RU135169U1 - SIGNAL TRANSMITTER USING OPTICAL RADIATION - Google Patents

Abstract

1. Устройство для передачи сигналов с помощью оптического излучения, содержащее корпус, источник излучения в виде импульсной газоразрядной лампы, подключенный к блоку питания в виде накопительного конденсатора, зарядного устройства, схемы поджига и блока управления, отражатель преимущественно в виде параболоида вращения, причем импульсная газоразрядная лампа и накопительный конденсатор соединены между собой так, что образуют разрядный контур, зарядное устройство подключено к накопительному конденсатору, блок управления подключен к зарядному устройству и к схеме поджига, отличающееся тем, что в блок питания введены два вентильных элемента, первый из которых установлен в разрядном контуре в обратном направлении между выводами накопительного конденсатора, второй - в прямом направлении между накопительным конденсатором и импульсной газоразрядной лампой, при этом схема поджига подключена к импульсной газоразрядной лампе через импульсный трансформатор с разделительным конденсатором в цепи вторичной обмотки.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и анодом импульсной газоразрядной лампы.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и катодом импульсной газоразрядной лампы.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блок питания введен третий вентильный элемент, установленный в разрядном контуре в прямом направлении, причем второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и анодом импульсной газоразрядной лампы, а третий - между накопите�1. Device for transmitting signals using optical radiation, comprising a housing, a radiation source in the form of a pulsed gas discharge lamp connected to a power supply unit in the form of a storage capacitor, a charger, an ignition circuit and a control unit, a reflector mainly in the form of a rotation paraboloid, and a pulsed gas discharge the lamp and the storage capacitor are interconnected so that they form a discharge circuit, the charger is connected to the storage capacitor, the control unit is connected to to the main device and to the ignition circuit, characterized in that two valve elements are introduced into the power supply unit, the first of which is installed in the discharge circuit in the opposite direction between the terminals of the storage capacitor, the second in the forward direction between the storage capacitor and the flash gas discharge lamp, while the ignition is connected to a pulsed discharge lamp through a pulsed transformer with an isolation capacitor in the secondary circuit. 2. The device according to claim 1, characterized in that the second valve element is installed between the storage capacitor and the anode of the pulsed discharge lamp. The device according to claim 1, characterized in that the second valve element is installed between the storage capacitor and the cathode of the pulsed discharge lamp. The device according to claim 1, characterized in that a third valve element is inserted into the power supply unit, installed in the forward direction in the discharge circuit, the second valve element being installed between the storage capacitor and the anode of the pulsed discharge lamp, and the third between the storage

Description

Изобретение относится к технике передачи оптических сигналов, в том числе кодированных, и может быть использовано для передачи сигналов тревоги, предупреждения и управления в различных областях, например, в морском флоте, на железнодорожном транспорте, в космической связи и т.д. Изобретение может быть использовано также для передачи сигналов оптической помехи и сигналов информационного воздействия при испытаниях различных приборов с оптическим каналом передачи информации.The invention relates to techniques for transmitting optical signals, including encoded ones, and can be used to transmit alarms, warnings, and controls in various fields, for example, in the navy, in rail transport, in space communications, etc. The invention can also be used to transmit optical noise signals and information impact signals when testing various devices with an optical information transmission channel.

Известно устройство для передачи информации с помощью оптического излучения, основанное на использовании лазерного модулированного излучения с высокой степенью направленности и высокой информационной емкостью и скоростью передачи информации (см., например, Квантовая электроника. Маленькая энциклопедия. Отв. Ред. М.Е.Жаботинский - М., «Советская энциклопедия», 1969, с.279-281).A device for transmitting information using optical radiation, based on the use of laser modulated radiation with a high degree of directivity and high information capacity and speed of information transfer (see, for example, Quantum Electronics. Small Encyclopedia. Ed. Ed. M.E.Zhabotinsky - M., "Soviet Encyclopedia", 1969, p. 279-281).

Недостатком известного устройства является высокая спектральная селективность лазерного излучения. Так, хорошо известно, что в силу известных физических механизмов генерация лазерного излучения практически возможна лишь в узких спектральных интервалах на фиксированных и заранее известных длинах волн. В результате лазерное излучение обладает высокой степенью монохроматичности, в связи с чем требуется соответствующий подбор приемников излучения, а канал передачи информации в целом оказывается весьма чувствительным к различного рода внешним помехам (состояние атмосферы, метеорологические явления).A disadvantage of the known device is the high spectral selectivity of laser radiation. Thus, it is well known that, due to well-known physical mechanisms, the generation of laser radiation is practically possible only in narrow spectral ranges at fixed and previously known wavelengths. As a result, laser radiation has a high degree of monochromaticity, and therefore an appropriate selection of radiation receivers is required, and the information transmission channel as a whole is very sensitive to various kinds of external interference (atmosphere, meteorological phenomena).

Кроме того, визуальное восприятие таких сигналов весьма проблематично, т.к., во-первых, лазерное модулированное излучение обычно характеризуется очень высокой импульсной мощностью и представляет реальную опасность для органов зрения и, во-вторых, зачастую спектр лазерного излучения лежит вне спектрального диапазона чувствительности человеческого глаза.In addition, the visual perception of such signals is very problematic, because, firstly, laser modulated radiation is usually characterized by very high pulsed power and poses a real danger to the organs of vision and, secondly, often the spectrum of laser radiation lies outside the spectral range of sensitivity human eye.

Таким образом, известное устройство является узкоспецифичным, т.е. работоспособным в сравнительно узком диапазоне параметров.Thus, the known device is highly specific, i.e. operable in a relatively narrow range of parameters.

Известно устройство для передачи оптических сигналов, содержащее корпус, источник излучения, подключенный к блоку питания, отражатель преимущественно в виде параболоида вращения (см., например, Особенности конструкций ламповых прожекторов с ИК фильтрами. «Светотехника», 2004, №3, с.31-38).A device for transmitting optical signals, comprising a housing, a radiation source connected to a power supply, a reflector mainly in the form of a paraboloid of rotation (see, for example, Design features of lamp floodlights with IR filters. "Lighting", 2004, No. 3, p.31 -38).

В случае необходимости кодирования передаваемой информации известное устройство может быть дополнено механическими шторками (светосигнальный прожектор).If it is necessary to encode the transmitted information, the known device can be supplemented with mechanical shutters (light-signal floodlight).

Известное устройство основано на использовании излучения широкого спектрального состава, генерируемого дуговой газоразрядной лампой непрерывного горения. Такое излучение неселективно и может восприниматься различными приемниками, в том числе и человеческим глазом.The known device is based on the use of radiation of a wide spectral composition generated by an arc gas discharge lamp of continuous combustion. Such radiation is non-selective and can be perceived by various receivers, including the human eye.

Недостатки известного устройства связаны с характером используемого оптического излучения.The disadvantages of the known device are related to the nature of the optical radiation used.

Первый недостаток известного устройства заключается в относительно невысокой дальности действия, что обусловлено ограниченной силой излучения.The first disadvantage of the known device is the relatively low range, due to the limited radiation power.

Дело в том, что даже самые мощные прожекторные системы имеют температуру излучения не более 4000…4500 К, что обусловлено возможностями используемых источников излучения (обычно это электрические лампы накаливания или дуговые газоразрядные лампы). В соответствии с этим ограничена и яркость такого источника излучения и сила света прожектора в целом.The fact is that even the most powerful searchlight systems have a radiation temperature of no more than 4000 ... 4500 K, which is due to the capabilities of the used radiation sources (usually electric incandescent lamps or arc gas discharge lamps). In accordance with this, the brightness of such a radiation source and the luminous intensity of the searchlight as a whole are also limited.

Второй недостаток известного устройства заключается в ограниченном функциональном диапазоне применения, что обусловлено непрерывным характером излучения и трудностью модуляции такого излучения.The second disadvantage of the known device lies in the limited functional range of application, due to the continuous nature of the radiation and the difficulty of modulating such radiation.

Этот недостаток является следствием того, что в известном устройстве применяется источник излучения непрерывного горения (дуговая ксеноновая лампа) с довольно продолжительным (несколько минут) временем разгорания и выхода на рабочий режим. После установления рабочего режима горения модуляция излучения изменением электрических параметров возможна лишь в узком диапазоне изменения параметров и практически трудновыполнима. Поэтому для модуляции такого излучения обычно применяются внешние механические устройства типа закрывающихся шторок с невысоким быстродействием (сотни миллисекунд).This disadvantage is due to the fact that the known device uses a source of continuous combustion radiation (xenon arc lamp) with a rather long (several minutes) time of ignition and exit to operating mode. After the establishment of the operating mode of combustion, the modulation of radiation by changing the electrical parameters is possible only in a narrow range of parameters and is practically difficult to perform. Therefore, to modulate such radiation, external mechanical devices such as closing shutters with low speed (hundreds of milliseconds) are usually used.

Известно также устройство для передачи сигналов с помощью оптического излучения (прототип), содержащее корпус, источник излучения в виде импульсной газоразрядной лампы, подключенный к блоку питания в виде накопительного конденсатора, зарядного устройства, схемы поджига и блока управления, отражатель преимущественно в виде параболоида вращения, причем импульсная газоразрядная лампа и накопительный конденсатор соединены между собой так, что образуют разрядный контур, зарядное устройство подключено к накопительному конденсатору, блок управления подключен к зарядному устройству и к схеме поджига (см. опубликованную заявку RU 2009104160).Also known is a device for transmitting signals using optical radiation (prototype), comprising a housing, a radiation source in the form of a pulsed gas discharge lamp connected to a power supply unit in the form of a storage capacitor, a charging device, an ignition circuit and a control unit, a reflector mainly in the form of a rotation paraboloid, moreover, the pulsed discharge lamp and the storage capacitor are interconnected so that they form a discharge circuit, the charger is connected to the storage capacitor, block board is connected to the charger circuit and to the ignition (see. published application RU 2009104160).

Известное устройство свободно от недостатков устройств-аналогов, однако, тоже обладает недостатками.The known device is free from the disadvantages of analog devices, however, also has disadvantages.

В частности, максимальная сила света и максимальная дальность действия известного устройства ограничены, причем это ограничение обусловлено конструктивным выполнением и характеристиками блока питания. Дело в том, что в известном устройстве связь схемы поджига с разрядным контуром осуществляется с помощью импульсного трансформатора, вторичная (повышающая) обмотка которого является частью разрядного контура. Индуктивность вторичной обмотки импульсного трансформатора ограничивает скорость нарастания разрядного тока и амплитудное значение разрядного тока, следовательно, и максимальное значение яркости импульсной газоразрядной лампы и, в свою очередь, максимальное значение силы света и дальности действия устройства в целом.In particular, the maximum luminous intensity and maximum range of the known device are limited, and this restriction is due to the design and characteristics of the power supply. The fact is that in the known device, the ignition circuit is connected to the discharge circuit using a pulse transformer, the secondary (boost) winding of which is part of the discharge circuit. The inductance of the secondary winding of a pulse transformer limits the rate of rise of the discharge current and the amplitude value of the discharge current, therefore, the maximum brightness value of the pulsed discharge lamp and, in turn, the maximum value of the light intensity and range of the device as a whole.

Попытки снизить индуктивность вторичной обмотки импульсного трансформатора уменьшением числа витков или изменением конструкции оказались безуспешными, поскольку при таких изменениях снижается максимальное напряжение на обмотке и импульсная газоразрядная лампа перестает поджигаться (не происходит первичный электрический пробой межэлектродного промежутка лампы).Attempts to reduce the inductance of the secondary winding of the pulse transformer by reducing the number of turns or by changing the design were unsuccessful, since with such changes the maximum voltage on the winding decreases and the pulsed discharge lamp stops igniting (there is no primary electrical breakdown of the interelectrode gap of the lamp).

В результате минимальная длительность импульса тока через газоразрядную лампу и, соответственно, минимальная длительность импульса излучения известного устройства по уровню 0,5 составляет 7…10 мкс при длительности переднего фронта 5…7 мкс. Достигаемое в этих условиях максимальное значение яркости излучения ограничено величиной яркостной температуры 15000…25000 К.As a result, the minimum duration of a current pulse through a discharge lamp and, accordingly, the minimum duration of a radiation pulse of a known device at a level of 0.5 is 7 ... 10 μs with a leading edge duration of 5 ... 7 μs. The maximum value of the radiation brightness achieved under these conditions is limited by the value of the brightness temperature of 15,000 ... 25,000 K.

Техническим результатом от использования настоящего изобретения является увеличение максимальной силы света и дальности действия за счет уменьшения индуктивности разрядного контура блока питания.The technical result from the use of the present invention is to increase the maximum luminous intensity and range by reducing the inductance of the discharge circuit of the power supply.

Указанный технический результат достигается тем, что в блок питания введены два вентильных элемента, первый из которых установлен в разрядном контуре в прямом направлении между накопительным конденсатором и импульсной газоразрядной лампой, второй - в обратном направлении между выводами накопительного конденсатора, при этом схема поджига подключена к импульсной газоразрядной лампе через импульсный трансформатор с разделительным конденсатором в цепи вторичной обмотки.The specified technical result is achieved by the fact that two valve elements are introduced into the power supply unit, the first of which is installed in the discharge circuit in the forward direction between the storage capacitor and the pulsed gas discharge lamp, the second in the reverse direction between the terminals of the storage capacitor, while the ignition circuit is connected to the pulse gas discharge lamp through a pulse transformer with an isolation capacitor in the secondary circuit.

Такое выполнение устройства для передачи сигналов с помощью оптического излучения позволяет уменьшить длительность импульса излучения и длительность фронта нарастания импульса за счет уменьшения индуктивности разрядного контура. При неизменной величине запасенной накопительным конденсатором электрической энергии это обеспечивает увеличение яркости излучения и, следовательно, силы света и дальности действия устройства в целом.This embodiment of a device for transmitting signals using optical radiation allows to reduce the duration of the radiation pulse and the duration of the front of rise of the pulse by reducing the inductance of the discharge circuit. With an unchanged amount of electrical energy stored by the storage capacitor, this provides an increase in the brightness of the radiation and, consequently, the light intensity and the range of the device as a whole.

В вариантах выполнения второй вентильный элемент может быть установлен между накопительным конденсатором и анодом импульсной газоразрядной лампы или между накопительным конденсатором и катодом импульсной газоразрядной лампы.In embodiments, a second valve element may be installed between the storage capacitor and the anode of the pulsed discharge lamp, or between the storage capacitor and the cathode of the pulsed discharge lamp.

Еще в одном варианте выполнения в блок питания может быть введен третий вентильный элемент, установленный в разрядном контуре в прямом направлении, причем второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и анодом импульсной газоразрядной лампы, а третий - между накопительным конденсатором и катодом импульсной газоразрядной лампы.In yet another embodiment, a third valve element can be introduced into the power supply unit, which is installed in the forward direction in the discharge circuit, the second valve element being installed between the storage capacitor and the anode of the pulsed discharge lamp, and the third between the storage capacitor and the cathode of the pulse discharge lamp.

В других вариантах выполнения каждый из вентильных элементов может быть выполнен в виде цепочки последовательно включенных полупроводниковых диодов.In other embodiments, each of the valve elements may be made in the form of a chain of series-connected semiconductor diodes.

В блок питания может быть также введен электронный ключ, установленный между любым выводом накопительного конденсатора и соответствующим вентильным элементом.An electronic key can also be inserted into the power supply unit, installed between any terminal of the storage capacitor and the corresponding valve element.

В варианте выполнения электронный ключ может быть выполнен в виде тиристорного коммутатора.In an embodiment, the electronic key can be made in the form of a thyristor switch.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображена блок-схема предложенного устройства, на фиг.2 - пример схемы выполнения блока питания.The invention is illustrated by graphic materials, where in Fig.1 shows a block diagram of the proposed device, Fig.2 is an example of a power supply circuit.

Предложенное устройство для передачи сигналов с помощью оптического излучения содержит корпус 1 (фиг.1), источник излучения 2, размещенный в фокусе отражателя 3, выполненного преимущественно в виде параболоидного зеркала и блока питания 4, к которому подключен источник излучения 2.The proposed device for transmitting signals using optical radiation contains a housing 1 (Fig. 1), a radiation source 2 located at the focus of the reflector 3, made mainly in the form of a paraboloidal mirror and a power supply 4, to which the radiation source 2 is connected.

Блок питания 4 содержит, зарядное устройство 5, накопительный конденсатор 6, первый 7, второй 8 и третий 9 вентильные элементы, схему поджига 10, импульсный трансформатор 11, разделительный конденсатор 12, электронный ключ 13 и блок управления 14.The power supply 4 contains, a charger 5, a storage capacitor 6, a first 7, a second 8 and a third 9 valve elements, an ignition circuit 10, a pulse transformer 11, an isolation capacitor 12, an electronic key 13, and a control unit 14.

Зарядное устройство 5 подключено непосредственно к накопительному конденсатору 6, положительная обкладка которого обозначена знаком «+«.The charger 5 is connected directly to the storage capacitor 6, the positive lining of which is indicated by the sign "+".

Первый вентильный элемент 7 подключен к выводам накопительного конденсатора 6 в обратном направлении относительно полярности обкладок конденсатора. Второй 8 и третий 9 вентильные элементы включены в разрядный контур между накопительным конденсатором 6 и импульсной газоразрядной лампой 2 в прямом направлении относительно полярности обкладок накопительного конденсатора 6.The first valve element 7 is connected to the terminals of the storage capacitor 6 in the opposite direction relative to the polarity of the capacitor plates. The second 8 and third 9 valve elements are included in the discharge circuit between the storage capacitor 6 and the pulse discharge lamp 2 in the forward direction relative to the polarity of the plates of the storage capacitor 6.

В вариантах выполнения в схеме может использоваться лишь один из вентильных элементов 8 или 9.In embodiments, the circuit may use only one of the valve elements 8 or 9.

Схема поджига 10 подключена к импульсной газоразрядной лампе 2 через импульсный высоковольтный повышающий трансформатор 11 и разделительный конденсатор 12, установленный между выводом вторичной обмотки трансформатора 11 и анодом импульсной газоразрядной лампы 2.The ignition circuit 10 is connected to a pulsed discharge lamp 2 through a pulsed high-voltage step-up transformer 11 and an isolation capacitor 12 mounted between the terminal of the secondary winding of the transformer 11 and the anode of the pulsed discharge lamp 2.

В варианте исполнения между любым из выводов накопительного конденсатора 6 и первым вентильным элементом 7 установлен электронный ключ 13, преимущественно в виде тиристорного коммутатора. Наличие электронного ключа 13 в блоке питания необходимо лишь в определенных режимах работы устройства (см. далее по тексту).In an embodiment, between any of the terminals of the storage capacitor 6 and the first valve element 7, an electronic key 13 is installed, mainly in the form of a thyristor switch. The presence of the electronic key 13 in the power supply is necessary only in certain modes of operation of the device (see below).

Зарядное устройство 5, схема поджига 10 и электронный ключ 13 подключены к блоку управления 14.The charger 5, the ignition circuit 10 and the electronic key 13 are connected to the control unit 14.

В качестве накопительного конденсатора 6 используется, например, один или несколько импульсных малоиндуктивных конденсаторов емкостью 2 мкФ с рабочим напряжением 10 кВ.As the storage capacitor 6 is used, for example, one or more pulsed low inductance capacitors with a capacity of 2 μF with an operating voltage of 10 kV.

Зарядное устройство 5 может быть выполнено различным образом, например, в виде выпрямителя и высокочастотного DC/DC преобразователя, либо в виде повышающего трансформатора и выпрямителя. Напряжение заряда накопительного конденсатора 6 в зависимости от конкретных условий применения устройства может изменяться в пределах 0,2-10 кВ.Charger 5 can be made in various ways, for example, in the form of a rectifier and a high-frequency DC / DC converter, or in the form of a step-up transformer and a rectifier. The charge voltage of the storage capacitor 6, depending on the specific conditions of use of the device, can vary between 0.2-10 kV.

Вентильные элементы 7, 8 и 9 в конкретном примере выполнения реализованы каждый в виде цепочки высоковольтных, малоиндуктивных и малоемкостных полупроводниковых диодов с прямым падением напряжения около 1 В. Количество диодов в цепочке определяется допустимым обратным напряжением диода и напряжением заряда накопительного конденсатора 6.The gate elements 7, 8 and 9 in a specific embodiment are each implemented as a chain of high-voltage, low-inductance and low-capacitance semiconductor diodes with a direct voltage drop of about 1 V. The number of diodes in the chain is determined by the permissible reverse voltage of the diode and the charge voltage of the storage capacitor 6.

Источник излучения 2 может быть выполнен в виде импульсной лампы с колбой шаровой формы. Колба выполняется из кварцевого стекла или другого оптически прозрачного материала в широкой области спектра (для кварцевого стекла диапазон прозрачности от 185 нм до 2700 нм) и заполняется инертным газом ксеноном высокой степени очистки.The radiation source 2 can be made in the form of a pulsed lamp with a bulb of spherical shape. The flask is made of quartz glass or other optically transparent material in a wide spectral region (for quartz glass, the transparency range is from 185 nm to 2700 nm) and is filled with inert gas with high purity xenon.

Схема поджига 10 предназначена для выработки импульсов поджига по управляющему сигналу блока управления 14 и в примере выполнения представляет собой дополнительный конденсатор, заряжаемый от внутреннего маломощного выпрямителя. В цепь разряда этого вспомогательного конденсатора включена первичная обмотка импульсного трансформатора 11 и тиристор в качестве элемента коммутации.The ignition circuit 10 is designed to generate ignition pulses by the control signal of the control unit 14 and in the exemplary embodiment is an additional capacitor charged from an internal low-power rectifier. The primary winding of the pulse transformer 11 and the thyristor as a switching element are included in the discharge circuit of this auxiliary capacitor.

Разделительный конденсатор 12 - высоковольтный импульсный малоиндуктивный.Isolation capacitor 12 is a high-voltage pulsed low inductance.

Блок управления 14 выполняется, как правило, на базе микропроцессора, который по заложенной в него программе или по внешнему входящему сигналу формирует кодовую последовательность импульсов и управляет работой зарядного устройства 5, схемы поджига 10 и электронного ключа 13.The control unit 14 is, as a rule, based on a microprocessor, which, according to the program incorporated in it or by an external input signal, generates a code sequence of pulses and controls the operation of the charger 5, ignition circuit 10 and electronic key 13.

Работа предложенного устройства для передачи сигналов будет понятна из следующего описания.The operation of the proposed device for transmitting signals will be clear from the following description.

По команде блока управления 14 включается зарядное устройство 5, током которого заряжается накопительный конденсатор 6. При достижении рабочего напряжения на обкладках конденсатора 6 (обычно это 0,5…10 кВ) блок управления 14 отключает зарядное устройство 5 и подает управляющий импульс на схему поджига 10. Схема поджига 10 вырабатывает импульс поджига амплитудой несколько сотен В, что приводит к появлению на вторичной обмотке повышающего импульсного трансформатора 11 электрического импульса амплитудой 20…40 кВ. Через разделительный конденсатор 12 этот высоковольтный импульс прикладывается к электродам импульсной газоразрядной лампы 2. В контуре, образованном вторичной обмоткой импульсного трансформатора 11, разделительным конденсатором 12 и лампой 2 возникает высокочастотный (порядка 10 МГц) колебательный процесс с большой амплитудой напряжения.At the command of the control unit 14, the charger 5 is turned on, the current of which charges the storage capacitor 6. Upon reaching the operating voltage on the plates of the capacitor 6 (usually 0.5 ... 10 kV), the control unit 14 turns off the charger 5 and supplies a control pulse to the ignition circuit 10 The ignition circuit 10 generates an ignition pulse with an amplitude of several hundred V, which leads to the appearance on the secondary winding of an increasing pulse transformer 11 of an electric pulse with an amplitude of 20 ... 40 kV. Through a isolation capacitor 12, this high-voltage pulse is applied to the electrodes of a pulsed discharge lamp 2. In the circuit formed by the secondary winding of the pulse transformer 11, isolation capacitor 12 and lamp 2, a high-frequency (of the order of 10 MHz) oscillatory process with a large voltage amplitude occurs.

Под воздействием электрического поля большой напряженности в межэлектродном промежутке лампы 2, колба которой заполнена инертным газом ксеноном, возникает первичный электрический пробой между электродами в виде проводящего канала слабоионизированной плазмы.Under the influence of an electric field of high tension in the interelectrode gap of lamp 2, the bulb of which is filled with an inert gas xenon, a primary electrical breakdown occurs between the electrodes in the form of a conducting channel of a weakly ionized plasma.

Далее накопительный конденсатор 6 разряжается через образовавшийся канал по разрядной цепи: плюсовая обкладка конденсатора - вентильный элемент 8 - межэлектродный промежуток лампы 2 - вентильный элемент 9 - минусовая обкладка конденсатора 6. При этом за счет значительной запасенной в конденсаторе 6 энергии разрядный ток достигает величин порядка сотен ампер и интенсивно разогревает и ионизирует газ. Образующаяся в колбе лампы 2 плазма газа излучает в широком спектральном диапазоне, включающем ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Тем самым формируется импульс оптического излучения широкого спектрального состава.Next, the storage capacitor 6 is discharged through the formed channel through the discharge circuit: the positive lining of the capacitor - valve element 8 - the electrode gap of the lamp 2 - valve element 9 - minus lining of the capacitor 6. Moreover, due to the significant energy stored in the capacitor 6, the discharge current reaches values of the order of hundreds amperes and intensively heats and ionizes the gas. The gas plasma generated in the bulb 2 of the lamp emits in a wide spectral range, including ultraviolet, visible and infrared radiation. Thus, a pulse of optical radiation of a wide spectral composition is formed.

После разряда накопительного конденсатора 6 плазма ксенона в колбе импульсной лампы деионизируется, импульс излучения прекращается и устройство переходит в исходное состояние.After the discharge of the storage capacitor 6, the xenon plasma in the bulb lamp is deionized, the radiation pulse stops and the device returns to its original state.

Далее процесс повторяется: заряд конденсатора - выработка высоковольтного импульса поджига - пробой межэлектродного промежутка - разряд конденсатора - образование плазмы ксенона - формирование импульса излучения.Further, the process repeats: the capacitor charge - generation of a high-voltage ignition pulse - breakdown of the interelectrode gap - capacitor discharge - xenon plasma formation - radiation pulse formation.

Особенность разрядного контура устройства при характерных значениях емкости накопительного конденсатора 6, электрического сопротивления проводящей плазмы в лампе 2 и скорости протекания процессов разряда состоит в том, далеко не вся запасенная в конденсаторе 6 электрическая энергия высвечивается во время разряда. Оставшаяся часть энергии стремится перезарядить конденсатор 6 с обратной полярностью и создать тем самым условия для возникновения колебательного процесса в разрядном контуре. Вентильный элемент 7, подключенный к конденсатору 6 в обратном направлении, препятствует переполюсовке накопительного конденсатора 6 и закорачивает оставшуюся часть энергии снова на импульсную лампу 2, исключая тем самым попадание высокого напряжения на управляющие элементы вентильных устройств блока питания.A feature of the discharge circuit of the device with characteristic values of the capacitance of the storage capacitor 6, the electrical resistance of the conducting plasma in the lamp 2, and the rate of discharge processes is that far from all the electrical energy stored in the capacitor 6 is highlighted during the discharge. The remaining part of the energy tends to recharge the capacitor 6 with reverse polarity and thereby create conditions for the occurrence of an oscillatory process in the discharge circuit. The valve element 7, connected to the capacitor 6 in the opposite direction, prevents the reversal of the storage capacitor 6 and shorts the remaining energy again to the flash lamp 2, thereby eliminating the ingress of high voltage to the control elements of the valve devices of the power supply.

Электронный ключ 13 вообще может отсутствовать в схеме блока питания при невысокой частоте повторения импульсов излучения (до 100…200 Гц). Его необходимость проявляется при более высокой частоте повторения импульсов и особенно на частотах свыше 1 кГц. Дело в том, что в таких режимах работы газ в оболочке импульсной газоразрядной плазмы 2 не успевает полностью деионизоваться и к началу следующего цикла заряд-разряд в межэлектродном промежутке лампы 2 остается остаточная электрическая проводимость, которая не позволяет зарядить накопительный конденсатор 6. Электронный ключ 13 по управляющему сигналу блока управления 14 на время заряда конденсатора разрывает электрическое соединение лампы 2 и накопительного конденсатора 6.The electronic key 13 may generally be absent in the power supply circuit at a low pulse repetition rate (up to 100 ... 200 Hz). Its necessity is manifested at a higher pulse repetition rate, and especially at frequencies above 1 kHz. The fact is that in such operating modes the gas in the shell of a pulsed gas-discharge plasma 2 does not have time to completely deionize and by the beginning of the next charge-discharge cycle in the interelectrode gap of lamp 2 there remains residual electrical conductivity, which does not allow charging the storage capacitor 6. Electronic key 13 the control signal of the control unit 14 during the charge of the capacitor breaks the electrical connection of the lamp 2 and the storage capacitor 6.

Таким образом, за счет согласованной работы функциональных узлов, входящих в состав предлагаемого устройства, обеспечивается генерация импульсов оптического излучения.Thus, due to the coordinated operation of the functional units included in the composition of the proposed device, the generation of pulses of optical radiation is ensured.

Импульсное оптическое излучение, созданное импульсной лампой 2, попадает на параболоидный отражатель 3, который формирует пучок излучения. Наведение пучка излучения в заданном направлении осуществляется поворотом и наклоном корпуса 1, закрепленного на поворотном устройстве (на чертежах не показано).The pulsed optical radiation generated by the pulsed lamp 2, falls on a paraboloid reflector 3, which forms a beam of radiation. Guidance of the radiation beam in a given direction is carried out by turning and tilting the housing 1, mounted on a rotary device (not shown in the drawings).

При этом спектральный диапазон чувствительности приемника может лежать в любой области спектра: от ультрафиолетовой до инфракрасной. Человеческий глаз также рассматривается в качестве приемника излучения видимого диапазона.In this case, the spectral sensitivity range of the receiver can lie in any region of the spectrum: from ultraviolet to infrared. The human eye is also seen as a receiver of visible radiation.

Основной внешней выходной характеристикой предложенного устройства является осевая сила света в различных спектральных интервалах. Осевая сила света I прожекторных систем в дальней зоне определяется яркостью В источника излучения, площадью отражателя S и коэффициентом пропускания т оптической системы по известному соотношению:The main external output characteristic of the proposed device is the axial light intensity in various spectral ranges. The axial luminous intensity I of the searchlight systems in the far zone is determined by the brightness B of the radiation source, the reflector area S and the transmittance m of the optical system according to the known ratio:

I=τ·B·SI = τ · B · S

Технический результат от использования предложенного устройства для передачи сигналов с помощью оптического излучения заключается в увеличении силы света и дальности действия.The technical result from the use of the proposed device for transmitting signals using optical radiation is to increase the light intensity and range.

Этот результат достигается за счет того, что при выполнении устройства в соответствии с совокупностью признаков формулы изобретения разрядный контур не содержит индуктивности вторичной обмотки импульсного трансформатора, которая существенно ограничивает скорость нарастания импульса и длительность импульса излучения. В результате в опытном образце предложенного устройства длительность импульса разрядного тока и импульса излучения удалось снизить до 3…4 мкс при длительности фронта нарастания импульса 2…3 мкс. При той же по отношению к прототипу емкости накопительного конденсатора и величине запасаемой электрической энергии более короткое время высвета приводит к увеличению яркости излучения импульсной газоразрядной лампы, к увеличению силы света и дальности действия устройства в целом.This result is achieved due to the fact that when performing the device in accordance with the totality of the features of the claims, the discharge circuit does not contain the inductance of the secondary winding of the pulse transformer, which significantly limits the slew rate and duration of the radiation pulse. As a result, in the prototype of the proposed device, the duration of the discharge current pulse and the radiation pulse was reduced to 3 ... 4 μs with a pulse rise time of 2 ... 3 μs. With the same relative to the prototype capacitance of the storage capacitor and the amount of stored electric energy, a shorter exposure time leads to an increase in the brightness of the radiation of a pulsed gas discharge lamp, to an increase in light intensity and the range of the device as a whole.

Расчеты и измерения показывают, что в одинаковых условиях яркость излучения импульсной лампы и сила света устройства по отношению к прототипу увеличилась в 1,8…2 раза, при этом дальность действия увеличивается в 1,3…1.4 раза.Calculations and measurements show that under the same conditions, the brightness of the flash lamp and the light intensity of the device relative to the prototype increased by 1.8 ... 2 times, while the range increases by 1.3 ... 1.4 times.

Предложенное устройство позволяет передавать информацию с помощью оптического излучения, кодированному по методу фазоимпульсной или частотно-импульсной модуляции. Параметры кодирования определяются программой, заложенной в микропроцессор блока управления 14.The proposed device allows you to transmit information using optical radiation, encoded by the method of phase-pulse or frequency-pulse modulation. The encoding parameters are determined by the program embedded in the microprocessor of the control unit 14.

Очень важно, что при этом обеспечивается практически полная универсальность по отношению к большинству известных типов приемников излучения - за счет широкого и непрерывного спектра излучения, охватывающего ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области, определенная часть излученного потока гарантированно попадает в спектральную область чувствительности подавляющего большинства известных и перспективных типов приемников излучения.It is very important that this ensures almost complete universality with respect to most known types of radiation detectors - due to the wide and continuous emission spectrum covering the ultraviolet, visible and infrared regions, a certain part of the emitted flux is guaranteed to fall into the spectral sensitivity region of the vast majority of known and promising types of radiation receivers.

Предложенное устройство может использоваться для решения следующих задач.The proposed device can be used to solve the following problems.

1) Освещение удаленных объектов для визуального наблюдения (зенитный прожектор, прожектор дальнего действия, прожектор заливающего света и т.д.).1) Lighting of remote objects for visual observation (anti-aircraft searchlight, long-range searchlight, floodlight, etc.).

В этом случае частоту повторения импульсов выбирают более 100 Гц. Для человеческого глаза вспышки света с такой частотой воспринимаются как непрерывное излучение очень высокой яркости. Регулировкой частоты повторения импульсов в диапазоне до нескольких кГц можно удобно подбирать необходимую для наилучших условий наблюдения освещенность объекта.In this case, the pulse repetition rate is selected to be greater than 100 Hz. For the human eye, flashes of light with such a frequency are perceived as continuous radiation of very high brightness. By adjusting the pulse repetition rate in the range up to several kHz, it is convenient to select the object illumination necessary for the best observation conditions.

2) Передача кодированной информации (сигнальный прожектор). Частота или фаза последовательности импульсов изменяются в соответствии с выбранным методом и параметрами модуляции.2) Transmission of coded information (signal floodlight). The frequency or phase of the pulse train changes according to the selected method and modulation parameters.

3) Создание оптических помех для работы оптических и оптико-электронных приборов различного назначения.3) The creation of optical interference for the operation of optical and optoelectronic devices for various purposes.

В таком случае применения частота последовательности импульсов выбираются в соответствии с особенностями подавляемых приборов и может принимать как фиксированные значения, так и меняющиеся во времени значения.In this case, the application of the frequency of the pulse sequence is selected in accordance with the characteristics of the suppressed devices and can take both fixed values and time-varying values.

Claims (7)

1. Устройство для передачи сигналов с помощью оптического излучения, содержащее корпус, источник излучения в виде импульсной газоразрядной лампы, подключенный к блоку питания в виде накопительного конденсатора, зарядного устройства, схемы поджига и блока управления, отражатель преимущественно в виде параболоида вращения, причем импульсная газоразрядная лампа и накопительный конденсатор соединены между собой так, что образуют разрядный контур, зарядное устройство подключено к накопительному конденсатору, блок управления подключен к зарядному устройству и к схеме поджига, отличающееся тем, что в блок питания введены два вентильных элемента, первый из которых установлен в разрядном контуре в обратном направлении между выводами накопительного конденсатора, второй - в прямом направлении между накопительным конденсатором и импульсной газоразрядной лампой, при этом схема поджига подключена к импульсной газоразрядной лампе через импульсный трансформатор с разделительным конденсатором в цепи вторичной обмотки.1. Device for transmitting signals using optical radiation, comprising a housing, a radiation source in the form of a pulsed gas discharge lamp connected to a power supply unit in the form of a storage capacitor, a charger, an ignition circuit and a control unit, a reflector mainly in the form of a rotation paraboloid, and a pulsed gas discharge the lamp and the storage capacitor are interconnected so that they form a discharge circuit, the charger is connected to the storage capacitor, the control unit is connected to to the main device and to the ignition circuit, characterized in that two valve elements are introduced into the power supply unit, the first of which is installed in the discharge circuit in the opposite direction between the terminals of the storage capacitor, the second in the forward direction between the storage capacitor and the flash gas discharge lamp, while the ignition is connected to a pulsed discharge lamp through a pulsed transformer with an isolation capacitor in the secondary circuit. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и анодом импульсной газоразрядной лампы.2. The device according to claim 1, characterized in that the second valve element is installed between the storage capacitor and the anode of the pulsed discharge lamp. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и катодом импульсной газоразрядной лампы.3. The device according to claim 1, characterized in that the second valve element is installed between the storage capacitor and the cathode of the pulsed discharge lamp. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в блок питания введен третий вентильный элемент, установленный в разрядном контуре в прямом направлении, причем второй вентильный элемент установлен между накопительным конденсатором и анодом импульсной газоразрядной лампы, а третий - между накопительным конденсатором и катодом импульсной газоразрядной лампы.4. The device according to claim 1, characterized in that a third valve element is inserted in the power supply unit, which is installed in the discharge circuit in the forward direction, the second valve element being installed between the storage capacitor and the anode of the pulsed discharge lamp, and the third between the storage capacitor and the cathode pulse discharge lamp. 5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что каждый из вентильных элементов выполнен в виде цепочки последовательно включенных полупроводниковых диодов.5. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that each of the valve elements is made in the form of a chain of series-connected semiconductor diodes. 6. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что в блок питания введен электронный ключ, подключенный к блоку управления и установленный между любым выводом накопительного конденсатора и соответствующим вентильным элементом.6. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an electronic key is inserted into the power supply, connected to the control unit and installed between any output of the storage capacitor and the corresponding valve element. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что электронный ключ выполнен в виде тиристорного коммутатора.

7. The device according to claim 6, characterized in that the electronic key is made in the form of a thyristor switch.

Images