Лидарная система
Полезная модель относится к области лазерной локации и может быть использована для экологического мониторинга атмосферы и определения ее физического и химического состава. Лидарная система содержит два идентичных лидара, каждый из которых состоит из: гетеродинного, инжекционного и TEA СО2 лазеров; обтюратора; систему наведения, включающую: телескоп, двух координатный зеркальный сканер с электромеханическими приводами, оптические системы; гетеродинное фото приемное устройство; систему синхронизации; блок сопряжения, состоящий из: блока сбора информации от датчиков и блока управления электромеханическими приводами; и компьютерный вычислительно-управляющий комплекс. Задачей полезной модели является повышение синхронизации лидарной системы. Технический результат поставленной задачи достигается тем, что, лидарную систему предлагается снабдить устройством управления обтюратором, содержащим позиционный датчик положения, кинематически соединить его с валом двигателя обтюратора. А также устройство управления обтюратором содержит три однополярных усилителя мощности и шеститактный распределитель импульсов, выходы усилителей мощности соединены с обмотками двигателя, вход шеститактного распределителя импульсов соединен с системой синхронизации. В корпусе позиционного датчика положения предлагается разместить: диск с отверстиями: «синхро» - для запусков лазеров, «кодовая дорожка 20 » и «кодовая дорожка 21» - для идентификации лазеров, и «бобовидные» отверстия для согласования нулей датчика и обтюратора; и три оптопары, которые соединить посредством усилителя с блоком сбора информации от датчиков и установить с возможностью оптического взаимодействия посредством кодовых отверстий; диск обтюратора выполнить двухлопастным и двусторонне зеркальным, а двигатель выполнить трехфазным шаговым и реверсивным.
Полезная модель относится к области лазерной локации и может быть использована для экологического мониторинга атмосферы и определения ее физического и химического состава.
Известна система для определения положения, например, газового выброса, объекта использующая N импульсных источников излучения для увеличения диапазона дальности (см. авторское свидетельство СССР №1809406, МКИ G 01 S 17/00, 1993 г.). Система содержит N импульсных источников излучения, оптический коммутатор (обтюратор), телескоп, сопряженный со сканером и фотоприемное устройство. При этом оптический коммутатор (обтюратор) выполнен в виде трех вращающихся оптических пар.
Недостатком рассмотренной системы является ее сложность и недостаточные надежность и точность управления.
Известен также мобильный лидарный комплекс (МЛК) для дистанционного контроля состояния атмосферы (см. заявку на патент РФ №2000128238, с приоритетом от 13.11.2000 г. - прототип). В состав указанного МЛК входит лидарная система содержащая: два идентичных лидара (канала) когерентного детектирования; каждый канал содержит по три лазера: гетеродинный, инжекционный и TEA CО2; обтюратор, обеспечивающий поочередную работу лазеров; а также в лидарную систему входят: телескоп, двух координатный зеркальный сканер, оптическая система, гетеродинное фотоприемное устройство, система синхронизации, блок сопряжения, включающий блок управления электромеханическими приводами (ЭМП) и блок сбора информации от датчиков, и компьютерный вычислительно-управляющий комплекс. Однако работа системы недостаточно синхронизирована.
Задача - повышение синхронизации лидарной системы.
Технический результат поставленной задачи достигается тем, что лидарную систему содержащую два идентичных лидара, каждый из которых включает: гетеродинный, инжекционный и TEA CO 2 лазеры; обтюратор; телескоп; двухкоординатный зеркальный сканер; оптическую систему; гетеродинное фотоприемное устройство; систему синхронизации; блок сопряжения, состоящий из блока управления электромеханическими приводами (ЭМП) и блока сбора информации от датчиков; и компьютерный вычислительно - управляющий комплекс предлагается снабдить устройством управления обтюратором, содержащим позиционный датчик положения, кинематически соединить его с валом
двигателя обтюратора. А также устройство управления обтюратором содержит три однополярных усилителя мощности и шеститактный распределитель импульсов, выходы усилителей мощности соединены с обмотками двигателя, вход шеститактного распределителя импульсов соединен с системой синхронизации. В корпусе позиционного датчика положения предлагается разместить: диск с отверстиями: «синхро» - для запусков лазеров, «кодовая дорожка 20» и «кодовая дорожка 21» - для идентификации лазеров, и «бобовидные» отверстия для согласования нулей датчика и обтюратора; и три оптопары, которые соединить посредством усилителя с блоком сбора информации от датчиков и установить с возможностью оптического взаимодействия посредством кодовых отверстий; диск обтюратора выполнить двухлопастным и двусторонне зеркальным, а двигатель выполнить трехфазным шаговым и реверсивным.
На рис.1 представлена блок-схема лидарной системы с устройством управления обтюратором.
На рис.2 - структурная оптическая схема лидарной системы.
На рис.3 - диск позиционного датчика положения.
На рис.4 - диаграмма работы каналов лидарной системы в зависимости от положения диска обтюратора с обозначением на нем проекцией апертур лазеров TEA CО2 и CO2 (гетеродин).
Лидарная система (рис.1) содержит два идентичных лидара (два канала). Каждый из которых состоит из гетеродинного CО2 лазера 1, инжекционного лазера 2 и TEA CO2 лазера 3. Обтюратор 4 служит для переключения каналов. Лидары имеют общую систему наведения 5 состоящую из: телескопа 6, двухкоординатного зеркального сканера 7 и электромеханических приводов 8. Лидарная система содержит оптические системы 9 (на блок - схеме не показаны), гетеродинное фото приемное устройство 10, систему синхронизации 11, блок 12 сопряжения, состоящий из: блока 13 сбора информации от датчиков и блока 14 управления электромеханическими приводами (ЭМП), и компьютерного вычислительно-управляющего комплекса 15 (ВУК). Обтюратор 4 имеет устройство управления содержащее позиционный датчик 16 положения, кинематически соединенный с валом двигателя 17 обтюратора 4, а электрически, посредством усилителя 18, с блоком 13 сбора информации от датчиков. Устройство управления содержит также три усилителя 19 мощности, выходами соединенные с обмотками двигателя 17 обтюратора 4. Входы усилителей 19 мощности соединены с выходом шеститактного распределителя 20 импульсов, входом соединенным с системой 11 синхронизации. Позиционный датчик 16 положения выполнен в виде моноблока с блочным соединителем. Вал датчика 16 выходит за внешнюю поверхность. В корпусе моноблока датчика (рис. 3) размещен диск 21 с тремя видами кодовых отверстий: «синхро», «кодовые дорожки 20 и 2 1». С
помощью отверстий «синхро» формируются сигналы для запуска лазеров. Кодовые дорожки «20 » и «21» формируют сигналы для идентификации лазера, «бобовидные» отверстия обеспечивают согласование нулей датчика 16 и обтюратора 4. А также в корпусе размещены три оптопары 22 (излучатель, например, светодиод и фотоприемник, например, фототранзистор). Диск обтюратора 4 выполнен двухлопастным и двухсторонне зеркальным. Двигатель 17 обтюратора 4 выполнен 3-х фазным шаговым, реверсивным, обеспечивающим вращение вала обтюратора 4 с постоянной угловой скоростью.
Лидарная система работает следующим образом Управление системой осуществляется оператором с помощью компьютерного вычислительно-управляющего комплекса, использующего специальные программы, позволяющие решить поставленные задачи, например, экологический мониторинг состояния атмосферы над промышленным центром в радиусе до 15 км.
Двухканальная лидарная система является длинноволновой, инфракрасного излучения. Каналы работают по очереди на общие телескоп 6 и сканер 7. Для повышения синхронизации системы используется устройство управления обтюратором 4. Управление осуществляется считыванием кода текущего положения и определения направления для перевода на требуемую позицию. Позицию датчика положения 16 определяет совпадение кодовых отверстий «синхро» и отверстие сигнала «готов» со зрачками оптопар 22. Сигнал «готов» формируется лучами света от излучателей оптопар 22, проходя сквозь отверстие и кодовую дорожку, и далее через усилитель 18 выдается в блок 13 сбора информации от датчиков, а затем поступает с ВУК 15 через блок синхронизации 11, шеститактный распределитель 20 импульсов, усилитель мощности 19, двигатель 17 датчик положения 16 обеспечивает выдачу двухразрядного кода положения вала обтюратора 4. Содержание кодов положения следующее:
Разряд 2 0 - зеркало обтюратора введено («Зеркало»);
Разряд 21 - зеркало обтюратора выведено («Дырка»). Для достижения требуемой позиции осуществляется последовательная выдача шагов со знаком до совпадения выданных шагов с тарировочным количеством. Коды положения обтюратора 4 (тарировочные) должны быть введены в управление системой. Реверсивный перевод обтюратора из текущей позиции в заданную осуществляется за время не более 1 сек с помощью шагового двигателя (ДБМ 40-0,025) разомкнутого типа, датчика положения и ВУК 15.
В положении обтюратора 4 «Зеркало» первый канал находится в фазе «Настройка» (рис. 4), второй канал - в фазе «Работа». При переходе обтюратора в положение «Дырка», первый канал переходит в фазу «Работа», второй - в фазу «Настройка». Фаза «Настройка» длится не более
50 мс, что соответствует повороту обтюратора на четверть оборота. Во время фазы «Работа» срабатывает TEA СО2 лазер, и его импульсное излучение через оптическую систему, телескоп 6 и сканер 7 передается в атмосферу. Прием рассеянного на аэрозолях сигнала осуществляется гетеродинным фото приемным устройством 10, сигнал обрабатывается и исследуется для принятия решения об экологической ситуации в атмосфере.
Введение в лидарную систему устройства управления обтюратором позволяет повысить синхронность работы системы, а также оптимизировать функциональное взаимодействие всех частей системы.
Лидарная система, содержащая два идентичных лидара, каждый из которых состоит из гетеродинного, инжекционного и ТЕА СО 2 лазеров; обтюратора; системы наведения, включающей телескоп, двухкоординатный зеркальный сканер с электромеханическими приводами; оптических систем; гетеродинного фотоприемного устройства; системы синхронизации; блока сопряжения, состоящего из блока сбора информации от датчиков и блока управления электромеханическими приводами; и компьютерного вычислительно-управляющего комплекса, отличающаяся тем, что она снабжена устройством управления обтюратором, содержащим позиционный датчик положения, кинематически соединенный с валом двигателя обтюратора, а также содержащим три усилителя мощности, выходами соединенные с обмотками двигателя обтюратора, а входом - с шеститактным распределителем импульсов, входом соединенным с системой синхронизации, при этом в корпусе позиционного датчика положения размещены диск с отверстиями "синхро" - для запуска лазеров, "кодовая дорожка 20 " и "кодовая дорожка 21" - для идентификации лазеров, и "бобовидными" отверстиями для согласования нулей датчика и положения обтюратора, а три оптопары, соединенные посредством усилителя с блоком информации от датчиков, и установленные с возможностью оптического взаимодействия излучателя и фотоприемника каждой оптопары посредством кодовых отверстий; диск обтюратора выполнен двухлопастным и двухсторонне зеркальным, а двигатель выполнен трехфазным шаговым, реверсивным.
