[go: up one dir, main page]

RU2688906C1 - Optical pulse receiver - Google Patents

Optical pulse receiver Download PDF

Info

Publication number
RU2688906C1
RU2688906C1 RU2018134221A RU2018134221A RU2688906C1 RU 2688906 C1 RU2688906 C1 RU 2688906C1 RU 2018134221 A RU2018134221 A RU 2018134221A RU 2018134221 A RU2018134221 A RU 2018134221A RU 2688906 C1 RU2688906 C1 RU 2688906C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shutter
photosensitive element
receiver
elastic element
signal
Prior art date
Application number
RU2018134221A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Вильнер
Михаил Михайлович Землянов
Евгений Викторович Кузнецов
Алексей Владимирович Мамин
Александр Ефремович Сафутин
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха"
Priority to RU2018134221A priority Critical patent/RU2688906C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2688906C1 publication Critical patent/RU2688906C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02—Details
    • G01J1/04—Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0418—Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using attenuators
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/02—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light
    • G02B26/023—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the intensity of light comprising movable attenuating elements, e.g. neutral density filters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/40—Optical elements or arrangements
    • H10F77/407—Optical elements or arrangements indirectly associated with the devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

FIELD: optics.
SUBSTANCE: invention relates to reception of optical radiation and to a receiver of optical pulses. Receiver includes a photosensitive element, a signal processing circuit and an optical gate mounted in front of the photosensitive element. Optical gate is made in the form of a shutter with two working positions. Device comprises a shutter drive including a yoke, a middle part of which is hingedly fixed on the body of the receiver, a elastic element and two parallel stretch marks in the swing plane of the yoke. First stretching is fixed between one lever of the yoke and the body, and the second stretching is fixed between the second arm of the yoke and an elastic element, the other end of which is fixed on the body. Shutter is installed at the connection point of the second tensioner with an elastic element. Elastic element is in a stressed state, and tensioners are electrically in-series connected to each other conductive threads, to ends of which external source of control electric signal is connected.
EFFECT: providing operability of the device under active and passive laser countermeasures with minimum dimensions and maximum sensitivity at low level of signals.
1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике приема импульсного оптического излучения, преимущественно к приемникам импульсных лазерных дальномеров и других светолокационных устройств.The invention relates to the technique of receiving pulsed optical radiation, mainly to receivers of pulsed laser range finders and other light-emitting devices.

Известны приемники оптических импульсов [1] для систем импульсной лазерной локации, предназначенные для преобразования в электрические сигналы отраженных удаленными объектами зондирующих импульсов лазерного излучения и временной привязки электрических импульсов для определения их задержки τ относительно момента излучения лазерного зондирующего импульса. По этой задержке судят о дальности R до отражающего объекта по формуле R=сτ/2, где с - скорость света. Подобным образом построены приемники оптических импульсов [2-3], содержащие фоточувствительный элемент и схему обработки сигнала. Указанные устройства имеют ограниченный динамический диапазон, препятствующий применению таких приемников в измерителях дальности и другой аппаратуре с повышенными требованиями к точности. Существует ряд технических решений, имеющих целью расширение динамического диапазона и повышение точности временной фиксации принятых сигналов [4-5]. Однако эти решения не обеспечивают работоспособность приемника, если энергия входного излучения превышает уровень лучевой прочности фоточувствительного элемента.Optical pulse receivers [1] are known for pulsed laser ranging systems, which are used to convert the probe pulses of laser radiation reflected by distant objects and electrical timing of electrical pulses to determine electrical signals in order to determine their delay τ relative to the instant of radiation of the laser probe pulse. This delay is used to judge the distance R to a reflecting object using the formula R = сτ / 2, where c is the speed of light. Optical pulses receivers [2-3] are constructed in a similar way, containing a photosensitive element and a signal processing circuit. These devices have a limited dynamic range that prevents the use of such receivers in range meters and other equipment with increased accuracy requirements. There are a number of technical solutions aimed at expanding the dynamic range and improving the accuracy of temporal fixation of received signals [4-5]. However, these solutions do not ensure the performance of the receiver if the energy of the input radiation exceeds the level of radiation resistance of the photosensitive element.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является приемник оптических импульсов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала, светоделитель, фотодатчик, устройство задержки и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом [6]. В данном приемнике оптический затвор не открывается, если сигнал с фотодатчика превышает пороговое значение, соответствующее уровню входного излучения, превышающего порог лучевой прочности фоточувствительного элемента. В противном случае затвор открывается, и входное излучение поступает на фоточувствительный элемент. Время задержки сигнала в линии задержки должно превышать время реакции затвора на управляющий импульс от фотодатчика. Таким образом, обеспечивается функционирование устройства не только в рабочем динамическом диапазоне отраженных сигналов, но и за его пределами - в условиях активного или пассивного противодействия.The closest in technical essence of the present invention is an optical pulse receiver comprising a photosensitive element, a signal processing circuit, a beam splitter, a photosensor, a delay device and an optical shutter mounted in front of the photosensitive element [6]. In this receiver, the optical shutter does not open if the signal from the photo sensor exceeds the threshold value corresponding to the input radiation level exceeding the radiation resistance threshold of the photosensitive element. Otherwise, the shutter opens and the input radiation enters the photosensitive element. The delay time of the signal in the delay line must exceed the response time of the gate to the control pulse from the photo sensor. Thus, the operation of the device is ensured not only in the working dynamic range of the reflected signals, but also beyond its limits - in conditions of active or passive counteraction.

Недостаток приемника [6] - потери излучения в светоделителе, устройстве задержки и оптическом затворе, а также ограничения по быстродействию затвора, вынуждающие увеличивать задержку сигнала в устройстве задержки. Это, в свою очередь, приводит к потерям в приемном тракте, искажению формы принимаемого сигнала, увеличению габаритов устройства, особенно за счет светоделителя, устройства задержки и оптического затвора.The disadvantage of the receiver [6] is the radiation losses in the beam splitter, the delay device and the optical shutter, as well as the shutter speed limitations, which increase the signal delay in the delay device. This, in turn, leads to losses in the receiving path, distortion of the shape of the received signal, an increase in the dimensions of the device, especially due to the beam splitter, the delay device and the optical shutter.

Задачей изобретения является обеспечение работоспособности устройства в условиях активного и пассивного лазерного противодействия при минимальных габаритах и максимальной чувствительности приемника оптических импульсов для слабых входных сигналов.The objective of the invention is to ensure the operability of the device in terms of active and passive laser counteraction with minimum dimensions and maximum sensitivity of the receiver of optical pulses for weak input signals.

Эта задача решается за счет того, что в известном приемнике оптических импульсов, содержащем фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, оптический затвор выполнен в виде шторки с двумя рабочими положениями, а в состав устройства введен привод шторки, включающий коромысло, в средней части шарнирно закрепленное на корпусе приемника, упругий элемент и две параллельных растяжки в плоскости качания коромысла, первая растяжка закреплена между одним плечом коромысла и корпусом, а вторая растяжка - между вторым плечом коромысла и упругим элементом, другой конец которого закреплен на корпусе, шторка установлена в месте соединения второй растяжки с упругим элементом так, чтобы в первом рабочем положении закрывать фоточувствительный элемент, причем, упругий элемент находится в напряженном состоянии, создавая в точке крепления второй растяжки усилие величиной F, а растяжки представляют собой электрически последовательно связанные между собой токопроводящие нити, к концам которых подведен внешний источник управляющего электрического сигнала, при подаче которого температурное расширение растяжек от их нагрева протекающим электрическим током составляет величины соответственно ΔL1 и ΔL2, а смещение шторки ΔLш=ΔL2+ξΔL1, где

Figure 00000001
s1 и s2 - длины плеч коромысла, соединенных, соответственно, с первой и второй растяжками, при этом должно выполняться условие
Figure 00000002
где dшт - размер шторки; dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; а - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.This problem is solved due to the fact that in a known optical pulse receiver containing a photosensitive element, a signal processing circuit and an optical shutter installed in front of the photosensitive element, the optical shutter is made in the form of a curtain with two working positions, and a rocker arm articulated on the receiver body in the middle part, an elastic element and two parallel extensions in the swing plane of the rocker arm, the first extension arm is fixed between one shoulder bark Align and body, and the second stretch - between the second arm of the rocker arm and the elastic element, the other end of which is fixed to the body, the shutter is installed at the junction of the second stretch with the elastic element so that in the first working position to close the photosensitive element, and the elastic element is in stress, creating at the point of attachment of the second stretch force of F, and stretch marks are electrically sequentially interconnected conductive filaments, to the ends of which an external and The source of the control electrical signal, when it is supplied, the temperature expansion of the stretch marks from their heating by the flowing electric current is ΔL 1 and ΔL 2 , respectively, and the shutter offset ΔL W = ΔL 2 + ξΔL 1 , where
Figure 00000001
s 1 and s 2 are the lengths of the arms of the rocker arms connected, respectively, to the first and second braces, and the condition
Figure 00000002
where d pcs - the size of the curtain; d FCE - diameter of the working area of the photosensitive element; a is the distance from the shutter to the surface of the photosensitive element; α is the angle of view of the photosensitive element; Δ is the error of fixing the lateral position of the shutter in the absence of a control signal at the input of the drive.

Шторка может быть выполнена полупрозрачной с коэффициентом пропускания τ, отвечающим условию

Figure 00000003
где Eфпу - энергетическая чувствительность фотоприемного устройства; Ец - энергия сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности до цели; Emax - максимальная энергия сигнала, отраженного ретрорефлектором; Eпду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на фоточувствительный элемент фотоприемного устройства.The shutter can be made translucent with a transmittance τ that meets the condition
Figure 00000003
where E fpu is the energy sensitivity of the photodetector; E p - signal energy is reflected from the retroreflector mounted on the predetermined maximum target range; E max - the maximum energy of the signal reflected by the retroreflector; E remote control - the maximum allowable energy level of the signal supplied to the photosensitive element of the photodetector device.

На чертеже фиг. 1 представлена функциональная схема устройства. Фиг. 2 иллюстрирует взаимное положение шторки, растяжки и упругого элемента в первом (фиг. 2а) и втором (фиг. 2б) рабочих положениях.In FIG. 1 shows a functional diagram of the device. FIG. 2 illustrates the mutual position of the shutter, the stretch and the elastic element in the first (FIG. 2a) and second (FIG. 2b) working positions.

Приемник оптических импульсов (фиг. 1) состоит из фоточувствительного элемента 1 (например, фотодиода) и схемы обработки сигнала 2, включающей предусилитель 3, усилитель 4 и формирователь выходного сигнала 5, выход которого является выходом устройства. Перед фоточувствительным элементом расположена полупрозрачная шторка 6 с приводом 7, управляемым с выхода логического модуля 8, один из входов которого связан с выходом схемы обработки сигнала 2, а второй является его управляющим входом. Устройство размещено в герметичном корпусе 9 с оптическим окном 10, через которое принимаемое излучение поступает на фоточувствительный элемент 1. Привод шторки (фиг. 2) состоит из упругого элемента 11 и двух растяжек 12 и 13 виде токопроводящей нити, на концы которой подается управляющий сигнал Uупр (фиг. 2а). Растяжки электрически соединены последовательно через коромысло 14, закрепленное на корпусе через шарнир 15 с возможностью качания в плоскости растяжек. Ход шторки ΔLш между ее двумя рабочими положениями (фиг. 2) определяется из условия закрытого (фиг. 2а) и открытого (фиг. 2б) фоточувствительного элемента, то есть в соответствии с условием

Figure 00000004
где dшт - размер шторки; dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; а - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - апертурный угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.The optical pulse receiver (Fig. 1) consists of a photosensitive element 1 (for example, a photodiode) and a signal processing circuit 2, which includes a preamplifier 3, an amplifier 4 and an output signal generator 5, the output of which is the output of the device. In front of the photosensitive element is a translucent shutter 6 with a drive 7, controlled by the output of the logic module 8, one of the inputs of which is connected to the output of the signal processing circuit 2, and the second is its control input. The device is placed in a sealed enclosure 9 with an optical window 10, through which the received radiation enters the photosensitive element 1. The shutter drive (Fig. 2) consists of an elastic element 11 and two stretch marks 12 and 13 in the form of a conductive thread, to the ends of which a control signal U is fed. ExF (Fig. 2a). The braces are electrically connected in series through the yoke 14, mounted on the body through the hinge 15 with the possibility of rocking in the plane of the braces. The stroke of the shutter ΔL ш between its two working positions (Fig. 2) is determined from the condition of the closed (Fig. 2a) and open (Fig. 2b) photosensitive element, that is, in accordance with the condition
Figure 00000004
where d pcs - the size of the curtain; d FCE - diameter of the working area of the photosensitive element; a is the distance from the shutter to the surface of the photosensitive element; α is the aperture angle of view of the photosensitive element; Δ is the error of fixing the lateral position of the shutter in the absence of a control signal at the input of the drive.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В исходном состоянии полупрозрачная шторка 6 находится перед рабочей площадкой фоточувствительного элемента 1, ослабляя поступающие на нее сигналы в 1/τ раз. При подаче на растяжку управляющего сигнала Uупр под действием тока, последовательно протекающего через обе растяжки 12 и 13 и коромысло 14, растяжки нагреваются и их исходная длина L1 и L2 увеличивается на величину ΔL1=αL1ΔT1 и ΔL2=αL2ΔТ2, где α - коэффициент температурного расширения, ΔT - приращение температуры. В результате под действием силы F, создаваемой упругим элементом, шторка перемещается на расстояние ΔLш=ΔL2+ξΔL1 (фиг. 2б), где ξ=s2/s1, s1 и s2 - длины плеч коромысла,In the initial state, the translucent curtain 6 is located in front of the working platform of the photosensitive element 1, attenuating the signals arriving at it by 1 / τ times. When applied to the control signal stretching U exercise by the current sequentially flows through both extensions 12 and 13 and the rocker arm 14, streamers are heated and their original length of L 1 and L 2 is increased by an amount ΔL 1 = αL 1 ΔT 1 and ΔL 2 = αL 2 ΔT 2 , where α is the coefficient of thermal expansion, ΔT is the temperature increment. As a result, under the action of the force F generated by the elastic element, the shutter moves a distance ΔL sh = ΔL 2 + ξΔL 1 (Fig. 2b), where ξ = s 2 / s 1 , s 1 and s 2 are the lengths of the arms of the rocker arms,

После отключения сигнала Uупр длины растяжек принимают первоначальные значения L1 и L2 и шторка возвращается в исходное положение, закрывая рабочую площадку фоточувствительного элемента. Если шторка выполнена полупрозрачной, в ее исходном положении фотоприемное устройство может принимать сигналы, превышающие уровень номинальной чувствительности ФПУ в 1/τ раз и более без ущерба для фоточувствительного элемента.After turning off the signal U upr stretch lengths take the original values of L 1 and L 2 and the shutter returns to its original position, closing the working platform of the photosensitive element. If the shutter is made translucent, in its initial position the photoreceiver can receive signals exceeding the nominal sensitivity level of the FPU by 1 / τ times and more without harming the photosensitive element.

Из обозначений на фиг. 1 видно, что для перекрытия шторкой рабочей площадки фоточувствительного элемента должно выполняться условие

Figure 00000005
где dшт - рабочий диаметр полупрозрачного участка шторки; dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; а - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода. В величину Δ входят как погрешности юстировки, так и температурный уход в диапазоне окружающих температур.Of the indications in FIG. 1 it can be seen that to cover the working platform of the photosensitive element with a curtain, the condition
Figure 00000005
where d pcs - the working diameter of the translucent portion of the curtain; d FCE - diameter of the working area of the photosensitive element; a is the distance from the shutter to the surface of the photosensitive element; α is the angle of view of the photosensitive element; Δ is the error of fixing the lateral position of the shutter in the absence of a control signal at the input of the drive. The value of Δ includes both the alignment errors and the temperature drift in the ambient temperature range.

Коэффициент ослабления шторки τ определяется ожидаемым уровнем лазерной засветки от внешнего источника, представляющего опасность для фоточувствительного элемента в заданных условиях эксплуатации приемника импульсных оптических сигналов в составе аппаратуры, для которой предназначен данный приемник. При этом конструкция полупрозрачной шторки остается унифицированной для всех применений при ее исполнении в виде прозрачной плоскопараллельной пластины с полупрозрачным покрытием, нанесенным, например, путем металлизации. Толщина этого покрытия определяет величину τ при сохранении габаритно-присоединительных параметров.The shutter attenuation coefficient τ is determined by the expected level of laser illumination from an external source, which is dangerous for the photosensitive element in the given operating conditions of the receiver of pulsed optical signals as part of the equipment for which this receiver is intended. At the same time, the design of a translucent curtain remains unified for all applications when it is made in the form of a transparent plane-parallel plate with a translucent coating applied, for example, by metallization. The thickness of this coating determines the value of τ while maintaining the overall-connecting parameters.

Пример конструктивного исполненияDesign example

Упругий элемент - стандартная пружина растяжения 2×10.The spring is a standard 2 × 10 tension spring.

Dt - Диаметр проволоки: 0,20 мм.Dt - Wire diameter: 0.20 mm.

Dy - Наружный диаметр: 2,00 мм.Dy - Outer diameter: 2.00 mm.

Lo - Свободная длина: 10,00 мм.Lo - Free length: 10.00 mm.

nv - Количество рабочих витков: 30,00nv - Number of working turns: 30.00

Ln - Допустимая (максимально) длина расширения для динамической нагрузки: 19.00Ln - Allowable (maximum) extension length for dynamic load: 19.00

с - Жесткость: 0.09 Н/мм.with - Stiffness: 0.09 N / mm.

При исходной длине L=15 мм сила натяжения F=c(L2-L1)=0,09(15-10)=0,45Н.With the initial length L = 15 mm, the tension force F = c (L 2 -L 1 ) = 0.09 (15-10) = 0.45H.

Масса пружины Мп=0,005 г.Spring weight М п = 0,005 g.

Масса шторки ~ 0,1 г; С оправой ~ 0,2 г=2⋅10-4 кг.Curtain weight ~ 0.1 g; With a frame of ~ 0.2 g = 2⋅10 -4 kg.

Массой пружины, коромысла и растяжек можно пренебречь.Mass of springs, rocker arms and stretch marks can be neglected.

Ускорение а=F/m=0.45/2⋅10-4 ~ 2000 м/с2.Acceleration a = F / m = 0.45 / 2⋅10 -4 ~ 2000 m / s 2 .

Смещение S=0,3 мм=3⋅10-4 м.Offset S = 0.3 mm = 3⋅10 -4 m.

Время выведения шторки

Figure 00000006
Curtain opening time
Figure 00000006

Две растяжки - нихромовая проволока суммарной длиной 30 мм. α=18⋅10-6 1/град. L=30 мм; ΔLш=0,3 мм.Two stretch marks - nichrome wire with a total length of 30 mm. α = 18⋅10 -6 1 / deg. L = 30 mm; ΔL sh = 0.3 mm.

Погрешность фиксации шторки определяется не только конструкцией устройства, но и колебаниями ±ΔТо окружающей температуры, поэтому необходимо, чтобы ΔТ>>ΔТо.The error of fixing the shutter is determined not only by the design of the device, but also by fluctuations of ± ΔТ about the ambient temperature, therefore it is necessary that ΔТ >> ΔТ о .

ΔТ=ΔLш/αL=0,3/(18⋅10-6⋅30)=10000/18 ~ 555°>>ΔТо ~ 50°.ΔT = ΔL sh / αL = 0.3 / (18⋅10 -6 30) = 10,000 / 18 ~ 555 ° >> ΔT about ~ 50 °.

Пусть габариты токопроводящей нити 0,01×0,01×3 см. Объем VT=3⋅10-4 см3.Let the dimensions of the conductive filament be 0.01 × 0.01 × 3 cm. Volume V T = 3⋅10 -4 cm 3 .

Плотность нихрома ρT=7,94 г/см3; масса 0,0024 г=2,4⋅10-6 кг.The density of nichrome ρ T = 7.94 g / cm 3 ; weight 0.0024 g = 2.4⋅10 -6 kg.

Теплоемкость β=0,57 Дж/кгK.The heat capacity is β = 0.57 J / kgK.

ЕТ=βmΔТ=0,57⋅2,4⋅10-6⋅555=0,00076 Дж=0,76 мДж.Е Т = βmΔТ = 0.57⋅2.4⋅10 -6 ⋅555 = 0.00076 J = 0.76 mJ.

Характеристики источника питания.Characteristics of the power source.

Потребляемая токопроводящей нитью мощностьConsumed power

РТ=ET/t.P T = E T / t.

Для рассматриваемого примераFor the example in question

РТ=ЕТ/t=0,76 мДж/0,5 мс=1,5 Вт.P T = E T / t = 0.76 mJ / 0.5 ms = 1.5 W

Сопротивление нити RT=ρRLT/ST ~ 10-6⋅3⋅10-2/(0,1⋅0,1)⋅10-6=3 Ом,Thread resistance R T = ρ R L T / S T ~ 10 -6 ⋅ 3 ⋅ 10 -2 / (0.1 ⋅ 0.1) 10 -6 = 3 Ω,

где ρR ~ 1 мкОм⋅м - удельное сопротивление нихрома, LT=0,03 м - длина токопроводящей нити; ST - поперечное сечение нити.where ρ R ~ 1 µO⋅⋅m is the specific resistance of nichrome, L T = 0.03 m is the length of the conductive filament; S T is the cross section of the thread.

Мощность, выделяемая в проводнике сопротивлением RT The power released in the conductor resistance R T

РТ=IT 2⋅RT, откуда потребляемый токР Т = I T 2 ⋅R T , from where consumed current

IT=(РТ/RT)0,5=(1,5/3)0,5=0,71 А.I T = (P T / R T ) 0.5 = (1.5 / 3) 0.5 = 0.71 A.

Напряжение источникаSource voltage

UT=РТ/IT=1,5/0,71 ~ 2,1 В.U T = Р T / I T = 1.5 / 0.71 ~ 2.1 V.

При соотношении плеч коромысла

Figure 00000007
существует возможность манипулировать за счет этого параметра статическими и динамическими характеристиками устройства. Например, при
Figure 00000008
ход шторки 0,3 мм обеспечивается при ΔL1=ΔL2=0,1 мм и, соответственно, может быть уменьшена температура ΔТ или укорочены растяжки. Однако при том же усилии упругого элемента несколько увеличивается время перемещения шторки из первой позиции во вторую.When the ratio of the shoulders of the rocker
Figure 00000007
It is possible to manipulate the static and dynamic characteristics of the device due to this parameter. For example, when
Figure 00000008
a curtain stroke of 0.3 mm is provided at ΔL 1 = ΔL 2 = 0.1 mm and, accordingly, the temperature ΔT can be reduced or stretch marks shortened. However, with the same force of the elastic element, the time for moving the curtain from the first position to the second one slightly increases.

Описанное техническое решение обеспечивает безопасное применение приемника оптических импульсов в составе любой аппаратуры и в любых условиях эксплуатации. При этом габариты и масса шторки с приводом, а также объем логического модуля позволяют встраивать эти узлы в существующие миниатюрные приемники без изменения их типоразмеров. Размещение элементов защиты приемника в составе его герметизированного корпуса обеспечивает их надежность, долговечность и максимальный ресурс работы.The described technical solution ensures the safe use of the receiver of optical pulses as part of any equipment and in any operating conditions. At the same time, the dimensions and mass of the curtain with a drive, as well as the volume of the logic module, allow these nodes to be embedded into existing miniature receivers without changing their sizes. The placement of the protection elements of the receiver as part of its sealed enclosure ensures their reliability, durability and maximum service life.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает работоспособность устройства в условиях активного и пассивного лазерного противодействия при минимальных габаритах и максимальной чувствительности приемника импульсных оптических сигналов при малом уровне сигналов.Thus, the proposed technical solution ensures the operability of the device in the conditions of active and passive laser counteraction with minimum dimensions and maximum sensitivity of the receiver of pulsed optical signals with a low signal level.

Источники информацииInformation sources

1. В.А. Волохатюк и др. "Вопросы оптической локации". - М.: Советское радио, М., 1971. - с. 213.1. V.A. Volokhatyuk and others. "Questions of optical location." - M .: Soviet Radio, Moscow, 1971. - p. 213.

2. В.Г. Вильнер и др. Анализ входной цепи фотоприемного устройства с лавинным фотодиодом и противошумовой коррекцией. «Оптико-механическая промышленность». №9, 1981 г. - с. 593.2. V.G. Vilner et al. Analysis of the input circuit of a photodetector with an avalanche photodiode and noise-reduction correction. "Optical-mechanical industry". No. 9, 1981 - with. 593.

3. В.А. Афанасьев и др. Порог чувствительности приемника импульсного оптического излучения с большим входным импедансом. Электронная техника. Серия 11. «Лазерная техника и оптоэлектроника». 1988, в. 3. - с. 78-83.3. V.A. Afanasyev et al. Sensitivity threshold of a pulsed optical radiation receiver with high input impedance. Electronic equipment. Series 11. "Laser technology and optoelectronics." 1988, c. 3. - s. 78-83.

4. В.Г. Вильнер и др. Приемник импульсных оптических сигналов. Патент РФ №2506547.4. V.G. Vilner et al. Receiver of pulsed optical signals. The patent of the Russian Federation №2506547.

5. П.М. Боровков и др. Особенности схемотехники импульсных пороговых ФПУ с малым временем восстановления чувствительности после воздействия импульса перегрузки. «Прикладная физика», №1, 2015 г. - с. 61-65.5. P.M. Borovkov et al. Peculiarities of circuit design of pulsed threshold FPU with a short sensitivity recovery time after exposure to an overload pulse. Applied Physics, No. 1, 2015 - p. 61-65.

6. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6,548,807 – прототип.6. Radiation receiver with active optical protection system. US patent No 6,548,807 - prototype.

Claims (2)

1. Приемник оптических импульсов, содержащий фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом, отличающийся тем, что оптический затвор выполнен в виде шторки с двумя рабочими положениями, а в состав устройства введен привод шторки, включающий коромысло, в средней части шарнирно закрепленное на корпусе приемника, упругий элемент и две параллельных растяжки в плоскости качания коромысла, первая растяжка закреплена между одним плечом коромысла и корпусом, а вторая растяжка - между вторым плечом коромысла и упругим элементом, другой конец которого закреплен на корпусе, шторка установлена в месте соединения второй растяжки с упругим элементом так, чтобы в первом рабочем положении закрывать фоточувствительный элемент, причем упругий элемент находится в напряженном состоянии, создавая в точке крепления второй растяжки усилие величиной F, а растяжки представляют собой электрически последовательно связанные между собой токопроводящие нити, к концам которых подведен внешний источник управляющего электрического сигнала, при подаче которого температурное расширение растяжек от их нагрева протекающим электрическим током составляет величины соответственно ΔL1 и ΔL2, а смещение шторки ΔLш=ΔL2+ξΔL1, где
Figure 00000009
s1 и s2 - длины плеч коромысла, соединенных, соответственно, с первой и второй растяжками, при этом должно выполняться условие
Figure 00000010
, где dшт - размер шторки; dфчэ - диаметр рабочей площадки фоточувствительного элемента; а - расстояние от шторки до поверхности фоточувствительного элемента; α - угол зрения фоточувствительного элемента; Δ - погрешность фиксации поперечного положения шторки при отсутствии управляющего сигнала на входе привода.1. Receiver of optical pulses containing a photosensitive element, a signal processing circuit and an optical shutter installed in front of the photosensitive element, characterized in that the optical shutter is made in the form of a shutter with two working positions, and a curtain actuator including a rocker is inserted into the device in the middle parts hinged on the receiver housing, an elastic element and two parallel stretching in the swing plane of the rocker arm, the first stretch is fixed between one arm of the rocker arm and the body, and the second p tie - between the second arm of the rocker and the elastic element, the other end of which is fixed to the body, the shutter is installed at the junction of the second stretch with the elastic element so that in the first working position to close the photosensitive element, and the elastic element is in a stressed state, creating at the attachment point the second stretch is a force of F, and the stretch marks are electrically sequentially interconnected conductive filaments, to the ends of which an external source of control electr is connected signal, at which the thermal expansion of the stretch marks from heating them by the flowing electric current is ΔL 1 and ΔL 2 , respectively, and the shutter displacement ΔL W = ΔL 2 + ξΔL 1 , where
Figure 00000009
s 1 and s 2 are the lengths of the arms of the rocker arms connected, respectively, to the first and second braces, and the condition
Figure 00000010
where d pcs - the size of the curtain; d FCE - diameter of the working area of the photosensitive element; a is the distance from the shutter to the surface of the photosensitive element; α is the angle of view of the photosensitive element; Δ is the error of fixing the lateral position of the shutter in the absence of a control signal at the input of the drive. 2. Приемник по п. 1, отличающийся тем, что шторка выполнена полупрозрачной с коэффициентом пропускания τ, отвечающим условию
Figure 00000011
где Ефпу - энергетическая чувствительность фотоприемного устройства; Ец - энергия сигнала, отраженного от ретрорефлектора, установленного на максимальной заданной дальности до цели; Emax - максимальная энергия сигнала, отраженного ретрорефлектором; Епду - предельно допустимый уровень энергии сигнала, поступающего на фоточувствительный элемент фотоприемного устройства.2. The receiver of claim. 1, characterized in that the shutter is made translucent with a transmittance τ that meets the condition
Figure 00000011
where E fpu - the energy sensitivity of the photodetector; E p - signal energy is reflected from the retroreflector mounted on the predetermined maximum target range; E max - the maximum energy of the signal reflected by the retroreflector; E remote control - the maximum permissible energy level of the signal supplied to the photosensitive element of the photodetector device.
RU2018134221A 2018-09-28 2018-09-28 Optical pulse receiver RU2688906C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134221A RU2688906C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Optical pulse receiver

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018134221A RU2688906C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Optical pulse receiver

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688906C1 true RU2688906C1 (en) 2019-05-22

Family

ID=66637006

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018134221A RU2688906C1 (en) 2018-09-28 2018-09-28 Optical pulse receiver

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688906C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755601C1 (en) * 2020-11-26 2021-09-17 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for detecting optical signals
RU2772245C1 (en) * 2021-04-12 2022-05-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for protecting optoelectronic apparatus from a powerful laser complex

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3444794A (en) * 1966-04-01 1969-05-20 Agfa Gevaert Ag Impeller shutter for photographic camera
RU2065582C1 (en) * 1992-09-28 1996-08-20 Научно-исследовательский институт физической оптики и оптики лазеров, информационных оптических систем - головной институт Всероссийского научного центра "ГОИ им.С.И.Вавилова" Device for testing quality of light beams
US6548807B2 (en) * 2000-12-21 2003-04-15 Zeiss Optronik Gmbh Radiation receiver with active optical protection system
WO2006091791A2 (en) * 2005-02-23 2006-08-31 Pixtronix, Inc. Methods and apparatus for actuating displays

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3444794A (en) * 1966-04-01 1969-05-20 Agfa Gevaert Ag Impeller shutter for photographic camera
RU2065582C1 (en) * 1992-09-28 1996-08-20 Научно-исследовательский институт физической оптики и оптики лазеров, информационных оптических систем - головной институт Всероссийского научного центра "ГОИ им.С.И.Вавилова" Device for testing quality of light beams
US6548807B2 (en) * 2000-12-21 2003-04-15 Zeiss Optronik Gmbh Radiation receiver with active optical protection system
WO2006091791A2 (en) * 2005-02-23 2006-08-31 Pixtronix, Inc. Methods and apparatus for actuating displays

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2755601C1 (en) * 2020-11-26 2021-09-17 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" Method for detecting optical signals
RU2772245C1 (en) * 2021-04-12 2022-05-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method for protecting optoelectronic apparatus from a powerful laser complex

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4859054A (en) Proximity fuze
CA2350065C (en) A dispersive precompensator for use in an electromagnetic radiation generation and detection system
US6548807B2 (en) Radiation receiver with active optical protection system
US20090261810A1 (en) Simulator system and method for measuring current voltage characteristic curves of a solar concentrator
RU2688906C1 (en) Optical pulse receiver
CA2933870C (en) System for transmitting and receiving electromagnetic radiation
CN110031093A (en) A wide range of laser power transmits detection device
US20220123601A1 (en) Safe enclosures for wireless power supply
RU2655003C1 (en) Laser range finder
RU2688907C1 (en) Photodetector
KR900007290B1 (en) Multiple Target Detection Systems and Methods
PT94217A (en) OPTICAL RECEIVERS
RU2692830C1 (en) Laser pulse receiver
Reed et al. Assessing the impact of the space radiation environment on parametric degradation and single-event transients in optocouplers
RU2686386C1 (en) Optical receiver
RU2686406C1 (en) Laser radiation receiver
RU2688904C1 (en) Optical signal receiver
RU2690718C1 (en) Optical radiation receiver
RU2694463C1 (en) Pulse photodetector
RU2688947C1 (en) Photodetector with gate
GB2267963A (en) Obscuration sensor
BRPI0922271B1 (en) rangefinder and telemetry process of a target
FR2666163A1 (en) Opto-electronic device for detecting smoke or gas in suspension in air
Logan et al. Radiation test results for glenair 5 gbps and 40 gbps (4x10 gbps) optical transceivers
CN119290342B (en) Backscattered light testing system and method for telescope system