Мишура Т.П., Платонов О.Ю. Проектирование лазерных систем (2006) (1095921), страница 12
Текст из файла (страница 12)
е. Δα ≥ Δχρ/f′об min , откуда f′об min == Δχρ/Δα. Значения Δχ и Δα определяются возможностями выбранного типа анализатора.С учетом того, что Δχ для анализаторов различных типов имеетзначение от десятых долей до единиц микрометра, объективы такихсистем, как правило, должны быть длиннофокусными. Например,при Δχ = 1 мкм и Δα = 0,5′′ в соответствии с формулой f′об min = Δχρ/Δαимеем f′об min = 400 мм. Вместе с тем, как известно, любой анализатор характеризуется относительной погрешностью измерения δ == Δα/α, причем для многих анализаторов δ изменяется в пределах1/200 – 1/2000.
Приняв Kд = 1/δ, получим, что диапазон измеряемых рассогласований α = KдΔα, где Kд = 200 – 2000. Если Kд = 1000,то для нашего случая α ≤ 500′′ ≈ 8,4′.Диапазон измеряемых рассогласований может быть увеличен засчет использования компенсаторов. Для наиболее точных компенсаторов — Kд ≤ 5000.Угловое поле приемной системы ОЭП может быть задано ТЗ на прибор.
Оно также может быть рассчитано на основании анализа энергетических соотношений между полезным сигналом и помехами. Невозможность обеспечить требуемые энергетические соотношения в заданномугловом поле 2ωобз (поле обзора) приводит к необходимости его сканирования меньшим полем (мгновенным полем оптической системы 2ωм).Из изложенного видно, что угловое поле высокоточного ОЭП, какправило, невелико.В некоторых случаях угловое поле будет определяться размерамичувствительной площадки приемника излучения, если последний устанавливается в плоскости изображения или вблизи нее (рис. 4.9, а).При этом размеры углового поля по различным направлениям могутбыть неодинаковыми (например, по вертикали и горизонтали).
Этоможет потребовать уточнения фокусного расстояния, если угловоеполе задано, либо уточнения углового поля, если фокусное расстоя′ tgω, где 2lч. п —ние изменять нельзя, с помощью формулы 2lч. п = 2fобразмер чувствительной площадки.′ , D и 2ω, необходимо выбрать тип объектива, котоОпределив fобрый целесообразно использовать в данном случае, и уточнить реальные значения этих параметров с учетом получаемого диафрагменно′ /D.го числа объектива fоб61а)2ВходнойзрачокНоб34Н′об2lч. п–ωDвDf′обб)Входной зрачок1253Выходной зрачок–ωНоб4Н′об–ωDDп–ωDкDп.
и = D′Δf′об–а′к–а кРис. 4.9. Схема приемной оптической системы с приемником излучения:1 — объектив; 2 — зона расположения дополнительных оптических элементов; 3 — полевая диафрагма; 4 — приемник излучения; 5 — конденсаторЗдесь необходимо иметь в виду, что необходимость обеспечениябольшого относительного отверстия объектива приводит к трудностям исправления аберраций и, как следствие, усложнению конструктивной схемы объектива.
То же самое можно сказать и об увеличении углового поля.Усложнение конструкции объектива связано с увеличением числакомпонентов и ухудшением его пропускания. Поэтому иногда имеетсмысл несколько увеличить фокусное расстояние объектива или засчет корректировки параметров, входящих в рабочее уравнение ОЭП,несколько уменьшив диаметр входного зрачка. Увеличение фокусного расстояния не должно увеличивать общие габаритные размерыОЭП.
Это послужило одной из причин достаточно широкого использования в ОЭП зеркальных и зеркальнолинзовых объективов илителеобъективов.62′ , D и 2ω обычно проводят расчет габаритныхПосле уточнения fобпараметров других элементов оптической системы, прежде всего —размеров полевой диафрагмы. Если полевая диафрагма круглая, то′ tgω ≈ 2fоб′ ω/ρ.ее диаметр находят по формуле Dп = 2fобДля схемы представленной на рисунке 4.9, б, проводится расчетпараметров конденсатора. Как уже указывалось выше, диаметр D′выходного зрачка оптической системы должен соответствовать диаметру чувствительной площадки приемника Dп.
и . Поэтому увеличение конденсатора в соответствии с рис. 4.8, б можно найти по формулеβк = − D′/D = −aк′ /aк .Из простых геометрических соотношений (рис. 4.9, б) и с учетомформулы Гаусса 1/ ак′ − 1/ ак = 1/ fк′ получимaк′ = aк fк′ /(aк + fк′ ),′ + Δ); fк′ — фокусное расстояние конденсатора.где ак = −(fоб′ − fк′ + Δ). Расстояние между плоскоСледовательно, βк = −fк′ /(fобстью изображения и конденсатором обычно выбирают из конструктивных соображений.
При этом необходимо соблюдать условие fк′ ≤ Δ,так как при fк′ > Δ пучок на выходе конденсатора расширяется, чтопротиворечит самому смыслу применения конденсатора.′ + Δ)/( D + D′).Фокусное расстояние конденсатора fк′ = D′(fобДиаметр конденсатора:⎛DD +D⎞D′ + Δ)tgω + Δ .Dк = 2 ⎜ п + Δ п⎟ = 2(fоб′ ⎠′2fобfоб⎝ 2Для телецентрического хода лучей Δ = fк′ и′ ; aк′ = fк′ (fоб′ + fк′ ); fк′ = fоб′ Dп. и / D.D′ = Dfк′ / fобУгол охвата конденсатора в пространстве изображения:2σ′к = 2arctg⎡D ⎛Dкf ′ ⎞⎤= 2arctg ⎢ к ⎜ 1 − к ⎟ ⎥ .′ + Δ ⎠⎦2ак′⎣ fк′ ⎝ fобОпределив βк и 2σ′к , можно выбрать схему конденсатора и провести расчет конструктивных параметров его компонентов по любой изобщепринятых методик.При расчете угла охвата конденсатора следует учитывать угловуюхарактеристику чувствительности приемника излучения, т.
е. зависимость чувствительности от угла падения лучей на площадку при63емника. У многих приемников излучения чувствительность заметнопадает при увеличении этого угла, в связи с чем может возникнутьнеобходимость вместо конденсаторов или совместно с ними использовать иммерсионные приемники излучения или волоконнооптические элементы.Расчет габаритных параметров других элементов, которые могутвходить в состав приемной оптической системы (призм, зеркал, оптических элементов компенсаторов, светофильтров и др.), выполняется на основе построения световых трубок и расчета геометрическихразмеров этих элементов при условии отсутствия виньетирования.При этом для движущихся элементов расчет световых размеров проводится при тех положениях, в которых их габаритные размеры являются наибольшими.Если в приемной оптической системе применяется модулятор, товыбор места его установки определяется прежде всего типом модулятора.
Наиболее широко используемые механические модуляторы следует помещать в наиболее узких сечениях световых трубок. Частомодуляторы устанавливают непосредственно в плоскости изображения, т. е. они служат одновременно и анализаторами. Однако в некоторых случаях требуется специальное перераспределение пучков излучения для установки модулятора, например в схеме с амплитудным анализатором изображения и поочередным пропусканиемизлучения на приемник излучения.Для повышения помехозащищенности в ОЭП могут применятьсябленды, обеспечивающие уменьшение или устранение влияния рассеянного излучения, возникающего при наличии источников боковых помех, находящихся за пределами углового поля прибора.4.3. Расчет и выбор динамических параметровоптико"электронных приборовСравнительная оценка и выбор вида модуляцииоптического сигналаК числу важнейших динамических параметров ОЭП относятся:— частота выдачи информации о наблюдаемом или контролируемом поле объектов или отдельном объекте, в качестве которой можетвыступать частота сигналов управления fy в оптикоэлектронныхследящих системах или частота сканирования fc просматриваемогополя — величина, обратная периоду сканирования Тс = 1/ fс ;64— частота модуляции полезного сигнала;— полоса пропускания электронного тракта.Динамические параметры могут быть определены или выбраныс учетом требований ТЗ, условий работы ОЭП и ряда других факторов.
Часто их можно рассчитать или определить по известным частотным, импульсным и переходным характеристикам всего ОЭП илиотдельных его звеньев, а также по известным спектрам полезногосигнала, шумов и помех. Во многом эти параметры ОЭП зависят отвыбранного вида обработки сигнала, в первую очередь, от вида егомодуляции.Модуляция сигнала в ОЭП позволяет выделить его из смеси сигнала с шумами и помехами. В ряде ОЭП модуляция предназначена длякодирования полезной информации об измеряемых или отслеживаемых параметрах объекта.Выбор вида модуляции определяется, прежде всего, ее назначением.
Если, например, необходимо лишь обнаружить источник полезного сигнала на фоне помех, то при активном методе работы ОЭПчасто можно использовать однократную амплитудную модуляциюполезного сигнала с частотой, заметно отличающейся от частот гармоник сигнала помех. Однако при такой модуляции амплитуда сигнала зависит от изменений яркости источника, пропускания среды,чувствительности приемника и других «амплитудных» параметровсистемы. Для компенсации этих изменений нужно усложнять систему, например, вводя в ее состав цепь автоматической регулировкияркости излучателя или автоматическую регулировку усиления(АРУ) в приемном тракте.
Но если по изменению амплитуды сигналатребуется определить параметры источника, например его координаты, ввод АРУ или других подобных средств для системы с однократной амплитудной модуляцией недопустим.Поэтому в таких случаях часто приходится применять двухкратную амплитудную или частотную модуляцию, где модуляция на несущей частоте fн служит для фильтрации полезного сигнала от шумов и помех, а модуляция на частоте управления fy (на огибающейчастоте, частоте сканирования) используется для определения параметров (например, координат) источника сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
