Диафрагма для приемника лидара Советский патент 1981 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к технике оптического зондирования и может использоваться преимущественно в лидарах с разнесенными передатчиком и при емником. При зондирований протяженных рассеивающих сред (aт фcфepa, гидросфера) коротким импульсом оптического излучения принимают сигналы обратного рвссеяния на веществе среды. Величина принимаемого сигнала изменяется в процессе зондирования обратно ПропорциЬнально квадрату расстояния до зондируемого объема. Так, толЬ ко за счет расстояния сигнал может изменяться на три порядка. Регистрация и обработка сигналов ,- изменяющихся за короткие промежутки времени в столь широкомдинамическом диапазоне затруднена. С целью уменьшения динамики сигнала в лидарах применяют различного рода оптические компенсаторы или регулировку усиления сигнала в электрическом тракте. Известны диафрагмл для компенсации величин регистрируемых потоков, форма которых отлична от круглой Установка таких диафрагм в лидар обеспечивает .за счет различной степени виньетирования принимаемых с различных дальностей потоков постоянство (линеаризацию) сигнала в определенном диапазоне расстояний. Однако они обеспечивают постоянство сигнала в небольшом интервале расстояний в ближней к лидару зоне; велики потери принимаемых потоков вдоль всей трассы зондирования из-за значительного виньетирования на диафрагме; неравномерность распределения интенсивности в источнике излут чения приводит к флуктуациям регистрируемого сигнала, что затрудняет его обработку. Кроме того, точное изготовление сложного профиля диафрагм трудоемко. Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является диафрагма, выполненная в виде непрозрачного тела с отверстием, зкранированным средой с фототропными свойствами, распределенной в виде центральной и по к райней мере одной кольцевой зоны с возрастающим коэффициентом поглощения от центра к краям И. . . Технология изготовления такой осесимметричной диaфpaг 4iI с отверстием, заполненным светопоглощающим материалом с изменяющейся толщиной ПО ргщиусу от центра к краям, более проста. Однако применение в ней для экранировки отверстия фототропного материала (материала, коэффициент поглощения которого зависит от интенсивности приходящего на него излучения) приводит к дополнительной зави симости величины сигнала от интен;сивности потоков, поступающих с разных расстояний. Так сигнал от оптит чески более мутной среды должен быть больше, чем при рассеянии от менее мутной среды, находящейся на том же расстоянии от лидара. Однако фототропное свойство экранирующего мате;риала менять коэффициент пропускания от интенсивности излучения (увеличиваться при увеличении интенсивности или уменьшаться) приводит к дополнительным, некойтролируемым изме нениям величины сигнала, что затрудняет его обработку. Центральная часть диафрагмы также экранирована фототропным материалом. Поэтому пото ки, поступающие в приемный объектив лидара с больших дальностей лоцирования и прс5ходящие через центр диафрагмы, также ослабляются, что приво дит к ограничению дальности лоцирова ния. Целью изобретения является умень шение погрешностей измерения и увеличение дальности зондирования. Это достигается тем, что в диафрагме, выполнеяной в виде непрозрач ного тела с отверстием, экранированным средой со светопоглощающими свой ствами с возрастающим по радиусу поглощением от центра к краям, экранирующее тело выполнено из однородного светопоглощающего материала, толщина которого от центра к краям вдоль ргюиуса меняется в соответствии с вы ражением P(RO) где в - расстояние между оптическими осями передатчик.а и приемник лидара в месте их установки; f - фокусное расстояние приемного объектива; у, X - координаты профиля экранирую щего тела; RQ- начальная дальность приема постоянного сигнала; к - коэффициент поглощения экранирующего материал Р - величина задёшаемого порого° вого потока; P(Rp)- величина потока, поступающег в объектив приемника лидара с расстояния R . На чертеже изображена предлагаемая диафрагма для лидара.; Она выполнена в виде непрозрачной пластины 1 с отверстием 2, которое экранировано телом 3. В центре экранирующего тела выполнено отверстие 4 (у 0) . Диаметр неэкранированного отверстия 4 определяется выражением 2Bf д - ) где Rff, - максимальная дальность приема постоянного сигнала. При установке диафрагмы в приемный объектив лидара ее ось совмещают с оптической осью объектива. Диафрагма работает следующим образом.. Поток, поступающий из зондируемого объема в приемный объектив лидара, форлшрует изображение этого объема. В зависимости от расстояния до. зондируемого объема его изображение бует находиться на различных расстояниях от оптической оси приемного объектива. Это. смещение определяется и зв ее т ным .выр аже н и ем Bf По мере увеличения-расстояния до зондируемого объема смещение уменьшается, и изображение будет находиться ближе к центру диафрагмы. В переходной зоне зондирования, начиная с расстояния до R, сигнал возрастает от нуля до некоторого значения, определяемого Рпор Дальнейшее увеличение расстояния приводит к тому, что поток, поступающий в приемный объектив, уменьшается пропорционально г ,, Изображение при этом перемещается по диафрагме от края к центру. Поскольку пропускание экранирующей отверстие 2 среды уменьшается так, что в результате происходит компенсация уменьшения потока, то сигнал остается постоянным или изменяется только в силу изменения оптических свойств среды. Компенсирующее действие экранирующей среды прекращается при нахождении зондируемого объема на дальности R, определяемой из отношения Rn/A. Начиная с этого расстояния R, принимаемый поток без потерь Проходит в неэкранированное отверстие 4. Хотяна расстояниях, превышающих Rfry поток также изменяется пропорционально г, но,динамика изменения сигнала при этом уже не столь велика и сигнал может быть легко зарегистриров ан.. Потоки, создающие сигнал, проходят через диафрагму, подвергаясь различной степени ослабления, чем и достигается постоянство сигнала в пределах определенного диапазона расстояний, причем величина постоянного сигнала регулируется изменением пропускания экранирующей отгверстие 2 среды. Выполнение в диафрагме неэкранированного центрального отверстия определенного диаметра .приводит к тому, что поступающие на приемный объектив лидара потоки с расстояний, превышаю щих R, проходят через диафрагму без потерь. Этим достигается увеличение дальности зондирования. Формула изобретения Диаф1 гма для приемника лидара, выполненная в виде непрозрачной плас ны с отверстием, экранированным светопоглощающим телом с увеличивающимся от центра к краям светопоглощением, отличающаяс я тем, что с целью уменьшения погрешностей и увеличения дальности зондирования, в ней экранирующее тело выполнено из о нородного с ветопоглощающего материала с толщиной, меняющейся от центра к краям с соответствии с выражением n-F Г-ВЙЕ 1

////// и X - координаты профиля экранируюодаго тела; к - коэФфициент поглощения экранирующего материала; RO - начальная дальность приема постоянного, сигчала; RQ) - величина потока, поступающего в объектив приемника лидара с расстояния -.величина задаваемого порогового потока; - расстояние между оптическими осями передатчика и приемника лидара в месте их установки; f - фокусное расстояние приемного объектива.. Источники информации, тые тэо внимание при экспертизе . Авторское свидетельство СССР 658, кл. G 01 W I/DO, 1977. . Авторское свидетельство СССР 429, кл. G 01 W 1/00, 1969 отип).