Устройство имитации дальности

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим имитаторам дальности, используемым для проверки работы лазерного дальномера. Устройство имитации дальности для проверки лазерного дальномера содержит по крайней мере один оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью, обращенный вогнутостью к лазерному дальномеру. В фокальной точке оптического элемента с вогнутой рабочей поверхностью закреплен торец оптического волокна, образующего линию задержки лазерного импульса. Оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью выполнен из материала с показателем поглощения от 0,04 до 2 в слое толщиной 1 мм для излучения с рабочей длиной волны лазерного дальномера и выполнены соотношения геометрических параметров устройства имитации дальности, обеспечивающие минимальные габариты имитатора. Кроме того, в устройстве имитации дальности возможен контроль лазерного дальномера с коаксиальным расположением передающего и приемного каналов. Технический результат - упрощение конструкции устройства имитации дальности за счет выполнения оптической части устройства преимущественно в виде одного оптического элемента, обеспечение имитации реальных потерь энергии импульса лазерного дальномера или заданного соотношения мощности излучаемого и принимаемого импульсов, изменение диаметра светового пучка до величины диаметра входного окна фотоприемного канала лазерного дальномера и возможность контроля лазерного дальномера, выполненного по коаксиальной схеме, при минимальных габаритах имитатора. 3 ил.

 

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности, к устройствам имитации дальности, используемым для проверки работы лазерных дальномеров и имитирующими реальную трассу прохождения лазерного импульса от излучателя до цели и обратно - от цели до входного окна приемного канала дальномера.

Устройства имитации дальности должны обеспечивать прием лазерного импульса от излучателя контролируемого лазерного дальномера и формирование обратного импульса, задержанного на время двукратного прохождения имитируемой трассы. Возвращаемый от имитатора импульс должен быть сформирован в виде светового пучка, параллельного выходному световому пучку излучающего канала лазерного дальномера, ослаблен до уровня, соответствующего реальным потерям энергии импульса лазерного дальномера или заданного соотношения мощности излучаемого и принимаемого импульсов и изменен по диаметру светового пучка до величины диаметра входного окна фотоприемного канала лазерного дальномера. В отдельных случаях, кроме параллельности, необходима соосность входного и выходного световых пучков, если контролируемый лазерный дальномер выполнен коаксиальным, то есть с совпадающими оптическими осями излучающего и приемного каналов.

Известен оптический имитатор дальности, описанный в патенте США №4627723, НКИ 356/5; 356/6; 434/4, опубл. 09.05.1984 г., содержащий входную оптическую систему, концентрирующую энергию импульса дальномера на входном торце оптической линии задержки, выходную оптическую систему с размещенным в ее фокальной точке выходным торцом оптической линии задержки, и оптический мост, включающий два светоделительных зеркала между входной и выходной оптическими системами. Система реализует циклический процесс передачи части энергии лазерного импульса с выхода линии задержки на ее вход, что позволяет получить несколько импульсов на входе фотоприемного устройства дальномера в ответ на один импульс излучателя дальномера, и за счет этого уменьшить длину оптоволокна в линии задержки. Однако данная система усложнена элементами оптического моста, исключающего, к тому же, проверку лазерного дальномера, выполненного по коаксиальной схеме.

Наиболее близким аналогом заявленного технического решения является способ имитации дальности и устройство для его осуществления, описанные в патенте RU №2249231, МПК G01S 7/48; G01C 3/00, опубл. 27.03.2005 г., в котором устройство для проверки лазерного дальномера, измеряющего задержку лазерного импульса на входе приемного канала относительно импульса на выходе излучающего канала, содержит оптические элементы, образующие входной и выходной каналы, стыкуемые соответственно с излучающим и приемным каналами контролируемого дальномера, и линию задержки светового импульса, выполненную из оптического волокна, причем оптические элементы включают плоское зеркало с центральным сквозным отверстием, сферическое зеркало, объектив, плоское зеркало с внеосевым отверстием и поворотное зеркало, при этом один торец линии задержки расположен в фокальной плоскости объектива на оси, проходящей через центр плоского зеркала с центральным сквозным отверстием, а другой торец линии задержки расположен в центре сферического зеркала, причем зеркало с центральным сквозным отверстием расположено под углом к выходному световому пучку излучателя лазерного дальномера, а непосредственно за объективом размещено плоское зеркало с внеосевым отверстием, за которым перед приемным каналом лазерного дальномера расположено поворотное зеркало. Уменьшение длины оптического волокна в два раза достигнуто за счет двойного прохождения световых импульсов через линию задержки, т.е. в прямом и обратном направлении. Увеличение возможной измеряемой дальности достигается увеличением серии повторных импульсов за счет уменьшения потери световой энергии на границе раздела двух сред в результате сокращения количества границ раздела путем использования отверстий оптических элементов.

Данное устройство содержит элемент с вогнутой поверхностью оптического качества. В центре кривизны указанной поверхности установлен торец оптического волокна, обеспечивающего задержку светового импульса. Другие оптические элементы обеспечивают возврат части энергии импульса, прошедшего линию задержки таким образом, что энергия задержанного импульса вновь проходит линию задержки и направляется в фотоприемное устройство лазерного дальномера после предшествующего импульса. Тем самым может быть реализован циклический процесс с получением нескольких отсчетов дальности в ответ на один импульс излучателя. Данное устройство имеет сложную конструкцию и не дает возможности проверки лазерного дальномера, выполненного с коаксиальны расположением передающего и приемного каналов.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства имитации дальности упрощенной конструкции с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - упрощение конструкции устройства имитации дальности за счет выполнения оптической части устройства, преимущественно, в виде одного оптического элемента, имитация реальных потерь энергии импульса лазерного дальномера или заданного соотношения мощности излучаемого и принимаемого импульсов, изменение диаметра светового пучка до величины диаметра входного окна фотоприемного канала лазерного дальномера, обеспечение возможности контроля лазерного дальномера, выполненного по коаксиальной схеме, и получение минимальных габаритов устройства имитации дальности.

Это достигается тем, что в устройстве имитации дальности, предназначенным для проверки лазерного дальномера, измеряющего задержку лазерного импульса на входе его приемного канала относительно импульса на выходе его излучателя, содержащее, по крайней мере, один оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью, обращенной вогнутостью к торцу оптического волокна, образующего линию задержки лазерного импульса, в отличие от известного, торец оптического волокна установлен в фокальной точке оптического элемента с вогнутой рабочей поверхностью, выполненного из материала с показателем поглощения от 0,04 до 2 в слое толщиной 1 мм для излучения с рабочей длиной волны контролируемого лазерного дальномера, кроме того, между световым диаметром D и радиусом R рабочей поверхности оптического элемента, диаметром Dи излучающего канала контролируемого дальномера, диаметром Dп приемного канала контролируемого дальномера, расстоянием А между оптическими осями излучающего и приемного каналов и апертурным углом а оптического волокна, для D определены условия:

при А>0 и D≥R sin α, D≥А+Dи/2+Dп/2,

при А=0 и D≥R sin α, D≥Dп

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена оптическая схема устройства имитации дальности для проверки лазерного дальномера, содержащего, излучающий и фотоприемный каналы, разнесенные на величину А.

На фиг. 2 представлена оптическая схема аналогичного устройства, предназначенного для проверки лазерного дальномера коаксиального типа.

На фиг. 3 представлена оптическая схема аналогичного устройства, предназначенного как для проверки лазерного дальномера коаксиального типа, так и для лазерного дальномера с раздельными каналами, если диаметр входного окна устройства имитации дальности это позволяет.

Устройство имитации дальности (фиг. 1) при котором фотоприемный и излучающий каналы лазерного дальномера параллельны друг другу и разнесены на величину А, содержит входное окно 1 для излучающего канала лазерного дальномера, характеризующегося световым диаметром Dи, оптический элемент 2 с вогнутой рабочей поверхностью радиусом R, обращенный вогнутостью к закрепленному в фокальной точке рабочей поверхности торцу оптического волокна 3, образующего линию задержки лазерного импульса, и выходное окно 4, соответствующее фотоприемному каналу лазерного дальномера, характеризующегося диаметром - Dп входного зрачка фотоприемного канала лазерного дальномера, а все устройство объединено в корпусе 5. Оптический элемент 2 выполнен из материала с показателем поглощения от 0,04 до 2 в слое материала толщиной 1 мм для излучения с рабочей длиной волны лазерного дальномера, и, кроме того, с радиусом вогнутой рабочей поверхности - R, и световым диаметром D вогнутой рабочей поверхности. Оптическое волокно 3 характеризуется апертурным углом α. Один торец оптического волокна 3 расположен в фокальной точке F' оптического элемента 2, а второй торец оптического волокна 3 за счет собственного коэффициента отражения возвращает лазерный импульс назад в фокальную точку F' оптического элемента 2 с задержкой на время, равное 2Ln/c, где L и n - длина оптоволокна и показатель преломления его центральной жилы соответственно, с - скорость света. Таким образом, возможен выбор параметров и длины оптического волокна 3. Оптический элемент 2 характеризуется световым диаметром D вогнутой поверхности. Условия, обеспечивающие минимальные габариты устройства имитации дальности и отсутствие виньетирования световых пучков, при которых D определен из соотношений:

при А>0 и D≥R sin α, D≥А+Dи/2+Dп/2,

Устройство имитации дальности (фиг. 2), позволяет проводить проверку лазерного дальномера, в котором фотоприемный и излучающий каналы коаксиальны, т.е. параллельны, но не разнесены друг от друга. В этом случае D определен из условий: при А=0 и D≥R sin α, D≥Dп Входное и выходное окна устройства при этом объединены в одно окно 6.

Устройство имитации дальности (фиг. 3) выполненное с объединенным окном 6, может быть использовано и для лазерного дальномера с разнесенными каналами (А>0), если диаметр D для этого достаточен.

Устройство имитации дальности работает следующим образом. Световой пучок излучателя лазерного дальномера диаметром Dи направляется во входное окно 1 (фиг. 1), входное окно 6 (фиг. 2), или входное окно 6 (фиг. 3), в зависимости от расположения фотоприемного и излучающего каналов лазерного дальномера. Пучок отражается от вогнутой поверхности оптического элемента 2 и концентрируется на торце оптоволокна 3, входит в оптоволокно 3 и распространяется к его противоположному торцу, отразившись от которого, импульс возвращается к первому торцу с задержкой на время, равное 2Ln/c, где L и n - длина оптоволокна и показатель преломления его центральной жилы соответственно, с - скорость света. Далее, возвращенный к первому торцу световой пучок расширяется в пределах двойного апертурного угла α оптоволокна 3, при этом, апертурный угол α оптоволокна 3 может составлять величину от 0,1 до 0,5 в соответствии, например, с каталогом одного из производителей оптоволокна см., например, https://www.thorlabs.de/navigation.cfm?guide_id=2284.

Возвращенный и расширенный оптоволокном 3 световой пучок преобразуется вогнутой поверхностью оптического элемента 2 в коллимированный и входит в выходное окно 4 с диаметром на выходе, равным Dп устройства имитации дальности и далее - в фотоприемный канал контролируемого лазерного дальномера, в норме вызывая его срабатывание и индикацию дальности, равной Ln/c.

В предлагаемом устройстве имитации дальности, как и в ближайшем аналоге, не исключается и последующее циклическое срабатывание лазерного дальномера, поскольку первый торец оптоволокна 3, как и второй, может давать достаточное обратное отражение внутрь в сторону другого торца, отражение от которого может быть достаточным для второго срабатывания дальномера от единственного импульса излучателя, как и в указанных выше аналогах описанной системы. В практической реализации отмечались и троекратные срабатывания дальномера от одного импульса излучателя.

Таким образом, достигнут технический результат - создано устройство имитации дальности упрощенной конструкции за счет выполнения оптической части устройства в виде одного оптического элемента, обеспечивающего имитацию реальных потерь энергии импульса лазерного дальномера или заданного соотношения мощности излучаемого и принимаемого импульсов, изменение диаметра светового пучка до величины диаметра входного окна фотоприемного канала лазерного дальномера и возможность контроля лазерного дальномера с коаксиальным расположением каналов при минимальных габаритах устройства имитации дальности.

Устройство имитации дальности, предназначенное для проверки лазерного дальномера, измеряющего задержку лазерного импульса на входе приемного канала относительно импульса на выходе излучателя, содержащее по крайней мере один оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью, обращенной вогнутостью к торцу оптического волокна, образующего линию задержки лазерного импульса, отличающееся тем, что торец оптического волокна установлен в фокальной точке оптического элемента с вогнутой рабочей поверхностью, выполненного из материала с показателем поглощения от 0,04 до 2 в слое толщиной 1 мм для излучения с рабочей длиной волны контролируемого лазерного дальномера, кроме того, световой диаметр D связан с радиусом R рабочей поверхности оптического элемента, диаметром Dи излучающего канала контролируемого дальномера, диаметром Dп приемного канала контролируемого дальномера, расстоянием А между оптическими осями излучающего и приемного каналов и апертурным углом α оптического волокна, исходя из одновременного выполнения условий:

при А>0 и D≥R sin α, D≥А+Dи/2+Dп/2,
при А=0 и D≥R sin α, D≥Dп.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для юстировки элементов оптических схем, размещенных в корпусе цилиндрической формы, во время сборки.

Изобретение может быть использовано при сборке и юстировке зеркальных и зеркально-линзовых объективов. Способ включает формирование от когерентного источника сферических опорного и объектного волновых фронтов, получение интерференционной картины в результате взаимодействия отраженных от эталонной и асферической поверхностей опорного и объектного волновых фронтов и определение по ней положения оси асферической поверхности.

Способ монтажной настройки элементов оптической системы содержит два этапа. Сначала путем перемещения настраиваемых элементов устанавливают их в соответствии с заданной геометрической осью и заданными расстояниями между элементами оптической системы.

Устройство содержит главное зеркало (ГЗ) 4, вторичное зеркало (ВЗ) 5, первое плоское зеркало-имитатор 6 оптической оси ГЗ 4, жестко связанное с ГЗ 4 и перпендикулярное оптической оси ГЗ 4, и второе плоское зеркало-имитатор 7 оптической оси ВЗ 5, жестко связанное с ВЗ 5 и перпендикулярное его оптической оси; первый автоколлиматор фотоэлектрический (АКФ) 8; первую перископическую систему 9; два привода наклонов 10, 11 и три привода линейных смещений 12, 13, 14 ВЗ 5; первую 16 и вторую 17 пентапризмы.

Изобретение относится к области лазерной техники и касается устройства юстировки оправы оптического элемента. Устройство содержит закрепленный на кронштейне корпус, в отверстии которого установлен оптический элемент, фиксирующие элементы, фиксатор юстировки и пружину.
Изобретение относится к области лазерной техники и может быть использовано для проведения юстировки элементов лазерных установок, в том числе при наличии оптических аберраций в тракте.

Способ юстировки включает предварительную сборку объектива по геометрическим базам, формирование автоколлимационного изображения путем установки фокальной точки объектива интерферометра на оси главного зеркала в фокусе объектива и анализирование волнового фронта объектива в автоколлимационной схеме с плоским зеркалом в двух расположенных симметрично относительно центра точках поля зрения.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для создания крепежных и юстировочных устройств. Устройство содержит малую оптическую направляющую с профилем «ласточкин хвост», основание рейтера с таким же профилем, направляющую вращательного движения с цилиндрической рабочей поверхностью, содержащую цапфу, опорную втулку.

Изобретение может быть использовано для автоматизированной юстировки элементов усилительного канала лазерных установок. Способ включает получение изображений юстировочного лазерного пучка и маркеров контрольных элементов оптической системы, центр которых определяется по паре маркеров, расположенных по обе стороны от центра на одинаковом расстоянии от него.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для определения ошибок ориентации измерительных осей гироскопов и маятниковых акселерометров в БИНС после температурных, вибрационных или ударных воздействий, а также в процессе эксплуатации.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может найти применение для размещения и проведения испытаний систем спутниковой навигации, устанавливаемых на шасси наземных транспортных средств.

Использование: для изготовления роторов сверхпроводящих криогенных гироскопов. Сущность изобретения заключается в том, что способ изготовления сферического ротора криогенного гироскопа включает формирование сферической подложки, нанесение на подложку сверхпроводящего ниобиевого покрытия электрохимическим осаждением из расплава галогенидов щелочных металлов и соли ниобия с использованием растворимого анода и вращающегося катода и механическое полирование поверхности сверхпроводящего покрытия, при этом в качестве материала подложки ротора используют углеситалл, перед нанесением сверхпроводящего покрытия на сферической подложке выполняют кольцевой срез по ее экватору, электрохимическое осаждение сверхпроводящего покрытия ведут при катодной плотности тока 100-300 А/м2, температуре 700-850°С и скорости вращения катода 30-40 об/мин, а после механического полирования поверхности сверхпроводящего покрытия на него наносят оксидную пленку ниобия.

Изобретение относится к гироскопической технике и может быть использовано для регулирования и испытаний роторных вибрационных гироскопов. Способ включает определение резонансной скорости вращения роторного вибрационного гироскопа путем изменения частоты его вращения по линейному закону и контроля амплитуды колебаний ротора по сигналу датчика угла гироскопа.

Изобретение относится к калибровке датчиков в скважине. Техническим результатом является устранение ограничений при калибровке температурного дрейфа и других погрешностей датчика каротажных приборов.

Настоящее изобретение относится к той проблеме, что обычный алгоритм начального выравнивания не подходит для устройств инерциальной навигации с низкой стоимостью и низкой производительностью в области сельскохозяйственных машин и технологических машин.

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в системах выявления неисправностей и отказов бортовых измерителей параметров движения (например, ДИСС, баровысотомер, радиовысотомер и др.) и спутникового навигационного оборудования движущихся объектов.

Настоящее изобретение относится к области устройств измерения пространственного положения, в частности к способу прецизионной калибровки систем измерения пространственного положения.

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при изготовлении роторов шаровых гироскопов, в частности криогенного гироскопа.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к испытательному оборудованию, и может быть использовано в качестве устройства для проверки параметров, калибровки и климатических испытаний датчиков угловых скоростей, узлов и компонентов гироинерциальных систем.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к испытательному оборудованию, и предназначено для аттестации и верификации преобразователей инерциальной информации (ДУС, акселерометров, гироскопических устройств различного назначения), систем навигации (платформенных, бесплатформенных и др.), стабилизации и ориентации, в методах контроля которых предусмотрены последовательные или одновременные развороты за заданное время по двум осям на углы не превышающие ±360°. Двухосный поворотный стенд содержит основание, установочную платформу, закрепленную на двухосном подвесе, приводы и фотоэлектрические датчики угла, расположенные по осям внутренней и внешней рамы подвеса, блок питания, управления и контроля. Дополнительно введены две демпфирующие муфты; в качестве приводов использованы шаговые двигатели с червячными редукторами. Привод каждой оси снабжен своим контроллером управления, обеспечивающим независимое управление. На основании, рамах и платформе предусмотрены специальные площадки, обеспечивающие контроль ориентации проверяемого прибора. Введены также кронштейн с разгрузочным устройством для закрепления штатных кабелей испытуемых приборов, эквивалент проверяемого прибора, обеспечивающий контроль точности разворота, концевые выключатели и стопорные механизмы, предотвращающие разворот рам более ±360°. Техническим результатом является создание простого и надежного двухосного стенда, предназначенного для обеспечения требуемой последовательности поворотов проверяемых приборов при проведении испытаний, с установкой в заданные угловые положения по углу крена и тангажа в пределах ±360°. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оптическому приборостроению, в частности к оптическим имитаторам дальности, используемым для проверки работы лазерного дальномера. Устройство имитации дальности для проверки лазерного дальномера содержит по крайней мере один оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью, обращенный вогнутостью к лазерному дальномеру. В фокальной точке оптического элемента с вогнутой рабочей поверхностью закреплен торец оптического волокна, образующего линию задержки лазерного импульса. Оптический элемент с вогнутой рабочей поверхностью выполнен из материала с показателем поглощения от 0,04 до 2 в слое толщиной 1 мм для излучения с рабочей длиной волны лазерного дальномера и выполнены соотношения геометрических параметров устройства имитации дальности, обеспечивающие минимальные габариты имитатора. Кроме того, в устройстве имитации дальности возможен контроль лазерного дальномера с коаксиальным расположением передающего и приемного каналов. Технический результат - упрощение конструкции устройства имитации дальности за счет выполнения оптической части устройства преимущественно в виде одного оптического элемента, обеспечение имитации реальных потерь энергии импульса лазерного дальномера или заданного соотношения мощности излучаемого и принимаемого импульсов, изменение диаметра светового пучка до величины диаметра входного окна фотоприемного канала лазерного дальномера и возможность контроля лазерного дальномера, выполненного по коаксиальной схеме, при минимальных габаритах имитатора. 3 ил.

Наверх