Патент на изобретение №2350891

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ЛАЗЕРНОГО КАНАЛА УПРАВЛЕНИЯ

(57) Реферат:

Устройство включает объектив, сетку с прозрачной диафрагмой и контрольными метками на ее рабочей поверхности, установленную с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси объектива, систему подсветки контрольных меток сетки, первое фотоприемное устройство, оптически связанное с сеткой, и электронное устройство управления, обработки и выдачи измерительной информации. Введены установленные на оптической оси объектива спектроделитель, ослабитель лазерного излучения, второе фотоприемное устройство, а также электропривод перемещения сетки, датчик положения сетки и видеосмотровое устройство. Первый и второй входы электронного устройства подключены к выходам первого и второго фотоприемных устройства, третий вход – к датчику положения сетки, четвертый вход имеет возможность подключения к выходу, а первый выход – к входу лазерного канала управления контролируемого прибора, второй выход – к электроприводу перемещения сетки, а третий выход – к видеосмотровому устройству. Технический результат – расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля временной циклограммы работы лазерного канала управления и мощности излучения лазерного излучения, повышение производительности и точности контроля путем автоматизации выполняемых операций и обработки результатов измерений. 2 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, более конкретно – к устройствам для контроля параметров лазерных каналов управления приборов наведения при их сборке, юстировке и испытаниях.

Лазерный канал управления предназначен для создания модулированного лазерного поля управления для наведения управляемой ракеты на цель. Лазерный канал управления включает в себя, по меньшей мере, лазерный излучатель и блок модулятора с панкратической системой и объективом. Излучение лазера посредством оптической системы сопряжения направляется на кадровое окно растра блока модулятора, осуществляющего пространственно-временную модуляцию – кодирование излучения лазера, позволяющее определить снаряду положение в пространстве относительно центра поля управления по двум координатам. Модулированное излучение поступает в панкратическую систему, которая переносит изображение кадрового окна в плоскость движущейся ракеты, обеспечивая его постоянный размер в этой плоскости. После панкратической системы пространственно-модулированное излучение лазера через объектив выходит из прибора наведения. При юстировке и испытаниях лазерного канала управления важное место занимает обеспечение требуемых энергетических и временных параметров формируемого поля управления, нарушение которых приводит к потере управляемой ракеты, срыву выполнения боевой задачи.

В состав устройств для контроля параметров лазерного канала управления входит, по меньшей мере, фотоприемное устройство и электронное устройство обработки и отображения измерительной информации. Фотоприемное устройство устанавливается на значительном расстоянии от контролируемого прибора наведения и подключается к электронному устройству обработки и отображения измерительной информации. При контроле параметров поля управления фотоприемное устройство перемещают в пределах поля управления и фиксируют необходимую измерительную информацию. Недостатком этого устройства является то, что проверку параметров лазерного канала управления можно проводить только в условиях полигона, а также нет возможности контролировать центрировку лазерного пучка относительно оси лазерного канала управления.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для контроля параметров лазерного канала управления приборов наведения [1], включающее объектив, сетку с прозрачной диафрагмой и контрольными метками на ее рабочей поверхности, расположенной в фокальной плоскости объектива, установленную с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси объектива, систему подсветки контрольных меток сетки, фотоприемное устройство, оптически связанное с сеткой, и электронное устройство обработки и отображения измерительной информации, выполненное в одном из вариантов реализации в виде модуля управления, блока преобразования электрических сигналов, поступающих от фотоприемного устройства, и двух микроамперметров для регистрации управляющих команд.

Недостатками этого устройства являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные невозможностью контроля параметров временной циклограммы работы лазерного канала управления и мощности лазерного излучения, а также невозможность автоматизации процесса контроля, что снижает точность и производительность выполняемых операций.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения контроля временной циклограммы работы лазерного канала управления и мощности излучения лазерного излучения, а также повышение производительности и точности контроля параметров лазерного поля управления путем автоматизации выполняемых операций и обработки результатов измерений.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для контроля параметров лазерного поля управления, включающее объектив, сетку с прозрачной диафрагмой и контрольными метками на ее рабочей поверхности, расположенной в фокальной плоскости объектива, установленную с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси объектива, систему подсветки контрольных меток сетки, первое фотоприемное устройство, оптически связанное с сеткой, и электронное устройство обработки и отображения измерительной информации, введены последовательно установленные на оптической оси объектива спектроделитель, расположенный под углом к этой оси, ослабитель лазерного излучения, второе фотоприемное устройство, а также электропривод перемещения сетки, датчик положения сетки и видеосмотровое устройство для отображения управляющих команд и результатов измерений, а электронное устройство обработки и отображения измерительной информации выполнено на базе программируемого электронного модуля, имеет, по меньшей мере, четыре входа и три выхода, при этом первый и второй входы подключены к выходу первого фотоприемного устройства и к выходу второго фотоприемного устройства соответственно, третий его вход подключен к датчику положения сетки, четвертый вход имеет возможность подключения к выходу, а первый выход соответственно к входу лазерного канала управления контролируемого прибора, второй выход подключен к электроприводу перемещения сетки, а третий выход подключен к видеосмотровому устройству.

Введение последовательно установленных спектроделителя, расположенного на оптической оси объектива под углом к этой оси, ослабителя лазерного излучения и второго фотоприемного устройства обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства по сравнению с прототипом, так как позволяет производить контроль интегральной мощности излучения на выходе лазерного канала управления. При этом контроль интегральной мощности излучения как основной характеристики, определяющей работоспособность лазера, проводится при каждом включении лазера одновременно с проверкой других параметров лазерного канала управления, что особенно важно, т.к. ресурс лазера ограничен количеством включений.

Перемещение сетки в направлении, перпендикулярном оптической оси объектива, при помощи электропривода перемещения позволяет автоматизировать процесс выполнения проверок, что значительно упрощает работу устройства, повышает точность и производительность выполнения операций.

Наличие датчика положения сетки обеспечивает однозначную установку сетки в выбранном оператором или управляющей программой положении, что исключает погрешность измерений, связанных с необходимостью нескольких установок сетки, упрощает процесс выполнения проверок.

Использование электронного устройства обработки и отображения измерительной информации, выполненного на базе программируемого электронного модуля, позволяет контролировать параметры временной циклограммы работы лазерного канала управления и, тем самым, расширяет функциональные возможности устройства, а также обеспечивает повышение производительности и точности контроля за счет быстрой обработки полученной информации, автоматизированного расчета характеристик лазерного канала управления, отображения управляющих команд и результатов контроля на видеосмотровом устройстве в удобном, наглядном виде, обеспечивает сохранение полученных результатов в базе данных программы для последующего просмотра и анализа.

Наличие видеосмотрового устройства обеспечивает не только наглядность результатов выполнения проверок лазерного канала управления, но и работу устройства в диалоговом режиме с оператором, а также режиме рекомендаций о порядке выполнения проверок.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1 и 2).

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для контроля параметров лазерного канала управления, на фиг.2 – структурная схема электронного устройства обработки и отображения измерительной информации.

Устройство включает объектив 1, фиг.1, спектроделитель 2, расположенный на оптической оси объектива 1 и установленный под углом к этой оси, ослабитель 3 лазерного излучения и второе фотоприемное устройство 4, электрически соединенное с электронным устройством 5 обработки и отображения измерительной информации, сетку 6 с прозрачной диафрагмой и контрольными метками на ее рабочей поверхности, установленной в фокальной плоскости объектива 1, систему подсветки 7 контрольных меток сетки 6, первое фотоприемное устройство 8, оптически связанное с сеткой 6 и электрически соединенное с электронным устройством 5 обработки и отображения измерительной информации. На фиг.1 также условно показан контролируемый прибор 9, который электрически соединен с электронным устройством 5 обработки и отображения измерительной информации.

Электронное устройство 5 обработки и отображения измерительной информации выполнено на базе программируемого электронного модуля, имеет, по меньшей мере, четыре входа и три выхода. Первый вход подключен к выходу первого фотоприемного устройства 8, второй вход – к выходу второго фотоприемного устройства 4, третий вход – к датчику положения сетки 10, четвертый вход и первый выход электрически соединены с лазерным каналом управления контролируемого прибора 9, второй выход подключен к электроприводу 11 перемещения сетки, третий выход – к видеосмотровому устройству 12. Видеосмотровое устройство 12 может быть встроенным в электронное устройство 5 обработки и отображения измерительной информации или выполнено в виде отдельного блока.

Электронное устройство обработки и отображения измерительной информации, фиг.2, включает, по меньшей мере, блок выделения команд (БВК) 13, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 14, контроллер 15, блок управления (БУ) 16 и систему индикации (СИ) 17.

БВК 13 обеспечивает пространственно-временную обработку сигнала, поступающего с первого фотоприемного устройства 8, фиг.1, в управляющие команды в виде аналогового уровня напряжения, пропорционального величине команды в заданной точке поля управления для последующей обработки в электронно-логическом блоке, состоящем из АЦП 14, контроллера 15, БУ 16, и получения информации в виде цифрового кода, обеспечивающего совместную работу с СИ 17 и видеосмотровым устройством 12, фиг.1.

АЦП 14 предназначен для преобразования аналоговых сигналов, поступающих с первого фотоприемного устройства 8, фиг.1, второго фотоприемного устройства 4, фиг.1, и БВК 13, в цифровую форму представления сигнала для дальнейшей обработки в контроллере 15.

Контроллер 15 выполняет функцию логического управления исполнительными механизмами устройства: электроприводом перемещения сетки 11, фиг.1, датчиком положения сетки 10, фиг.1, и контролируемым прибором 9, фиг.1, в соответствии с управляющей программой, обеспечивает обработку результатов измерения.

БУ 16 обеспечивает согласование уровней сигналов, формируемых контроллером 15 и передаваемых на исполнительные механизмы устройства, является источником питания для исполнительных механизмов, а также обеспечивает согласование логических уровней сигналов контроллера 15 с лазерным каналом управления контролируемого прибора 9, фиг.1.

СИ 17 включает знако-символьные индикаторы для отображения результатов измерения и работы в диалоговом режиме работы с оператором.

БУ 16 имеет, по меньшей мере, четыре входа и пять выходов. Первый вход БУ 16 соединен с контроллером 15, второй вход – с АЦП 14, третий вход – с датчиком положения сетки 10, фиг.1, четвертый вход – с лазерным каналом управления контролируемого прибора 9, фиг.1. Первый выход БУ 16 подключен к лазерному каналу управления контролируемого прибора 9, фиг.1, второй выход – к электроприводу перемещения сетки 11, фиг.1, третий выход – к видеосмотровому устройству 12, фиг.1, четвертый выход – к контроллеру 15, пятый выход – к СИ 17.

АЦП 14 имеет, по меньшей мере, четыре входа и один выход, при этом первый и второй входы подключены к выходу первого 8, фиг.1, и второго 4, фиг.1, фотоприемных устройств соответственно, третий и четвертый входы – к двум выходам БВК 13 соответственно. Выход АЦП 14 подключен к второму входу БУ 16.

БВК 13 имеет, по меньшей мере, один вход, подключенный к выходу первого фотоприемного устройства 8, фиг.1, и два выхода, подключенных соответственно к третьему и четвертому входам АЦП 14. СИ 17 имеет, по меньшей мере, один вход, подключенный к пятому выходу БУ 16.

Работает устройство для контроля параметров лазерного канала управления следующим образом. При включении лазерного канала управления контролируемого прибора 9 модулированный пучок излучения проходит объектив 1 устройства и попадает на спектроделитель 2, выполненный в виде спектроделительного зеркала, которое для обеспечения разделения пучка лазерного излучения на две части установлено на оптической оси объектива 1 под углом к этой оси. Часть излучения проходит через спектроделитель 2, попадает на ослабитель 3 лазерного излучения и затем на чувствительную площадку второго фотоприемного устройства 4. Ослабитель 3 обеспечивает согласование уровня мощности излучения, падающего на чувствительную площадку второго фотоприемного устройства 4, с динамическим диапазоном его работы и может быть выполнен в виде последовательно установленных нейтрального ослабляющего фильтра, молочного стекла, рассеивающего излучение для получения однородного пятна излучения в плоскости чувствительной площадки второго фотоприемного устройства 4, и светофильтра, например, из стекла ИКС. Электрический сигнал со второго фотоприемного устройства 4, пропорциональный уровню мощности падающего на него излучения, передается в АЦП 14, контроллер 15, БУ 16 для последующей обработки. Значение измеренной мощности излучения отображается, по меньшей мере, в виде загорания знако-символьного индикатора СИ 17, расположенного на лицевой панели электронного устройства 5 обработки и отображения измерительной информации либо на видеосмотровом устройстве 12 и указывающего на то, что измеренная мощность излучения превышает минимально допустимое значение, заданное в технической документации либо в виде числовых значений на видеосмотровом устройстве 12.

Вторая часть пучка лазерного излучения отражается от спектроделителя 2 и в плоскости рабочей поверхности сетки 6, установленной в фокальной плоскости объектива 1, формируется объективом 1 изображение лазерного поля управления, имеющее различные энергетические и частотные свойства в его различных точках.

Сетка 6 имеет возможность перемещаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях, перпендикулярных оси объектива 1. Перемещение сетки 6 обеспечивается электроприводом 11 по сигналам управления, поступающим с БУ 16 по командам, поступающим с контроллера 17. Контроль ее позиционирования ведется с помощью датчика положения сетки 10, выполненного в виде по меньшей мере двух пар оптронных датчиков, установленных соответственно в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и определяющих положение сетки 6 относительно корпуса устройства. Через электрические сигналы состояния этих датчиков, поступающих в БУ 16, по командам с контроллера 15 обеспечивается установка сетки 6 в выбранное оператором или управляющей программой положение.

Контрольные метки сетки 6 выполнены в виде рассеивающих штрихов и подсвечиваются системой подсветки 7, выполненной, например, в виде четырех светодиодов, расположенных под углом к плоскости сетки 6. Во избежание попадания света в визирный канал контролируемого прибора 9 и удобства наблюдения источники света системы подсветки 7 могут быть закрыты экраном (на чертеже не показан).

В центре сетки 6 имеется прозрачная диафрагма, выделяющая световой поток, падающий на первое фотоприемное устройство 8, расположенное за сеткой 6 и выполненное в едином корпусе с сеткой 6. Первое фотоприемное устройство 8 преобразует оптический сигнал поля управления в электрический сигнал в виде напряжения, отражающего величину интенсивности проходящего светового потока и пропорционального энергетической освещенности выбранной точки лазерного поля управления. Далее этот электрический сигнал поступает одновременно в АЦП 14 для дальнейшей обработки и в БВК 13 для преобразования в команды управления в виде напряжений, а затем поступающих также в АЦП 14. АЦП 14 преобразует эти напряжения в соответствующие коды, которые контроллером 15 анализируются или запоминаются для дальнейшего анализа в контроллере 15 и передаются в СИ 17. Значение команд управления могут отображаться в виде числовых значений на приборах СИ 17, расположенных на лицевой панели электронного устройства 5 обработки и отображения измерительной информации либо на видеосмотровом устройстве 12.

Параметры временной циклограммы определяются с помощью БУ 16, обеспечивающего измерение времени задержки поступления сигналов и их продолжительность.

Для выполнения контроля параметров лазерного канала управления заявляемое устройство закрепляют на выходе контролируемого прибора в кронштейне, обеспечивающем согласование оси лазерного канала управления и устройства. Проверяемый прибор подключают с помощью кабеля электрического к электронному устройству 5 обработки и отображения измерительной информации. При подаче питающего напряжения на электронное устройство 5 обработки и отображения измерительной информации происходит включение заявляемого устройства и лазерного канала управления проверяемого прибора 9 при условии, что напряжение питания находится в пределах заданных значений. Устройство начинает работу в соответствии с управляющей программой, установленной в электронном устройстве 5 обработки и отображения измерительной информации.

Управляющая программа реализует следующие режимы проверки: режим самоконтроля заявляемого устройства и режим измерения, обработки и регистрации. Выполнение режимов инициируется оператором путем запуска программы выполнения проверки посредством органов управления, расположенных на лицевой панели электронного устройства 5 обработки и отображения измерительной информации.

В режиме самоконтроля электронное устройство 5 обработки и отображения измерительной информации обеспечивает автоматизированный контроль технического состояния и правильности функционирования основных измерительных цепей устройства с выдачей на видеосмотровом устройстве 12 результатов выполнения тестов. Условием успешного проведения самоконтроля является равенство величин сигналов, которые заранее определены управляющей программой, значениям, фактически измеренным при проведении самоконтроля. После успешного проведения тестирования устройства оператор может выполнять проверку лазерного канала управления.

Перед началом измерений проводится прицеливание, т.е. согласование оси устройства с осью визирного канала и лазерного канала управления контролируемого прибора 9. Для этого с помощью органов управления, расположенных на лицевой панели электронного устройства 5 обработки и отображения измерительной информации, необходимо установить сетку 6 в среднее положение и включить систему подсветки 4 контрольных меток сетки 6. Наблюдая в визирный канал контролируемого изделия 9 с помощью юстировочных подвижек кронштейна с устройством, можно добиться совмещения изображения подсвечиваемых контрольных меток сетки 6 со штрихами сетки визирного канала контролируемого прибора 9.

Заявляемое устройство позволяет проводить контроль основных энергетических, частотных и временных характеристик лазерного канала управления с помощью управляющей программы. Для выполнения проверки любой из характеристик достаточно с помощью органов управления электронного устройства 5 обработки и отображения измерительной информации выбрать в главном меню программы, которое выводится на видеосмотровом устройстве, строку, соответствующую наименованию проверяемого параметра, и запустить выполнение этой проверки. Программа в автоматическом режиме выполняет все необходимые для проверки операции. При необходимости выполнения оператором каких-либо дополнительных операций, на видеосмотровом устройстве 12 появляются рекомендации по их выполнению. Электронное устройство 5 обработки и отображения измерительной информации, используя математическое обеспечение управляющей программы, проводит обработку результатов измерения, которые выводятся на видеосмотровом устройстве 12. Управляющая программа запоминает результаты измерения для последующего просмотра и анализа.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет контролировать интегральную мощность излучения и параметры временной циклограммы работы лазерного канала управления, обеспечивает повышение производительности и точности контроля параметров этого канала.

Источники информации

1. Патент РБ №491, G01В 11/26, G02В 27/62, 2002 г. (прототип).

Формула изобретения

Устройство для контроля параметров лазерного канала управления, включающее объектив, сетку с прозрачной диафрагмой и контрольными метками на ее рабочей поверхности, расположенной в фокальной плоскости объектива, установленную с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси объектива, систему подсветки контрольных меток сетки, первое фотоприемное устройство, оптически связанное с сеткой, и электронное устройство управления, обработки и выдачи измерительной информации, отличающееся тем, что введены последовательно установленные на оптической оси объектива спектроделитель, расположенный под углом к этой оси, ослабитель лазерного излучения, второе фотоприемное устройство, а также электропривод перемещения сетки, датчик положения сетки и видеосмотровое устройство для отображения управляющих команд и результатов измерений, а электронное устройство обработки и отображения измерительной информации выполнено на базе программируемого электронного модуля, имеет, по меньшей мере, четыре входа и три выхода, при этом первый и второй входы подключены к выходу первого фотоприемного устройства и к выходу второго фотоприемного устройства соответственно, третий его вход подключен к датчику положения сетки, четвертый вход имеет возможность подключения к выходу, а первый выход соответственно к входу лазерного канала управления контролируемого прибора, второй выход подключен к электроприводу перемещения сетки, а третий выход подключен к видеосмотровому устройству.

РИСУНКИ