Способ определения расстояний до водной поверхности

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЙ ДО ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ путем посылки на водную поверхность импульса оптического излучения, приема отраженного сигнала и определения расстояния до водн(гй поверхности по времени прихода отраженного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и точности измерений, из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С0ЦИАЛИСтИЧЕСНИХ

РЕС 1УВЛИН (l9) (I I J

4(51) G 01 С 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОРСКОМУ СНИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3594485/24-10 (22) 11.02.83 (46) 23.04.85. Бюл. Ф 15 (72) О.И.Абрамов, В.И.Еремин, Г.Г.Карлсен и А.В.Кравцов (71) Всесоюзный электротехнический институт нм. В.И.Ленина (53) 528.5 14(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 100867, кл. С 01 С 3/08, 1953.

2. Авторское свидетельство СССР

В 256291, кл. С 01 S 17/08, t969 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯННА ДО ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ путем посылки на водную поверхность импульса оптического излучения, приема отраженного сигнала и определения расстояния до водн эй поверхности по времени прихода отраженного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и точности измерений, из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния.

1151819

Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть испольэовано в авиации, метеорологии и океанологии.

Известен способ определения расстояний путем сравнения разности фаз отправленного и принятого промодулированного по амплитуде светового потока (1j .

Наиболее близким к предлагаемому 10 по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения расстояний с помощью импульсного источника света, который заключается в следующем. I5

Полупроводниковым лазером формируется световой импульс, направляемый в точку поверхности, расстояние до которой требуется определить.

На лоцируемой поверхности образуется отраженный сигнал, улавливаемый фотоприемником и обрабатываемый электронной схемой. Расстояние до лоцируемого объекта измеряется по времени задержки принятого сигнала 25 относительно опорного (2) .

Недостатком известного способа измерения, существенно мешающим точному измерению параметров принятого импульса, являются случайные изменения амплитуды отраженного сигнала. Особенно большие флуктуации амплитуды (до 2-3 порядков) проявляются при оптической локации поверхности природных водоемов при

35 наличии волнения и попадания в приемник зеркальной составляющей сигнала (бликов), поэтому в схеме обработки для компенсации этого явления необходимо принимать специальные 40 меры (автоматическую регулировку усиления с широким динамическим диапазоном).

Целью изобретения является повышение стабильности и точности измерений.

Для достижения поставленной цели согласно способу определения расстоя-, ний до водной поверхности путем по- 50 сыпки на водную поверхность импульса оптического излучения, приема отраженного сигнала и определения расстояния до водной поверхности по времени прихода отраженного сигнала, из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния.

В природных водах наблюдается явление фотолюминесценции. Согласно закону Стокса-Ломмеля, спектр фотолюминесценции (преобразованного по спектру излучения) и его максимум сдвинуты по сравнению со спектром возбуждающего излучения и его максимумом в сторону более длинных волн.

Особенностью предлагаемого способа измерения расстояний до водной поверхности с помощью импульсного источника оптического излучения, например УФ-лазера, является использование преобразованного излучения в качестве ответного сигнала, для чего на фотоприемнике устанавливают оптические фильтры, не пропускающие первичное излучение. При этом ампли/ туда принятого приемником локатора сигнала слабо зависит от состояния водной цоверхности, так как исключается попадание в приемник зеркальной составляющей отраженного сигнала (бликов), а преобразованное излучение имеет диффузный характер, и его интенсивность не зависит от состояния водной поверхности.

В качестве конкретной реализации способа измерения расстояний до вод- ной поверхности с помощью импульсного источника оптического излучения предлагается оптический волнограф со сканирующим лучом. Волнограф предназначен для непрерывного измерения и записи высоты и профиля морского волнения. Блок-схема волнографа приведена на чертеже.

Волнограф состоит из импульсного лазера ЛГИ-21 1, работающего на длине волны 9 0,337 мкм. Генератор синхроимпульсов лазера соединен с блоком 2 обработки сигнала и управления шаговым двигателем, в котором при каждом излученном импульсе определяется наличие или отсутствие принятого импульса, и в зависимости от этого задается направление сканирования луча лазера. К выходу блока обработки и управления подключен реверсивный шаговый двигатель 3, ось которого через редуктор соединена с плоским зеркалом 4. К управляющему входу блока обработки и управления подключен фотоприемник 5, оптическая система которого состоит из объектива 6 и фильтра ЖС-! 1 7 . К выходу блока обработки иуправления подключенытакже самописец 8 и индикаторныйблок 9.

1151819 кальное отражение лазерного импульса в точке, не находящейся в поле зрения приемника. Амплитуда импульса может быть так велика, что из — за рассеяния его на деталях объектива возможно попадание света в фотоприем) 1 ник что вызовет ложное срабатывание схемы управления. Во избежание этого эффекта в качестве отраженного

10 сигнала используется преобразован— .ное по спектру излучение, обусловленное фотолюминесценцией воды и соглас. но закону Стокса-Ломмеля имеющее г длину волны большую, чем у первичного излучения. Преобразованное по спектру излучение имеет диффузный характер, что исключает возможность зеркальных отражений. Это же обстоятельство приводит к повышению ста20 бильностч отраженного сигнала и, следовательно, стабильности принятого сигнала.

Импульсный лазер ЛГИ-21 генерирует оптические импульсы с частотой повторения 100 Гц. Одновременно с оптическими вырабатываются электрические синхроимпульсы, поступающие в блок обработки и управления, в котором формируются импульсы управления реверсивным шаговым двигателем.

При каждом оптическом импульсе плоское зеркало поворачивается на

) угол Sg = 10 . Перед началом работы прибора устанавливается ot = О, Угол поворота зеркала в этом случае однозначно определяется числом генерированных лазером оптических импульсов (или равным ему числом синхроимпульсов). B блоке обработки и управления находится реверсивный счетчик, подсчитывающий число синхроимпульсов.

Зеркало поворачивается до тех пор, пока световой импульс не попадает на поверхность воды в точке пересечения с осью фотоприемника (на

1 чертеже точка a ) . .При этом/на выходе фотоприемника появляется импульс, подаваемый на управляющий вход блока обработки и управления, При подаче этого импульса происходит считывание со счетчика числа, про— порционального углу 5 . По уравнению H + h = L tg e4 (L задано конструкцией прибора) определяется искомое расстояние Н.

При наличии сигнала на выходе фотоприемника схемой обработки и управления вырабатывается импульс, переключающий шаговый двигатель в реверсивный режим. При этом реверсирующий импульс подается на счетчик, и числа, соответствующие шагу угла поворота 8 oL вычитаются из значения угла . Реверсивный режим про.должается до тех пор, пока оптический импульс будет попадать в поле зрения объектива фотоприемника.

Водная поверхность может иметь такие неровности, что возможно зерДля устранения возможности попада.

25 ния в фотоприемник первичного излучения, в объектив фотоприемника помещен светофильтр ЖС-11, не пропускающий излучение с Ъ = 0,337 мкм.

Таким образом, в волнографе со

gp сканир тощим лучом, построенном по схеме базового дальномера, используется преобразованное по спектру излучение в целях повышения устойчивости работы прибора.

В результате использования преобразованного излучения в оптическом локаторе достигается повышение стабильности и точности измерений, а также упрощение аппаратуры. Иск40 лючение из состава аппаратуры целого ряда электронных блоков (например, широкодиапазонной АРУ) приведет к удешевлению измерительных установок как в производстве, так и в эксплуа45 тации. Повышение стабильности и точности измерений в авиации повышает безопасность полетов самолетов.

Составитель В Агапова

Техред С.Легеза Корректор С. Черни

Редактор Т.Кугрышева

Подписное

Филиал ППП "Патейт", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 2308/30 Тираж б51

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5