.

Способ измерения длины колонны труб при спускоподъёмных операциях // 2713280

Изобретение относится к нефтегазодобывающей промышленности и может быть использовано для определения длины колонны труб оптическими методами. Технической задачей предлагаемого изобретение является создание способа измерения длины труб при спускоподъёмных операциях, упрощающего использование за счет применения для измерений лазерного длинномера и не зависящего от внешних факторов.

Способ геодезического мониторинга деформационного состояния земной поверхности на территории разрабатываемых открытым способом крупных рудных месторождений с применением технологии лазерного сканирования // 2698411

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат - повышение эффективности и достоверности геодезического мониторинга.

Фотограмметрический способ измерения расстояний вращением цифрового фотоаппарата // 2685761

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в координатно-измерительных системах, устройствах для формирования объемных изображений. Заявленный фотограмметрический способ измерения расстояний вращением цифрового фотоаппарата заключается в горизонтировании фотоаппарата, так чтобы его плоскость снимка располагалась вертикально, формировании на ней двух изображений объектов, получаемых до и после поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, проходящей через точку пересечения плоскости снимка с главной оптической осью фотоаппарата, на заданный угол.

Универсальная установка для проверки лазерного дальномера // 2678259

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники импульсных лазерных дальномеров. Универсальная установка для проверки лазерного дальномера (ЛД) содержит ослабитель мощности лазерных импульсов проверяемого ЛД, устройство формирования стартового импульса, устройство сопряжения, персональный компьютер (ПК), источник питания лазерного излучателя, параболическое зеркало, визуализатор, телевизионную камеру, сопряженную с ПК и визуализатором, светодиод с диафрагмой, лазерные диоды с оптическими ослабителями излучения для длин волн λ1 и λ2, цифровую плату, сопряженную с лазерными диодами и ПК, блок фотоприемников с ослабителями, телескопическую систему, зеркальный шарнир, измеритель энергии излучения, сопряженный с ПК, осциллограф.

Лазерный целеуказатель-дальномер // 2665352

Изобретение относится к военной технике, а именно к аппаратуре лазерного целеуказания и дальнометрирования. Лазерный целеуказатель-дальномер (далее ЛЦД) содержит приемопередатчик 1, в корпусе которого расположены приемно-визирный 11 и излучающий 12 каналы, систему наведения 2 с приводами поворота платформы 14 вокруг вертикальной и горизонтальной осей и измерителями горизонтального угла и угла места, блок питания, треногу 3, цепь 6, талреп 7, якорь 8, карабин 9 и шуруп с петлей 10, причем опорный элемент 18 треноги 3 выполнен с шаровой направляющей 19 и возможностью крепления цепи 6, при этом стол 15 с зажимным устройством 4 установлен на шаровой направляющей 19 с возможностью поворота на 360° и наклона на угол до 90° и фиксацией относительно последней, при этом талреп 7 одним своим концом в виде крюка предназначен для зацепления с любым звеном цепи 6, а другим концом посредством карабина 9 - с якорем 8 или шурупом с петлей 10.