Воротников С.А. - Информационные устройства робототехнических систем (960722), страница 47
Текст из файла (страница 47)
В за- дачах локации обычно применяют лазеры малой и средней мощности ~по'::. лупроводниковые и жидкостные с мощностью излучения 10 ...500 Вт). Лазеры большой и пиковой мощности используют в специальных задачах. Напримср, рубиновый спектроскоп в импульсе длительностью 100 пс разви- 9 вастмощностьдо2 10 Вт. В зависимости от типа лазера длина волны излучения изменяется от 10 до 0,8 мм„мощность — -- от ! 0 до 10 Вт, энергия в импульсе — от 0,1 -4 — 6 б до 106 Дж.
В последнее время получены очень высокис энергетические характери:-' стики лазерных установок. Так„ достигнута интенсивность излучения 25 2 :::..::,. 10 Втг*м . 1'1ри 'гакой интенсивности напряженность электрического поля 14 составлясг 10 Вгм„что на два порядка сильнее поля протона. Однако дли- :=,':= тсльность такого излучения очень мала и не превышает фсмтосекунды 5. Локационные информсщионные системы — 15 (10 с). Указанные обстоятельства позволили разработать лазеры, излучающие в рентгеновском (разеры) и у-диапазоне (гразсры).
Длительность импульсов при этом составляет аттосекунды (10 с). Наиболее распространс1шым применением лазеров в локации являются дальномеры, Промышленно выпускаются твердотельные импульсные лазерные дальномеры на основе алюмоиттриевого граната с неодимом. Принцип действия прибора основан на измерении временного интервала т между приемным и опорным импульсами. Схема такого дальномера, предназначенного для измерения расстояний от 1 до ЗО км в телесном угле 60, представлена па рис. 5.38.
Длительность импульсов варьируется от 1О до 10 с, а энергия в импульсе — от 0,01 до 1О Дж. Поскольку лазерные дальномеры обладают очень узкой диаграммой направленности (ширина главно- о го максимума нс прсвышаст 0,05 ), относительная погрешность приборов достигает 10 %). Используются такие дальномеры прсимушсственно в военном деле. Рис. 5.38. Схема импульсного' сканирующего дальномера фирмы 1.с1со Наряду с твердотельными лазерами в дальномерах также применяют газовые инфракрасные лазеры с активной средой из Аг, Не — Хе и СО2, имеющие высокий КПД, низкую чувствительность к фоновым излучениям и сла- .::-";. бое затухание сигнала в воздушной среде.
При работе лазерного импульсного дальномера ббльшая часть энергии излучения посылается в среду в виде короткого импульса и лишь малая ее:-:::;:~ часть непосредственно. подводится к приемнику, создавая опорный (маркер-:.:::,~ ный) импульс. Этот импульс запускает измеритель временного интервала. Чсрсз нскоторос время т = 2хо/е отраженный импульс достигает приемника и после усиления и фильтрации останавливает счетчик измерителя времен- .:.:,'' ного интервала.
5.4, Онтические локационные системы Высокая частота и монохроматичность излучения позволили создать высокоточные системы наведения и позиционирования. Лазерная головка является важной частью таких систем, используемых как в специальных задачах, так и в промышленности. Характерным примером является система позиционирования лазерной головки в приводах оптических дисков. В большинстве конструкций головка содержит лазерный диод мощностью 2...10 мВт, оптическую схему для фокусировки и управления положением фокального пятна, а также фотоприемники.
Малое по размеру фокальное пятно используется для перемещения головки по дорожке оптичсского диска, а также для точного поддержания заданного расстояния между ним и фокусирую':;!.',:;:.'':::: щей линзой. Это обсспечивасгся системой автофокусировки, которая позво',;".!,:3'. '-, ляет отслеживать осевые биения диска в допускаемых пределах (+ 0,5 мм). Глубина резкости 6~ лазерной головки определяется зависимостью: Х Ь~ — — + 2(ФА) где ФА — безразмерная величина, используемая для выражения разрешающей способности высокоточных оптических систем, или числовая апертура, ФА =1/(2Ж). Как правило, МА < 1. Для лазера с Х = 0,635 мкм и ИА = 0,6 получаем Ь~ — — 0,88 мкм.
Степень рвсфокусировки при такой глубине резкости и допустимом изгибс диска 0,5 мм составит около 600. Оптическая схема головки наведения работает следующим образом. Излучение лазера проходит через коллиматор, линейно поляризуется призмой (расщепителем)„проходит сквозь четвертьволновой фильтр и отражается от поверхности оптического диска (рис. 5.39, а). При прохождении через четвертьволновой фильтр в обратном направлении характер распространения излучения лазера изменястся — на расщепитель попадет излучение с перпендикулярной поляризацией по отношению к исходной, которое уже нс проходит сквозь призму, а отражается ею на фотоприемник в виде липсйки из четырех фотодиодов.
В основе автофокусировки лежит метод Фуко (подобные схемы применяюз в системах автоматического наведения на резкосгь в телекамерах). При начальной настройке оптической системы фотоприемпик располагают таким образом, чтобы граница (контур) фокального пятна располагалась между наружными н внутренними фотодиодами (рис. 5.39, б). В этом случае сигналы со всех фотодиодов, а следовательно, и выходной сигнал У„„„ равны (рис.
5.39, д). Если плоскость наведения приближается к фокусирующей линзе (рис. 5.39, в), то фокальное пятно увеличивается, его граница фиксируется наружными фотодиодами и сигнал У„„„становится отрицательным. При удалении плоскости наведения фокальное пятно уменьшается, его граница фиксируется внутренними фотодиодами (рис. 5.39, г) и У„,„ становится положительным. Лазерная головка перемещается к плоскости наведения или от нес в зависимости от знака сигнала У„ы„. 239 У1 У2 Уз Ц 02 Цз У1 У4 Рис. 5.39. Лазерная головка: а — оптическая система: 1 — лазерный диод; 2 — коллиматоры; 3 — поляризуюп1ая призма; 4 — четвертьволновой фильтр; 5 — фокусирукицая линза; б — плоскость наведения; 7— фотоприемник; 8 — границы фокального пятна; б —: — принцип автофокусировки; д — схема формирования сигнала управления ' Разрешающая способность оптической системы определяется диаметром фокального пят~а: йсп осо раз ре1па1О ь чис сные лны с ОВЫЕ апертур их схем ние ФА = ди ротко во касас1 жпость т ное зна РНЬ1С х ХХ ЯТСЯ 60-х ньте к ви ания овоположников этих разработок был Нобелевский лауреат 2000 г, русский Одним нз оси физик Ж.
Алферов. 5. Лока11иониые информационные сисвемы Из этой зависимости следует, сти необходимо уменьшать длин БОльшинстВО лазерных диодОВ = О,63...0,78 мкм. В конце ХХ в. работающие в зеленой и голубо она Выше у короткофокусных объ и поэтому В оптических системах К лазерным ОЛС специальн фоны, принятые на вооружение пример, такие микрофоны регис рующих стекол. что для повышения у волпь1 и увеличиват излучают инфракра были разработаны ко й частях спектра.
Что сктивов, одиако наде Выбира1от компромисс ого назначения отиос спецслужбами еще в трируют модулировап ЩЬ ЛОВУЮ ВО 'СЯ ' ак года олеб ОДЫ, Ы, ТО,::,:,)~ ниже бри- 5.4. Оптические окационкые системы В заключение отметим основные достоинства оптрониых и лазерных ОЛС: малая постоянная времени (до 50 нс), широкий диапазон и высокая" точность измерений, возможность измерения геометрических характеристик движун1ихся объектов, а также их скорое)ей, высокая надежность и прочносгь конструкции. В то жс врсмя эти системы не лишены недостатков, наиболее существенные из которых — низкая помехозащищенность и чувствительность к отражающим свойствам объектов, температурная зависимость светового потока; для оптронных ОЛС также характерна малая оптическая мощность.
В табл, 5.! 0 дана сравнительная характеристика ОЛС. Таблица 5. 10 Основные параметры ОЛС Быстро- действие, мс Даль- ность, м Размеры, мм Модель Тип щ кг РФ8422 (Россия) Онтронный, аилимого диапазона ! 53 1!2 0,2 ДОБЦ-!5 (Россия) Оптронный, инфракрасного диапа- зона Ы05 (Германия) мн-!о (Израиль) НКТ-390 (Япония) То жс О,! 20 20 0,4 Лазерный, инфракрасного диапа- зона ОО! 25 Н.д. 11.д. 1О Гранат (Россия) То жс 20 ООО 410 Н.д. 330 ЗЗО 15 Контрольные вопросы 24! !. Какими параметрами описывается волновое уравнение? 2.
Какой тип модуляции колебаний имеет самый узкий спектр? 3. Можно ли использовать вихретоковый датчик для контроля нсфсрромагиитных материалов и диэлектриков? 4. Какой локационный прибор обладает ббльшей разрешающей способностью — ультразвуковой локатор или электромагнитный радар? 5. Какое колебание имеет линейчатый спектр? 6. От каких параметров зависит расхождение и затухание ультразвуко:"' вои* волны? 5. Локационные информационные системы 7. В каких единицах измеряются яркость и освещенность? 8.
Для чего используется конденсор? 9. Какой тип лазерного излучателя обладает наибольшей мощностью? 1О. Что такое диафрагма и для чего ее применяют? 6. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ Человек по визуальному каналу получает более бО % всей информации, регулирующей его взаимодсйствие с внешней средой. От глаз к мозгу передаются сигналы по двум из трех миллионов нервных волокон. Это же спра- ведливо и для искуссзвенных сенсорных систем: те из них, которые используют визуальную информацию, обладают наибольшей информативностью. В классе оптических ЛС особое место занимают СТЗ, относящиеся к группе бссконтактных пассивных информационных средств.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
