Устройство измерения заданного расстояния между объектами

Устройство измерения заданного расстояния между объектами

Реферат

Изобретение относится к области вооружений и может быть использовано в неконтактных взрывателях реактивных боеприпасов для определения оптимального момента подрыва боеприпаса.

Известно бортовое устройство с лазерным блоком для обнаружения целей (патент США №5138947, МПК: F42С 13/02, опубл. 18.08.1992), состоящее из источника оптического излучения, коллимирующей линзы, двух зеркал и фотоприемника. Зеркала установлены на подвижную панель, которая фиксируется в двух положениях. Одно из зеркал плоское и выполнено в форме уголкового отражателя. Второе зеркало выполнено фокусирующим. В первом положении панели оба зеркала находятся внутри корпуса устройства и лазерное излучение не выходит наружу. Во втором положении панели излучение источника, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, отражается от первого зеркала и выводится наружу в направлении "вперед и вбок," относительно направления движения боеприпаса. Оптическое излучение от поверхности цели отражается вторым зеркалом на фотоприемник, установленный в фокусе этого зеркала. Фотоприемник преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком данного устройства является низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, следовательно, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также недостаточная защищенность от оптических помех. К недостаткам следует отнести и невысокую точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически, и значительное ухудшение аэродинамических параметров боеприпаса при включении данного устройства, и, в результате, невозможность его использования при высоких скоростях движения боеприпаса.

Известен оптический блок (патент РФ №2151372, МПК: F42С 13/02, опубл. 27.03.2005), состоящий из источника оптического излучения, установленного в фокальной плоскости коллимирующей линзы, системы светоделения, установленной между коллимирующей линзой и защитным стеклом, фокусирующей линзы, фотоприемниками и светофильтра, установленного между фокусирующей линзой и фотоприемниками.

Указанный блок работает следующим образом.

Оптическое излучение источника, сколлимированное линзой, делится системой светоделения на два одинаковых пучка и через защитное стекло выводится наружу боеприпаса. При наличии цели на дистанции срабатывания датчика, излучение отражается от ее поверхности и через фокусирующую линзу и светофильтр попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку. Формируемые два пучка оптического излучения зондируют каждый свой сектор пространства вокруг боеприпаса, а фокусирующая линза и фотоприемники формируют две приемные диаграммы чувствительности оптического блока.

Недостатками указанного блока является значительные габаритные размеры из-за необходимости обеспечения базы, расстояния между приемником и излучателем. Уменьшение базы снижает точность определения дистанции. Система светоделения указанного блока требует юстировки, технологического процесса: установки пересечения оси диаграммы направленности зондирующих пучков источника и оси соответствующих диаграмм чувствительности фотоприемников на требуемом расстоянии от боеприпаса, в результате чего оптический блок обнаруживает только те цели, которые находятся на заданном расстоянии от боеприпаса, что снижает его универсальность.

Известен оптический дистанционный взрыватель (патент ФРГ PS №2949521, МПК: F42С 13/02, опубл. 21.10.82), состоящий из источника оптического излучения, работающего в пульсирующем режиме, коллимирующей и фокусирующей линз и фотоприемника.

Фотоприемник установлен таким образом, что ось диаграммы направленности источника оптического излучения пересекает ось диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса, в результате чего дистанционный взрыватель срабатывает только при наличии цели на заданном расстоянии. Излучение от источника проходит через коллимирующую линзу, отражается от поверхности цели и, если она находится на заданном расстоянии от боеприпаса, через фокусирующую линзу попадает на фотоприемник, который преобразует оптический сигнал в электрический и производит его дальнейшую обработку.

Недостатком этого устройства являются низкая вероятность обнаружения малогабаритных целей и, в результате, низкая надежность срабатывания по целям такого типа, а также невысокая точность установки заданной дальности срабатывания, поскольку пересечение осей диаграммы направленности источника оптического излучения и диаграммы чувствительности фотоприемника на определенном расстоянии от боеприпаса обеспечивается только технологически. Кроме этого данное устройство имеет недостаточную защищенность от оптических помех.

Задачей изобретения является создание компактного, надежного и универсального устройства, обеспечивающего с требуемой точностью измерение заданного расстояния между объектами, имеющего высокую степень защищенности от оптических помех.

Решение указанной задачи достигается тем, что предложенное устройство измерения заданного расстояния между объектами, согласно изобретению, содержит два и более приемоизлучающих канала, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника, образующих приемоизлучающий канал, направлены под углом ≤90° к продольной оси устройства, совпадающей с вектором скорости движения объекта, и расположены со смешением друг относительно друга, преимущественно параллельно или практически параллельно, причем расстояние между оптическими осями излучателя и фотоприемника выбрано из условия l≥(d_u+d_n)/2, где d_u и d_n - наибольшие диаметры излучателя и фотоприемника соответственно, при этом приемоизлучающие каналы размещены вокруг продольной оси устройства, причем угол в радиальном направлении между осями излучателей смежных приемоизлучающих каналов выбран таким образом, что световые пучки излучателей не пересекаются между собой, при этом расстояние между лучами от соседних излучающих каналов на заданном расстоянии между объектами равно/примерно равно характерному размеру встречного объекта минимальной величины.

В варианте исполнения необходимое количество излучателей в устройстве измерения заданного расстояния между объектами определено из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где: n - количество излучателей, α - угол расхождения пучка излучения, b - характерный размер встречного объекта минимальной величины, R - заданное расстояние между объектами.

Техническим результатом, достигаемым заявляемым изобретением, является создание устройства, обеспечивающего определение с высокой точностью момента достижения заданного расстояния между объектами при их сближении, имеющего повышенную помехозащищенность, уменьшенные габаритно-весовые характеристики и энергопотребление.

Технический результат достигается тем, что в устройстве измерения заданного расстояния между объектами, включающем электронный блок, источник оптического излучения и фотоприемник, в качестве источника оптического излучения применен импульсный лазерный диод, а в электронном блоке для обработки отраженного сигнала применен алгоритм, реализующий время-импульсный метод измерения расстояния. Излученные световые импульсы отражаются от поверхности встречного объекта и регистрируются фотоприемником с последующим анализом электронным блоком. Регистрацию отраженного сигнала осуществляют через временной интервал, определяющий заданное расстояние между объектами: с момента излучения светового импульса до открытия временного окна, продолжительностью которого задают погрешность определения расстояния.

Заявляемое устройство не требует настройки в процессе производства, позволяет устанавливать величину измеряемого расстояния между объектами непосредственно перед использованием устройства.

Изменение дистанции обнаружения цели осуществляется изменением установок в электронном блоке, что делает предлагаемое устройство более универсальным по сравнению с прототипом.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлено схематическое изображение поперечного сечения устройства измерения заданного расстояния между объектами.

Устройство измерения заданного расстояния между объектами включает как минимум два приемоизлучающих канала, состоящих из источника оптического излучения 1 и фотоприемника 2, соединенных с электронным блоком 3, установленных в корпусе устройства 4.

Устройство измерения заданного расстояния между объектами работает следующим образом.

Объекту, с установленным на нем устройством измерения заданного расстояния между объектами, придают поступательное движение. Световые импульсы от источника излучения 1 выводят наружу корпуса устройства 4 в сторону возможного появления встречного объекта. При наличии встречного объекта излучение отражается от его поверхности и регистрируется фотоприемником 2. Далее электронный блок 3 анализирует принятый сигнал на соответствие величины t - временного интервала, отсчитываемого с момента излучения импульса до момента регистрации сигнала, заданной временной установке Т. Величина временной установки Т вводится перед использованием устройства в электронный блок 3 и равна времени прохождения светового импульса дистанции, величина которой равна удвоенному заданному расстоянию между объектами, т.е. Т=2R/c, где с - скорость света, R - заданное расстояние между объектами.

При выполнении условия t=Т с заданной точностью, электронный блок определяет принятый сигнал как «рабочий» и выдает сигнал соответствия достигнутой дистанции между объектами заданному расстоянию.

Необходимое количество зондирующих оптических пучков в устройстве измерения заданного расстояния между объектами определяется характерным размером предполагаемых встречных объектов и величиной задаваемого расстояния из соотношения: n≥2π/(α+b/R), где: n - количество излучателей, α - угол расхождения светового пучка, b - характерный размер встречного объекта минимальной величины, R - заданное расстояние между объектами.

Использование предложенного технического решения позволит уменьшить габаритные размеры устройства измерения заданного расстояния между объектами, увеличить количество зондирующих оптических пучков в устройстве, и, следовательно, повысить надежность измерения заданного расстояния между объектами при увеличении задаваемого расстояния. Устройство измерения заданного расстояния между объектами с реализованным предложенным техническим решением не требует настройки в процессе производства, что позволяет упростить его конструкцию и снизить стоимость изготовления.

Устройство измерения заданного расстояния между объектами, характеризующееся тем, что оно содержит два и более приемоизлучающих канала, размещенные вокруг продольной оси устройства, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком, причем источник оптического излучения и фотоприемник, образующие приемоизлучающий канал, расположены преимущественно вплотную друг к другу, при этом оптические оси импульсного источника оптического излучения и фотоприемника расположены параллельно и направлены под углом < 90° к продольной оси, совпадающей с вектором скорости движения объекта, на котором установлено устройство, при этом необходимое количество излучателей определено из соотношения n ≥ 2π/(α+b/R), где n - количество излучателей;α - угол расхождения пучка излучения; b - минимальный габаритный размер встречного объекта;R - заданное измеряемое расстояние между объектами.