Диафрагма для приемника лидара

Диафрагма для приемника лидара

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советских

Социапистических

Республик

Еп>817653

f л» Г» (61) Дополнительное к авт. саид-ву— ю (22) Заявлено 031078 (21) 2669182/18-10 с присоединением заявки HP (51)м. Кл.з

G 01 -И 4,РОб

Государственный комнтет

СС С.Р во делам нзобретеннй н открытнй

P3) Приоритет—

Опубликовано 30.0381. Бюллетень М12 (53) УДК 551.508.9 (088.8) Дата опубликования описания 300381 (22} Авторы изобретения

С.A.Äàíè÷êèí и В.EI.Ìàðè÷åâ

Институт оптики атмосферы Сибирс (71) Заявитель (54) ДИЙФРйГМй ДЛЯ ПРИЕМНИКА ЛИду рр, Изобретение относится к технике оптического зондирования и может использоваться преимущественно в лидарах с разнесенными передатчиком и при-5 емником.

При зондировании протяженных рассеивающих сред (атмосфера, гидро- . сфера) коротким импульсом оптического излучения принимают сигналы обрат- 1О .ного рассеяния на веществе среды.

Величина принимаемого сигнала изменяется в процессе зондирования обратно пропорционально квадрату расстояния до зондируемого объема. Так, только за счет расстояния сигнал может 15 изменяться на три порядка. Регистрация и обработка сигналов, изменяющихся эа короткие промежутки времени в столь широком динамическом диапазоне, затруднена. С целью уменьшения дина- 20 мики сигнала в лидарах применяют.pàçличного рода оптические комценсаторы или регулировку усиления сигнала в электрическом тракте.

Известны диафрагмы для компенсации величин регистрируемых потоков, форма которых отлична от круглой (1$, установка таких диафрагм в лидарах обеспечивает .за счет различной степени виньетирования принимаемых с,ЗО раэличных дальностей потоков постоянств о (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 иэ-эа значительного виньетирования на диафрагме; неравномерность распределения интенсивности в источнике излу-. 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, экранированным средой с фототропными свойствами, распределенной в виде центральной и по крайней мере одной кольцевой эоны с возрастающим коэффициентом поглощения от центра к краям 2 °

Технология изготовления такой осесимметричной диафрагмы с отверстием, заполненным светопоглощающим материалом с изменяющейся толщиной

817653 по радиусу от центра к краям, более проста.

- Однако применение в ней для экранировки отверстия фототропного материала. (материала, коэффициент поглощения которого зависит от интен"сивности приходящего на него излуче5 ния) приводит к дополнительной зави-

:симости величины сигнала от интен;сивнос ти потоков, поступающих с раз.ных расстояний. Так сигнал от опти-. 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 пропуска- 15 ния от интенсивности излучения (увеличиваться при увеличении интенсивности или уменьшаться) приводит к дополнительным неконтролируемым изменениям величины сигнала, что затруд- Я9 няет его обработку. Центральная часть диафрагмы также зкранирована фототропным материалом. Поэтому потоки, поступающие в приемный объектив лидара с больших дальностей лоцирования и проходящие через центр диафрагьы, также ослабляются, что приводит к ограничению дальности лоцирования.

Целью изобретения является умень- шение погрешностей измерения и увеличение дальности зондирования.

Это достигается тем, что в диафрагме, выполненной в виде непрозрачного тела с отверстием, экранированным средой со светопоглощающими свой- З5 ствами с возрастающим по радиусу поглощением от центра к краям, экранирующее тело выполнено из однородного светопоглощающего материала, толщи на которого от центра к .краям вдоль Щ радиуса меняется в соответствии с выражением

2 R0x

У- Хп )

Рпор. 2>

 f C — )

Р (Ro) гДе В - расстояние между оптическими осями передатчика и приемника лидара в месте их установки) f — фокусное расстояние приемного объектива) у, х — координаты профиля экранирующего тела)

Ro- начальная дальность приема 5S постоянного сигнала; к — коэффициент поглощения экранирующего материала;

P — величина задаваемого порогоВОР вого потока) 60

P (Rg ) — в еличина потока, поступающе го 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 (3

В „ .где В„„- максимальная дальность приема по сто ян н ого си гн ал а.

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, формирует иэображение этого объема.

В зависимости от расстояния до. зондируемого объема его изображение бу дет находиться на различных расстояниях от оптической оси приемного об»ектива. Это.смещение определяется изв ест ным .выражением

r

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 Р„о . Дальнейшее увеличение расстояния приводит к тому, что поток, поступающий в приемный объектив, уменьшается пропорционально r,, Йзображение при этом перемещается rio 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

Rrn Ro) A

Начиная с этого расстояния Rù, принимаемый поток без потерь ггроходит в неэкранированное отверстие 4.

Хотя на расстояниях, превышающих

В поток также изменяется пропорционально r, но.,динамика изменения сигнала при этом уже не столь велика и сигнал может быть легко зарегистриров ан.

Потоки, создающие сигнал, прбходят через диафрагму, подвергаясь различной степени ослабления, чем и достигается постоянство сигнала в пределах определенного диапазона расстояний, причем величина постоянно817653 где у и хR о

Р (R) нор

В,ф

ВНИИПИ Заказ 1436/62 Тираж 732 Подписное

Филиал ППП."Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4

ro сигнала регулируется изменением пропускания экранирующей отз ерстие

2 среды.

Выполнение в диафрагме неэкранированного центрального отверстия определенного диаметра. приводит к тому, что поступающие на приемный объектив лидара потоки с расстояний, превышающих R проходят через диафрагму без потерь. Этим достигается увеличение дальности зондирования.

Формула изобретения диафрагма для поиемника лидара, выполненная в виде непрозрачной пластины с отверстием, экранированным светопоглощающим телом с увеличивающимся от центра к краям светопоглощени-.. ем, о т л и ч а þ ù а я с ятем, что, с целью уменьшения погрешностей и увеличения дальности зондирования, в ней экранирующее тело выполнено из однородного светопоглощающего матери- 20 ала с толщиной, меняющейся от центра к краям с соответствии с выражением

Вох

У = — Xn

), ВГ (Р о

Р

6 координаты профиля экранирующего тела; коэффициент поглощения экранирующего материала, начальная дальность приема постоянного. сигчалау величина потока, поступающего в объектив приемника лидара с расстояния.

R @,1 величина задаваемого порогового потокау расстояние между оптическими осями передатчика и приемника лидара в месте их установкиу фокусное расстояние приемного объектива..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе ! 1. Авторское свидетельство СССР

Р 563658, кл. G 01 W 1/00, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 262429 кл. С Ol W 1/00, 1969 (прототий> .