ПРИЕМНИК ИМПУЛЬСНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 2014 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами.

Известны приемники импульсного оптического излучения [1] для систем импульсной лазерной локации, предназначенные для преобразования в электрические сигналы отраженных удаленными объектами зондирующих импульсов лазерного излучения и временной привязки электрических импульсов для определения их задержки τ относительно момента излучения лазерного зондирующего импульса. По этой задержке судят о дальности R до отражающего объекта по формуле R=cτ/2, где c - скорость света.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник (например, фотодиод) с источником смещения и нагрузкой и подключенный к нагрузке усилитель, выполненный на транзисторах [2].

При таком построении приемника имеет место погрешность временной привязки принятого сигнала к моменту излучения зондирующего импульса вследствие несовпадения по времени электрического сигнала на выходе усилителя относительно оптического сигнала, поступающего на вход фотоприемника. Это приводит к ошибкам определения временного интервала между исходным и принятым импульсами.

Задачей изобретения является обеспечение высокой точности временной привязки принятого сигнала за счет устранения указанных погрешностей.

Эта задача решается за счет того, что в известном приемнике импульсных оптических сигналов, содержащем фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе.

На чертеже фиг.1 представлена схема приемника импульсных оптических сигналов.

Устройство состоит из фотоприемника 1 (фотодиода) с источником смещения 2. Нагрузкой фотодиода является сопротивление 3, подключенное к левому входу усилителя 4, выполненного в виде двух транзисторных (истоковых) повторителей [3], работающих на общую нагрузку. Параллельно входам усилителя установлены ключи 5 и 6, управляемые от коммутатора 7. К правому входу усилителя подключен датчик тока накачки импульсного полупроводникового лазера 8 с источником накачки 9. В качестве датчика тока накачки использовано сопротивление 10, включенное последовательно с полупроводниковым лазером. Рабочая точка транзисторных повторителей обеспечивается напряжением смещения U_CM, подаваемым на их входы. Питается усилитель от источника U_ПИТ.

Устройство работает следующим образом.

На фотоприемник 1 поступает принимаемый оптический сигнал, например сигнал лазерного излучателя, отраженный удаленным объектом. При разомкнутом ключе 5 и замкнутом ключе 6 на выходе усилителя 4 формируются сигналы от этого источника. Внешнее устройство (схема временной фиксации [4] с последующим измерителем временных интервалов или цифровой сигнальный процессор (ЦСП) с аналого-цифровым преобразователем на входе [5]) осуществляет временную привязку t_s таких сигналов к моменту t₀ формирования токового импульса накачки полупроводникового лазера. Момент t₀ фиксируется этими же устройствами в цикле временной привязки зондирующего сигнала при замыкании с помощью коммутатора 7 левого ключа 5 и размыкании ключа 6, когда на выходе усилителя 4 формируются импульсы с датчика тока накачки 10. Временной интервал τ=t_s-t₀ измеряется внешним устройством и используется в дальнейшем в процессе определения дальности до удаленного объекта. Подобная временная привязка производится перед каждым измерением дальности и позволяет исключить влияние дестабилизирующих факторов - старения элементов схемы, дрейфа питающих напряжений, температурного ухода параметров, влияния фонового освещения и т.п.

В соответствии с предлагаемым изобретением был разработан макетный образец фотоприемного устройства, испытанный в составе лазерного дальномера.

Проведенные исследования дальномера показали, что ошибка без такой привязки может достигать 5-20 наносекунд (как и в других существующих аналогичных приборах), а в случае временной привязки по предлагаемому способу снижается до 0,5 нс, то есть при измерении дальности ошибка снижается с 1-3 м до нескольких сантиметров.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает высокую точность временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокую точность приборов, в которых используется такой приемник.

Источники информации

1. В.А. Волохатюк и др. "Вопросы оптической локации". - М.: Советское радио, М, 1971. - c.213.

2. В.Г. Вильнер и др. Анализ входной цепи фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом и противошумовой коррекцией. «Оптико-механическая промышленность». №9, 1981 г. - с.59 - прототип.

3. И.Г. Мамонкин. «Усилительные устройства». - М.: «Связь», 1977. - с.170.

4. В.Г. Вильнер и др. Методы повышения точности импульсных лазерных дальномеров. «Электроника. Наука, Технология, Бизнес». №3, 2008 г. - с.118.

5. В.Г. Вильнер и др. Способ измерения дальности. Патент РФ №2455615.

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и подобных устройств для измерения временных интервалов между оптическими импульсами. Приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе. Технический результат заключается в повышении точности временной привязки принятого сигнала и, соответственно, высокой точности измерений с помощью приборов, в которых используется такой приемник. 1 ил.

Приемник импульсных оптических сигналов, содержащий фотоприемник с источником смещения и нагрузкой, подключенной к усилителю, отличающийся тем, что усилитель выполнен в виде двух транзисторных повторителей с общей нагрузкой, вход одного из повторителей подключен к нагрузке фотоприемника, а вход второго повторителя имеет возможность подключения к внешнему источнику сигнала, причем параллельно входам транзисторных повторителей введены ключи, связанные с коммутатором, управляющим их замыканием и размыканием в противофазе.