Способ определения расстояний до водной поверхности

Способ определения расстояний до водной поверхности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЙ ДО ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ путем посылки на водную поверхность импульса оптического излучения, приема отраженного сигнала и определения расстояния до водн(гй поверхности по времени прихода отраженного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и точности измерений, из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

С0ЦИАЛИСтИЧЕСНИХ

РЕС 1УВЛИН (l9) (I I J

4(51) G 01 С 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОРСКОМУ СНИДЕТЕЛЪСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3594485/24-10 (22) 11.02.83 (46) 23.04.85. Бюл. Ф 15 (72) О.И.Абрамов, В.И.Еремин, Г.Г.Карлсен и А.В.Кравцов (71) Всесоюзный электротехнический институт нм. В.И.Ленина (53) 528.5 14(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 100867, кл. С 01 С 3/08, 1953.

2. Авторское свидетельство СССР

В 256291, кл. С 01 S 17/08, t969 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯННА ДО ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТИ путем посылки на водную поверхность импульса оптического излучения, приема отраженного сигнала и определения расстояния до водн эй поверхности по времени прихода отраженного сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения стабильности и точности измерений, из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния.

1151819

Изобретение относится к измери= тельной технике и может быть испольэовано в авиации, метеорологии и океанологии.

Известен способ определения расстояний путем сравнения разности фаз отправленного и принятого промодулированного по амплитуде светового потока (1j .

Наиболее близким к предлагаемому 10 по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения расстояний с помощью импульсного источника света, который заключается в следующем. I5

Полупроводниковым лазером формируется световой импульс, направляемый в точку поверхности, расстояние до которой требуется определить.

На лоцируемой поверхности образуется отраженный сигнал, улавливаемый фотоприемником и обрабатываемый электронной схемой. Расстояние до лоцируемого объекта измеряется по времени задержки принятого сигнала 25 относительно опорного (2) .

Недостатком известного способа измерения, существенно мешающим точному измерению параметров принятого импульса, являются случайные изменения амплитуды отраженного сигнала. Особенно большие флуктуации амплитуды (до 2-3 порядков) проявляются при оптической локации поверхности природных водоемов при

35 наличии волнения и попадания в приемник зеркальной составляющей сигнала (бликов), поэтому в схеме обработки для компенсации этого явления необходимо принимать специальные 40 меры (автоматическую регулировку усиления с широким динамическим диапазоном).

Целью изобретения является повышение стабильности и точности измерений.

Для достижения поставленной цели согласно способу определения расстоя-, ний до водной поверхности путем по- 50 сыпки на водную поверхность импульса оптического излучения, приема отраженного сигнала и определения расстояния до водной поверхности по времени прихода отраженного сигнала, из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния.

В природных водах наблюдается явление фотолюминесценции. Согласно закону Стокса-Ломмеля, спектр фотолюминесценции (преобразованного по спектру излучения) и его максимум сдвинуты по сравнению со спектром возбуждающего излучения и его максимумом в сторону более длинных волн.

Особенностью предлагаемого способа измерения расстояний до водной поверхности с помощью импульсного источника оптического излучения, например УФ-лазера, является использование преобразованного излучения в качестве ответного сигнала, для чего на фотоприемнике устанавливают оптические фильтры, не пропускающие первичное излучение. При этом ампли/ туда принятого приемником локатора сигнала слабо зависит от состояния водной цоверхности, так как исключается попадание в приемник зеркальной составляющей отраженного сигнала (бликов), а преобразованное излучение имеет диффузный характер, и его интенсивность не зависит от состояния водной поверхности.

В качестве конкретной реализации способа измерения расстояний до вод- ной поверхности с помощью импульсного источника оптического излучения предлагается оптический волнограф со сканирующим лучом. Волнограф предназначен для непрерывного измерения и записи высоты и профиля морского волнения. Блок-схема волнографа приведена на чертеже.

Волнограф состоит из импульсного лазера ЛГИ-21 1, работающего на длине волны 9 0,337 мкм. Генератор синхроимпульсов лазера соединен с блоком 2 обработки сигнала и управления шаговым двигателем, в котором при каждом излученном импульсе определяется наличие или отсутствие принятого импульса, и в зависимости от этого задается направление сканирования луча лазера. К выходу блока обработки и управления подключен реверсивный шаговый двигатель 3, ось которого через редуктор соединена с плоским зеркалом 4. К управляющему входу блока обработки и управления подключен фотоприемник 5, оптическая система которого состоит из объектива 6 и фильтра ЖС-! 1 7 . К выходу блока обработки иуправления подключенытакже самописец 8 и индикаторныйблок 9.

1151819 кальное отражение лазерного импульса в точке, не находящейся в поле зрения приемника. Амплитуда импульса может быть так велика, что из — за рассеяния его на деталях объектива возможно попадание света в фотоприем) 1 ник что вызовет ложное срабатывание схемы управления. Во избежание этого эффекта в качестве отраженного

10 сигнала используется преобразован— .ное по спектру излучение, обусловленное фотолюминесценцией воды и соглас. но закону Стокса-Ломмеля имеющее г длину волны большую, чем у первичного излучения. Преобразованное по спектру излучение имеет диффузный характер, что исключает возможность зеркальных отражений. Это же обстоятельство приводит к повышению ста20 бильностч отраженного сигнала и, следовательно, стабильности принятого сигнала.

Импульсный лазер ЛГИ-21 генерирует оптические импульсы с частотой повторения 100 Гц. Одновременно с оптическими вырабатываются электрические синхроимпульсы, поступающие в блок обработки и управления, в котором формируются импульсы управления реверсивным шаговым двигателем.

При каждом оптическом импульсе плоское зеркало поворачивается на

) угол Sg = 10 . Перед началом работы прибора устанавливается ot = О, Угол поворота зеркала в этом случае однозначно определяется числом генерированных лазером оптических импульсов (или равным ему числом синхроимпульсов). B блоке обработки и управления находится реверсивный счетчик, подсчитывающий число синхроимпульсов.

Зеркало поворачивается до тех пор, пока световой импульс не попадает на поверхность воды в точке пересечения с осью фотоприемника (на

1 чертеже точка a ) . .При этом/на выходе фотоприемника появляется импульс, подаваемый на управляющий вход блока обработки и управления, При подаче этого импульса происходит считывание со счетчика числа, про— порционального углу 5 . По уравнению H + h = L tg e4 (L задано конструкцией прибора) определяется искомое расстояние Н.

При наличии сигнала на выходе фотоприемника схемой обработки и управления вырабатывается импульс, переключающий шаговый двигатель в реверсивный режим. При этом реверсирующий импульс подается на счетчик, и числа, соответствующие шагу угла поворота 8 oL вычитаются из значения угла . Реверсивный режим про.должается до тех пор, пока оптический импульс будет попадать в поле зрения объектива фотоприемника.

Водная поверхность может иметь такие неровности, что возможно зерДля устранения возможности попада.

25 ния в фотоприемник первичного излучения, в объектив фотоприемника помещен светофильтр ЖС-11, не пропускающий излучение с Ъ = 0,337 мкм.

Таким образом, в волнографе со

gp сканир тощим лучом, построенном по схеме базового дальномера, используется преобразованное по спектру излучение в целях повышения устойчивости работы прибора.

В результате использования преобразованного излучения в оптическом локаторе достигается повышение стабильности и точности измерений, а также упрощение аппаратуры. Иск40 лючение из состава аппаратуры целого ряда электронных блоков (например, широкодиапазонной АРУ) приведет к удешевлению измерительных установок как в производстве, так и в эксплуа45 тации. Повышение стабильности и точности измерений в авиации повышает безопасность полетов самолетов.

Составитель В Агапова

Техред С.Легеза Корректор С. Черни

Редактор Т.Кугрышева

Подписное

Филиал ППП "Патейт", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Заказ 2308/30 Тираж б51

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5