CN208902871U - 一种快速测量激光测距***性能的装置 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种快速测量激光测距***性能的装置，该专利利用分色片的分光功能，将带有刻线的分划板与激光光纤端面等距离的固定到分色片两侧，通过光纤将延时回波发生器组件产生的激光经过平行光管发射至被检设备，同时在平行光管焦面放置光纤输出的信标光源作为指示光，来实现快速测量激光测距***性能。该装置及方法可用于激光测距***中的激光发散角、光斑能量以及激光测距***测距能力的检测，还可用于标定被检设备激光收发的光轴偏差。该专利的装置及方法也适用于各种激光测距***性能的实时标定，也适用于主被动结合的光电***收发同轴检测等领域，该***焦面模块固定、定标方法简单、价格低廉。
Description
技术领域
本专利属于光学检测技术领域，尤其涉及一种快速测量激光测距***性能的装置，它特别适用于由瞄准装置及激光发射模块、激光接收模块组成的激光测距***的外场快速测试需求、各种激光主被动结合的光电***收发同轴检测等领域。
背景技术
激光测距***现在已经成为陆军各兵种观瞄仪器的重要组成部分；如装甲兵部队主战坦克、机械化步兵战车的各型炮长稳像瞄准镜、车长周视瞄准镜、测瞄制导仪等，激光测距***使能够实现搜索观察、目标测距、方位测量的一种快速、准确、便捷的现代化设备；由于是集光、电、传感器等技术于一体、结构复杂、故障率较高。特别是当前高强度实战化训练中，激光测距***一旦发生故障，将会影响指挥的作战目的。由于不能通用化的解决步兵、炮兵、装甲兵及海防守岛部队激光测距***的检测维修问题，造成检测维系设备型号繁多、功能单一，经费资源多，保障效率低的问题长期难以解决。为解决这些问题，通过集成方法统一测量所有指标将越来越被需要。针对激光测距***检测技术和手段现状，迫切需要研究能够在野外和室内通用、单兵和车载通用、部队级和基地级通用的满足陆军各兵种激光测距***的一种通用化性能检测技术和手段；可为陆军装备保障力量建设提供一定的支撑。对激光光学仪器来说，光轴配准度是仪器的关键技术指标之一，光轴的变化将直接影响到***的探测水平，而随着各种光学仪器应用范围的扩大和应用需求的提高，对光学仪器的稳定性、光轴配准精度的要求也越来越高，也对光学仪器的地面定标及性能测试提出了更高的要求。激光遥感***的探测能力指标主要包括***测距精度、探测范围(最大测程、最小测程)、测距分辨率和探测概率(虚警率、漏警率)。而光轴配准度的变化将直接影响到***的探测能力，这就要求能有标准的仪器或设备能对其进行测试，并及时标定出变化情况。
发明内容
本专利的目的是提供一种快速测量激光测距***性能的装置。该专利利用分色片的分光功能，将带有刻线的分划板与激光光纤端面等距离的固定到分色片两侧，通过光纤将延时回波发生器组件产生的激光经过平行光管发射至被检设备，同时在平行光管焦面放置光纤输出的信标光源作为指示光。该***可以用于激光测距***中的激光发散角、光斑能量以及激光测距***测距能力的检测，还可用于标定被检设备激光收发的光轴偏差。该专利适用于各种激光测距***性能的实时标定，也适用于主被动结合的光电***收发同轴检测等领域，该***焦面模块固定、定标方法简单、价格低廉。
本专利方法的检测装置如附图1所示：该专利装置该由光纤输出信标光源1、分色片2、激光能量可控制衰减装置3、延时回波发生器组件4、衰减装置5、照明装置6、带有刻线的分划板7、探测相机8、分光片9、平行光管10、角反射器12组成。其中光纤输出信标光源1的光纤端面、延时回波发生器组件4出射光纤端面、带有刻线的分划板7均放置于平行光管10的焦面处，首先开启光纤输出信标光源1，信标光源通过分色片2、分光片9后经平行光管 10准直输出，输出光瞄准被测激光测距***11；被测激光测距***11利用瞄准装置11-1对准光纤输出信标光源1，开启被测激光测距***11中的激光，该激光经过平行光管10会聚于带有刻线的分划板7上，开启照明装置6照亮带有刻线的分划板7，利用衰减装置5将激光能量控制在合适强度，通过探测相机8观察带有刻线的分划板7上的激光光斑大小，该激光光斑的大小与平行光管10焦距的比值即被测激光测距***11的激光发散角；利用延时回波发生器组件4采集带有刻线的分划板7上散射激光脉冲信号，通过脉冲信号产生的延时回波经延时回波发生器组件4出射光纤端面发射，经过平行光管10准直输出，通过被测激光测距***11的激光接收模块11-3是否探测到信号来判断收发同轴是否保持良好，同时可以通过激光能量可控制衰减装置3来控制输出信号大小，从而模拟被测激光测距***11对不同距离的测距能力。
所述的角反射器12放置于被测激光测距***位置对测量装置进行自检。
所述的光纤输出信标光源1采用532nm的激光器，输出功率2.5mw。
所述的分色片2对532nm反射，对被测激光测距***的激光透射；通光面面形偏差RMS值λ/[email protected]。
所述的分光片9对光纤输出信标光源1反射，对被测激光测距***的激光半反半透，分光比介于4:6与6:4之间，通光面面形偏差RMS值λ/[email protected]。
所述的延时回波发生器组件4由高速探测器4-1、延迟回波发生器4-2和可控制光纤输出激光器4-3组成；其中高速探测器4-1采用相应波长范围广；延迟回波发生器4-2可以进行光束整形和延时脉冲时间，控制光纤输出激光器4-3与被测激光测距***(11)的出射激光的波长、脉冲相匹配。
所述的照明装置6的照明光源光谱范围需部分覆盖探测相机8的探测波长。
所述的平行光管10的后截距大于带有信标光的焦面模块的外形尺寸。
其具体方法步骤如下：
1首先在平行光管10前放置一个标准平行光源，平行光源的波长与被测激光波长相同，然后将带有刻线的分划板7固定到平行光管10的焦面附近，利用探测相机8观察带有刻线的分划板7上成像光斑大小，调整带有刻线的分划板7的位置使得光斑最小，固定带有刻线的分划板7。
2在带有刻线的分划板7前加入分光片9，入射光将分为两束，透射通道在带有刻线分化板7上成像，反射通道将会产生另一个焦点，在该焦点附近固定延时回波发生器组件4中引光光纤，利用延时回波发生器组件4的输出光纤发射激光，激光波长与被测激光波长相同，将角反射器12放置于平行光管10 前，然后调整延时回波发生器组件4的出光光纤端面前后位置，调整到无论角反射器12放在透射平行光管任何位置，其在带有刻线分划板处的光斑不动为止，固定延时回波发生器组件4的输出光纤。
3在延时回波发生器组件4前加分色片2，在反射通道的焦点处放置光纤输出信标光源1的输出光纤，光纤输出信标光源1经过分色片2、分光片9及平行光管10后，会聚于标准平行光管焦面处，调节光纤输出信标光源1的光纤端面位置，使其在该标准的平行光管成像光斑最小，同时与延时回波发生器组件4发出的激光光斑重合，最后固定光纤输出信标光源1的光纤端面。
4开启光纤输出信标光源1，信标光经过平行光管10准直后粗对准被测激光测距***11，利用被测激光测距***11的瞄准装置11-1来调节其方位、俯仰角度，使光纤输出信标光源1经过平行光管10准直的信标光成像于被测***11的瞄准装置11-1中心，关闭信标光。
5利用照明装置6照亮的带有刻线的分划板7，将被测***11的瞄准*** 11-1与带有刻线的分划板7的十字丝对齐，开启被测激光测距***11中的激光，用探测相机8测量光斑与带有刻线的分划板7十字丝的相对位置，光斑和十字丝的位置差异，即代表了被测激光测距***11中的瞄准装置11-1与激光发射模块11-2的光轴偏差；
6激光照亮带有刻线的分划板7后，部分散射脉冲光被高速探测器4-1探测到，以该信号为起始脉冲，利用延迟回波发生器4-2产生延迟回波后控制激光器发出相同脉冲光，该脉冲光经过可控制光纤输出激光器4-3的光纤出射，出射光经过平行光管准直后经被测激光测距***11中的激光接收模块11-3探测，通过观察激光接收模块11-3的接收响应来判断被测激光测距***11的收发光轴是否配准。
7通过激光能量可控制衰减装置3来模拟不同位置的激光能量来观察被测激光测距***11的响应能力。
通过以上测试，可以获得被测激光测距***11中瞄准***、激光发射***、激光接收***的同轴性；激光发射***的光束质量；激光接收***的测试范围等。
该专利的特点主要体现在：
1)该专利的自检方法简单、成本低廉、适用于野外工作。
2)该专利可覆盖性测试测距***的功能指标。
3)该专利的可以实现快速光轴对准，便于操作。
附图说明
图1为该专利的示意图。
图2为该专利的工作流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本专利方法的实施实例进行详细的描述。
本专利中所采用的主要器件描述如下：
1)光纤输出信标光源1：采用长春新产业的绿光激光器,激光器型号为LFM520，输出功率2.5mw。
2)分色片2:采用Thorlabs公司型号为FGB25分色片，其主要性能参数：采用532nm全反，1064半反半透，通光孔径Φ25mm,面型优于λ/[email protected]。
3)激光能量可控制衰减装置3：采用Thorlabs公司型号为NDC-25C-4,衰减效率从0～(-40)db,口径Φ25mm
4)延时回波发生器组件4：该设备为自制设备，主要由高速探测器4-1、延迟回波发生器4-2和可控制光纤输出激光器4-3组成，高速探测器4-1探测到脉冲信号后，利用延迟回波发生器4-2产生一定间延迟模拟回波信号，从而触发光纤输出激光器4-3的激光器出光，从而产生从而延时回波的激光信号；
5)衰减装置5:采用Thorlabs公司型号为NDC-50C-4，衰减效率从0～-40dB，总通光口径为Φ50mm；
6)照明装置6:采用深圳市鑫四禾光电公司的宽光谱光源,功率为2W。
7)带有刻线的分划板7:采用成都耀谱光学制品有限公司，定制分化板。
8)探测相机8：采用美国Spiricon公司型号为SP620的光束分析仪，其主要性能参数：工作波段190nm-1100nm，像素大小4.4um*4.4um，像素个数 1600*1200；
9)分光片9:采用Thorlabs公司型号为FGL1000分光片，其主要性能参数：采用532nm全反，1064全透，通光孔径25mm。面型优于λ/[email protected]
10)平行光管10：采用普通加工的透射式平行光管，望远镜口径为300mm，望远镜焦距为2m，面型要求RMS优于1/20λ@632.8nm。
11)角反射器12：采用Thorlabs公司型号为PS971的角锥棱镜，其主要性能参数：透光面表面面型优于λ/[email protected]；回转精度小于3″，通光口径为25.4mm，透光范围为400-1100。
具体实施方式中，本专利装置的示意图如图1所示，具体步骤如下
1首先在平行光管10前放置一个标准平行光源，平行光源的波长与被测激光波长相同，然后将带有刻线的分划板7固定到平行光管10的焦面附近，利用探测相机8观察带有刻线的分划板7上成像光斑大小，调整带有刻线的分划板7的位置使得光斑最小，固定带有刻线的分划板7。
2在带有刻线的分划板7前加入分光片9，入射光将分为两束，透射通道在带有刻线分化板7上成像，反射通道将会产生另一个焦点，在该焦点附近固定延时回波发生器组件4中引光光纤，利用延时回波发生器组件4的输出光纤发射激光，激光波长与被测激光波长相同，将角反射器12放置于平行光管10 前，然后调整延时回波发生器组件4的出光光纤端面前后位置，调整到无论角反射器12放在透射平行光管任何位置，其在带有刻线分划板处的光斑不动为止，固定延时回波发生器组件4的输出光纤。
3在延时回波发生器组件4前加分色片2，在反射通道的焦点处放置光纤输出信标光源1的输出光纤，光纤输出信标光源1经过分色片2、分光片9及平行光管10后，会聚于标准平行光管焦面处，调节光纤输出信标光源1的光纤端面位置，使其在该标准的平行光管成像光斑最小，同时与延时回波发生器组件4发出的激光光斑重合，最后固定光纤输出信标光源1的光纤端面。
4开启光纤输出信标光源1，信标光经过平行光管10准直后粗对准被测激光测距***11，利用被测激光测距***11的瞄准装置11-1来调节其方位、俯仰角度，使光纤输出信标光源1经过平行光管10准直的信标光成像于被测***11的瞄准装置11-1中心，关闭信标光。
6利用照明装置6照亮的带有刻线的分划板7，将被测激光测距***11 的瞄准***11-1与带有刻线的分划板7的十字丝对齐，开启被测激光测距***11中的激光，用探测相机8测量光斑与带有刻线的分划板7十字丝的相对位置，光斑和十字丝的位置差异，即代表了被测激光测距***11中的瞄准装置11-1与激光发射模块11-2的光轴偏差；
7激光照亮带有刻线的分划板7后，部分散射脉冲光被高速探测器4-1探测到，以该信号为起始脉冲，利用延迟回波发生器4-2产生延迟回波后控制激光器发出相同脉冲光，该脉冲光经过可控制光纤输出激光器4-3的光纤出射，出射光经过平行光管准直后经被测激光测距***11中的激光接收模块11-3探测，通过观察激光接收模块11-3的接收响应来判断被测激光测距***11的收发光轴是否配准。
8通过激光能量可控制衰减装置3来模拟不同位置的激光能量来观察被测激光测距***11的响应能力。
通过以上测试，可以获得被测激光测距***11中瞄准装置11-1、激光发射模块11-2、激光接收模块11-3之间的光轴匹配性；同时可以检测激光发射模块11-2的激光光束质量及激光接收模块11-3的测距范围等。
Claims (7)
1.一种快速测量激光测距***性能的装置，包括光纤输出信标光源(1)、分色片(2)、激光能量可控制衰减装置(3)、延时回波发生器组件(4)、衰减装置(5)、照明装置(6)、带有刻线的分划板(7)、探测相机(8)、分光片(9)、平行光管(10)和角反射器(12)，其特征在于：
光纤输出信标光源(1)的光纤端面、延时回波发生器组件(4)出射光纤端面、带有刻线的分划板(7)均放置于平行光管(10)的焦面处，首先开启光纤输出信标光源(1)，信标光源通过分色片(2)和分光片(9)后经平行光管(10)准直输出，输出光瞄准被测激光测距***；被测激光测距***利用瞄准装置对准光纤输出信标光源(1)，开启被测激光测距***中激光发射模块的激光，该激光经过平行光管(10)会聚于带有刻线的分划板(7)上，开启照明装置(6)照亮带有刻线的分划板(7)的十字丝，利用衰减装置(5)来实现能量的连续可调将激光能量控制在合适强度，通过探测相机(8)观察带有刻线的分划板(7)上的激光光斑大小，该激光光斑的大小与平行光管(10)焦距的比值即被测激光测距***的激光发散角；利用延时回波发生器组件(4)采集带有刻线的分划板(7)上散射激光脉冲信号，通过脉冲信号产生的延时回波经延时回波发生器组件(4)出射光纤端面发射，经过平行光管(10)准直输出，通过被测激光测距***(11)的激光接收模块(11-3)是否探测到信号来判断收发同轴是否保持良好，同时可以通过激光能量可控制衰减装置(3)来实现能量的连续可调进而控制输出信号大小，从而模拟被测激光测距***对不同距离的测距能力；
所述的角反射器(12)放置于被测激光测距***位置对测量装置进行自检。
2.根据权利要求1所述的一种快速测量激光测距***性能的装置，其特征在于：所述的光纤输出信标光源(1)采用532nm的激光器，输出功率2.5mw。
3.根据权利要求1所述的一种快速测量激光测距***性能的装置，其特征在于：所述的分色片(2)对532nm反射，对被测激光测距***的激光透射；通光面面形偏差RMS值λ/[email protected]。
4.根据权利要求1所述的一种快速测量激光测距***性能的装置，其特征在于：所述的分光片(9)对光纤输出信标光源(1)反射，对被测激光测距***的激光半反半透，分光比介于4:6与6:4之间，通光面面形偏差RMS值λ/[email protected]。
5.根据权利要求1所述的一种快速测量激光测距***性能的装置，其特征在于：所述的延时回波发生器组件(4)由高速探测器(4-1)、延迟回波发生器(4-2)和可控制光纤输出激光器(4-3)组成；其中高速探测器(4-1)采用相应波长范围广；延迟回波发生器(4-2)可以进行光束整形和延时脉冲时间，控制光纤输出激光器(4-3)与被测激光测距***(11)的出射激光的波长、脉冲相匹配。
6.根据权利要求1所述的一种快速测量激光测距***性能的装置，其特征在于：所述的照明装置(6)的照明光源光谱范围需部分覆盖探测相机(8)的探测波长。
7.根据权利要求1所述的一种快速测量激光测距***性能的装置，其特征在于：所述的平行光管(10)的后截距大于带有信标光的焦面模块的外形尺寸。
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Effective date of registration: 20200703 Address after: 201800 First Floor and First Floor of the Underground of 2398 Luyi Road Comprehensive Laboratory Building, Jiading Industrial Zone, Jiading District, Shanghai Patentee after: SHANGHAI JIWU PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Address before: 200083 No. 500, Yutian Road, Shanghai, Hongkou District Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF TECHNICAL PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCE |
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Granted publication date: 20190524 Effective date of abandoning: 20240220 |
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