RU2650851C1 - Лазерный дальномер - Google Patents
Лазерный дальномер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650851C1 RU2650851C1 RU2017108892A RU2017108892A RU2650851C1 RU 2650851 C1 RU2650851 C1 RU 2650851C1 RU 2017108892 A RU2017108892 A RU 2017108892A RU 2017108892 A RU2017108892 A RU 2017108892A RU 2650851 C1 RU2650851 C1 RU 2650851C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- laser
- input
- output
- receiver
- current sensor
- Prior art date
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 3
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004606 Fillers/Extenders Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
- G01C3/08—Use of electric radiation detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии. Лазерный дальномер содержит лазерный полупроводниковый излучатель с датчиком тока накачки, двухканальное приемное устройство с коммутатором входов, на выходе которого включен вычислитель дальности, причем приемное устройство состоит из фотоприемника, подключенного к первому входу двухканального усилителя, второй вход которого связан с датчиком тока лазерного излучателя, введено второе двухканальное приемное устройство с коммутатором входов, на выходе которого включен вычислитель дальности. Причем приемное устройство состоит из фотоприемника, подключенного к первому входу двухканального усилителя, второй вход которого связан с датчиком тока лазерного излучателя, а также введен расщепитель выходного излучения лазерного полупроводникового излучателя, причем первый пучок выходного излучения направлен на первый объект, находящийся в поле зрения первого приемника, а второй пучок - на второй объект, находящийся в поле зрения второго приемника, при этом введен вычислитель дифференциальной дальности до первого и второго объектов. Технический результат – повышение точности лазерного дальномера. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к лазерной технике, а именно к аппаратуре лазерной дальнометрии.
Известен лазерный дальномер, содержащий лазерный передатчик, приемник отраженного объектом излучения и измеритель временного интервала между зондирующим и отраженным целью импульсами, определяемого путем подсчета хронирующих импульсов, заполняющих измеряемый временной интервал [1].
Такие устройства характеризуются невысокой точностью измерения, определяемой погрешностью временной фиксации передаваемого и принимаемого импульсов излучения, дискретностью хронирующих импульсов и систематической ошибкой, связанной с разной задержкой сигнала в устройствах временной фиксации зондирующего и принятого импульса.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является лазерный дальномер, описанный в [2].
Этот лазерный дальномер содержит лазерный полупроводниковый излучатель с датчиком тока накачки, двухканальный приемник с коммутатором входов, а также внешнее вычислительное устройство, причем один из входов коммутатора связан с выходом лазерного излучателя, а второй вход - с датчиком тока накачки лазера.
На выходе приемника поочередно формируются сигналы от этих источников. Внешнее устройство (схема временной фиксации [3] с последующим измерителем временных интервалов или цифровой сигнальный процессор (ЦСП) с аналого-цифровым преобразователем на входе) осуществляет временную привязку выходных сигналов приемника к хронирующим импульсам времязадающего устройства [4].
Данное решение компенсирует погрешность измерения временного интервала τ, обусловленную разным временем регистрации и обработки сигналов с датчика тока накачки Iн(t,t0) и с выхода приемника Iф(t,tD), но не устраняет разность временного положения импульса тока накачки Iн(t,t0) и светового импульса лазера S0(t,t0), которая может достигать 1-5 нс. Здесь t - текущее время, t0 - момент зондирования, tD - момент приема отраженного сигнала.
Задачей изобретения является повышение точности лазерного дальномера.
Указанная задача решается за счет того, что в известном лазерном дальномере, содержащем лазерный полупроводниковый излучатель с датчиком тока накачки, двухканальное приемное устройство с коммутатором входов, на выходе которого включен вычислитель дальности, причем приемное устройство состоит из фотоприемника, подключенного к первому входу двухканального усилителя, второй вход которого связан с датчиком тока лазерного излучателя, введено второе двухканальное приемное устройство с коммутатором входов, на выходе которого включен вычислитель дальности, причем приемное устройство состоит из фотоприемника, подключенного к первому входу двухканального усилителя, второй вход которого связан с датчиком тока лазерного излучателя, а также введен расщепитель выходного излучения лазерного полупроводникового излучателя, причем первый пучок выходного излучения направлен на первый объект, находящийся в поле зрения первого приемника, а второй пучок - на второй объект, находящийся в поле зрения второго приемника, при этом введен вычислитель дифференциальной дальности до первого и второго объектов.
Может быть введен калиброванный по оптической длине световод, вход которого направлен на излучатель и является расщепителем выходного излучения, а выход направлен на второй приемник.
На фиг. 1 представлена блок-схема лазерного дальномера. На фиг. 2 - функциональная схема одного из его каналов.
Лазерный дальномер (фиг. 1) содержит передающее устройство 1 с датчиком тока накачки, первый приемный канал, включающий первое приемное устройство 2, первый двухканальный усилитель 3, выход которого подключен к первому аналого-цифровому вычислителю 4. Второй приемный канал содержит второе приемное устройство 5, второй двухканальный усилитель 6, выход которого подключен к второму аналого-цифровому вычислителю 7. К управляющим входам первого и второго усилителей подключены соответственно первый 8 и второй 9 коммутаторы. Цифровые выходы аналого-цифровых вычислителей поступают на вход вычислителя дифференциальной дальности 10. Устройства 4, 7, 10 входят в состав вычислительного устройства 11. На выходе передающего устройства 1 установлен расщепитель выходного излучения 12, направляющий часть выходного излучения на первый объект 13, а часть - на второй объект 14. Сигнал с датчика тока накачки поступает на вторые входы усилителей 3 и 6.
На фиг. 2 показан двухканальный усилитель 3, на первый вход которого поступает сигнал с нагрузки фотоприемника 15, входящего в состав приемного устройства 2, а на второй вход - с датчика тока накачки 16, включенного в цепь тока накачки лазерного диода 17, входящего в состав передающего устройства 1. Питание фотоприемника, усилителя и лазерного диода осуществляется от источников питания 17, 18 и 19. Рабочий режим двухканального усилителя задается источником 20. Коммутатор 8 с помощью ключей 21 и 22 переключает входы двухканального усилителя, представляющего собой два истоковых повторителя с общей нагрузкой.
Устройство работает следующим образом.
Лазерный диод 17, входящий в состав передающего устройства 1, излучает ряд зондирующих импульсов. С помощью расщепителя 12 часть излучения направляется на первый объект 13, а часть - на второй объект 14. Отраженное этими объектами излучение принимается соответственно первым 2 и вторым 5 приемными устройствами, с помощью коммутаторов 8 и 9 подключаемыми к первому входу усилителей 3 и 6. При этом второй вход усилителей закрыт. При излучении очередного зондирующего импульса первый вход усилителей закрывается, а на второй вход поступает сигнал с датчика тока накачки 16. Таким образом, на выходах усилителей поочередно возникают импульсы, соответствующие зондирующим импульсам, вызванным током накачки Iн(t), и импульсы, соответствующие отраженным целью задержанным сигналам Is(t-τ)=Sλ⋅P(t-τ), где Sλ - спектральная чувствительность приемного устройства; P(t-τ) - мощность отраженного первым или вторым объектом сигнала на чувствительной площадке приемного устройства; τ=2R/c - задержка отраженного сигнала; t - текущее время; R - дальность до объекта; с - скорость света.
Аналого-цифровые вычислители 4 и 7 определяют [3, 4] временное положение tн импульса Iн(t) и временное положение ts1 и ts2 импульсов Is1(t-τ) и Is2(t-τ), после чего вычисляют оценку τ*1 и τ*1 задержки отраженного сигнала от первого и второго объектов по формулам
В связи с тем, что сигналы Iн(t) и Is(t-τ) проходят по одинаковым цепям, ошибки, связанные с их временем распространения, компенсируются.
Однако остается ошибка, достигающая нескольких наносекунд, определяемая несовпадением тока накачки Iн(t,t0) и светового импульса лазера S0(t,t0). Эта ошибка компенсируется путем определения вычислителем дифференциальной разности величины
Данное техническое решение позволяет определять с высокой точностью относительное перемещение двух элементов объекта, что бывает необходимо при установке строительных конструкций, стыковке космических аппаратов, контроле ширины рельсового пути и т.п.
В качестве первого объекта может быть введен точно калиброванный по оптической длине световод, вход которого зафиксирован на выходе передающего устройства и играет роль расщепителя, а выход закреплен у первого приемного устройства. Такая конструкция создает эталон дальности, относительно которого дальность до второго объекта определяется с высокой точностью, соизмеримой с погрешностью определения оптической длины световода. Построенный подобным образом лазерный дальномер не содержит источников систематической погрешности и обеспечивает погрешность измерения несколько миллиметров по сравнению с несколькими десятками миллиметров у прототипа.
Благодаря указанному построению дальномера обеспечивается решение поставленной задачи - повышение точности лазерного дальномера
Источники информации
1. В.А. Смирнов. Введение в оптическую радиоэлектронику. М.: Советское радио, 1973 г., с. 189.
2. Патент РФ №2506547 по з-ке 2012140350 от 21.09.2012 г. - прототип.
3. В.Г. Вильнер и др. Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров. «Электроника. Наука, Технология, Бизнес». №3, 2008 г. - с. 118.
4. В.Г. Вильнер и др. Способ измерения временного интервала. Патент РФ №2451962.
Claims (2)
1. Лазерный дальномер, содержащий лазерный полупроводниковый излучатель с датчиком тока накачки, двухканальное приемное устройство с коммутатором входов, на выходе которого включен вычислитель дальности, причем приемное устройство состоит из фотоприемника, подключенного к первому входу двухканального усилителя, второй вход которого связан с датчиком тока лазерного излучателя, отличающийся тем, что введено второе двухканальное приемное устройство с коммутатором входов, на выходе которого включен вычислитель дальности, приемное устройство состоит из фотоприемника, подключенного к первому входу двухканального усилителя, второй вход которого связан с датчиком тока лазерного излучателя, а также введен расщепитель выходного излучения лазерного полупроводникового излучателя, причем первый пучок выходного излучения направлен на первый объект, находящийся в поле зрения первого приемника, а второй пучок - на второй объект, находящийся в поле зрения второго приемника, при этом введен вычислитель дифференциальной дальности до первого и второго объектов.
2. Лазерный дальномер по п. 1, отличающийся тем, что введен калиброванный по оптической длине световод, вход которого направлен на излучатель и является расщепителем выходного излучения, а выход направлен на второй приемник.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108892A RU2650851C1 (ru) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | Лазерный дальномер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017108892A RU2650851C1 (ru) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | Лазерный дальномер |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2650851C1 true RU2650851C1 (ru) | 2018-04-17 |
Family
ID=61976678
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017108892A RU2650851C1 (ru) | 2017-03-17 | 2017-03-17 | Лазерный дальномер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650851C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759300C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2021-11-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ измерения дальности |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5805275A (en) * | 1993-04-08 | 1998-09-08 | Kollmorgen Corporation | Scanning optical rangefinder |
RU112399U1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-01-10 | Михаил Тихонович Прилепин | Дисперсионный лазерный дальномер с повышенной дальностью действия |
RU2554279C2 (ru) * | 2010-10-04 | 2015-06-27 | Валерий Васильевич Баланюк | Лазерный дальномер |
RU2610514C2 (ru) * | 2015-02-11 | 2017-02-13 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Лазерный фазовый дальномер |
-
2017
- 2017-03-17 RU RU2017108892A patent/RU2650851C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5805275A (en) * | 1993-04-08 | 1998-09-08 | Kollmorgen Corporation | Scanning optical rangefinder |
RU2554279C2 (ru) * | 2010-10-04 | 2015-06-27 | Валерий Васильевич Баланюк | Лазерный дальномер |
RU112399U1 (ru) * | 2011-03-11 | 2012-01-10 | Михаил Тихонович Прилепин | Дисперсионный лазерный дальномер с повышенной дальностью действия |
RU2610514C2 (ru) * | 2015-02-11 | 2017-02-13 | Открытое Акционерное общество "Ростовский оптико-механический завод" | Лазерный фазовый дальномер |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2759300C1 (ru) * | 2021-04-02 | 2021-11-11 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ измерения дальности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7911589B2 (en) | Optical distance measuring method and corresponding optical distance measurement device | |
EP3447534B1 (en) | Laser ranging system and method employing time domain waveform matching technique | |
US7623222B2 (en) | Single-channel heterodyne distance-measuring method | |
US9025141B1 (en) | Position determination using synthetic wave laser ranging | |
US9041918B2 (en) | Measuring apparatus and referencing method for a digital laser distance meter, and laser distance meter | |
JP2011511261A5 (ru) | ||
JP2008524563A5 (ru) | ||
CN107843903B (zh) | 一种多阀值tdc高精度激光脉冲测距方法 | |
JP2008122137A (ja) | レーダ装置 | |
JP2015094760A (ja) | 合成波レーザー測距センサ及び方法 | |
US9798004B2 (en) | Laser ranging sensors and methods that use a ladder of synthetic waves having increasing wavelengths to calculate a distance measurement | |
Hanto et al. | Time of flight lidar employing dual-modulation frequencies switching for optimizing unambiguous range extension and high resolution | |
RU2650851C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
JP2017173173A (ja) | 距離測定装置およびその校正方法 | |
JP7192959B2 (ja) | 測距装置及び測距方法 | |
Patil et al. | Novel Pulse Detection System Using Differentiation: Prototyping and Experimental Results | |
JP2014174069A (ja) | レーザ測距装置 | |
RU2720268C1 (ru) | Лазерный дальномер | |
RU2511069C1 (ru) | Приемник импульсного оптического излучения | |
RU173991U1 (ru) | Лазерный дальномер с повышенным разрешением по дальности | |
US9983298B2 (en) | Fiber optic based laser range finder | |
US20220260427A1 (en) | Method and System utilizing absolute velocity to improve the performance of electromagnetic devices | |
Deschênes et al. | Optical two-way time synchronization at the femtosecond level over a 4-km free space link | |
JP3651412B2 (ja) | 距離測定装置および距離測定方法 | |
RU2506547C1 (ru) | Приемник импульсных оптических сигналов |