專利名稱:綜合低噪聲恒溫激光接收系統的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種激光接收系統,尤其涉及一種綜合低噪聲恒溫激光接收系統。
背景技術:
激光雷達是傳統雷達技術與現代激光技術相結合的產物,具有一系列獨特的優點極高的角分辨率,極高的距離分辨率,速度分辨率高,測速范圍廣,能獲得目標的多種圖像,抗干擾能力強,比微波雷達的體積和重量小等。但是,激光雷達的技術難度很大,受天氣環境影響大,尤其是在白天使用時受太陽光噪聲影響,使其應用受到一定的限制。
光學干涉濾光片是建立在光學薄膜干涉原理上的精密光學濾光器件。通過設計和改變膜系的結構和膜層的光學參數,可以獲得各種光譜特性,用于控制、調整和改變光波的透射、反射、吸收、偏振或相位狀態。利用濾光片只讓所需要的波段的光線通過而阻擋其它波段的光線進入的特性可以消除激光雷達使用過程中的雜散光的問題。但是由于濾光片受溫度影響比較大,因此濾光片往往放置在恒溫槽中,工業中的恒溫槽體積一般比較大,不利于系統的小型化和集成化設計。
另外,應用于空間領域的激光雷達,激光束的發散角直接影響觀測的結果。往往在激光雷達系統中加入激光準直調節裝置。
發明內容
本發明的目的就在于克服現有技術存在的上述缺點和不足,而提供一種綜合低噪聲恒溫激光接收系統。
本發明的目的是這樣實現的完善現有激光雷達系統的功能,降低噪聲對系統的影響,實現激光雷達全時段跟蹤。
1、設置溫度調節系統,滿足濾光片對溫度敏感的要求;2、設置傳動裝置升降濾光片和角反射器;3、設置角反射器和電荷耦合傳感器(CCD)。
具體地說如圖1、圖2,本發明由圓筒0、準直透鏡1、濾光片2、角反射器3、CCD4、光電接收系統5、溫度調節系統6、傳動裝置7組成;其位置及連接關系是在圓筒0內,從右向左,依次設置有準直透鏡1、濾光片2、角反射器3、光電接收系統5;在圓筒0上,設置有CCD4、溫度調節系統6、傳動裝置7;傳動裝置7包括第一傳動裝置7A和第二傳動裝置7B,其結構完全一樣。
濾光片2與第一傳動裝置7A相連,第一傳動裝置7A控制切換濾光片2的伸縮;反射器3與第二傳動裝置7B相連,第二傳動裝置7B控制切換角反射器3的伸縮;CCD4與角反射器3位置對應。
本發明的工作原理是在白天工作時,如圖1,濾光片2工作,濾掉太陽光等噪聲;在夜間工作時,如圖2,濾光片2通過第一傳動裝置7A縮進。
本發明與現有技術相比具有以下優點1、溫度調節精度高,無需人工干預。
2、濾光片2和角反射器3切換簡單,具有較高的定位精度和可重復性,解決了光學系統共軸的問題。
3、加入激光回波CCD照相技術。
4、集恒溫、濾光、光尖調整于一體,結構緊湊。
5、使準直鏡與接收鏡之間的距離小于50mm,有利于系統接收視場的調節。
6、充分利用了準直鏡和接收鏡作為腔體的窗口,有效地減少了光路中的光學界面,提高了接收效率。
由于性能價格比高,可廣泛應用于激光雷達、衛星激光測距、航天器跟蹤、恒星跟蹤觀測、空間碎片動態跟蹤等領域。
圖1—本發明結構及工作原理圖(濾光片和角反射器伸出時);圖2—本發明結構及工作原理圖(濾光片和角反射器縮進時);圖3—溫度調節系統結構框圖;圖4—傳動裝置結構示意圖。
0—圓筒;1—準直透鏡;2—濾光片;3—角反射器;4—CCD;5—光電接收系統6—溫度調節系統, 6.1—溫度傳感器,6.2—單片機,6.3—數模轉換器, 6.4—半導體制冷片;7—傳動裝置, 7A—第一傳動裝置, 7A—第二傳動裝置;7.1—步進電機,7.2—傳動絲桿, 7.3—滑塊。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例詳細說明1、溫度調節系統6如圖3,溫度調節系統6由依次連接的溫度傳感器6.1、單片機6.2、數模轉換器6.3、半導體制冷片6.4組成;溫度傳感器6.1、半導體制冷片6.4置于濾光片2附近。
其工作原理是單片機6.2從溫度傳感器6.1獲取溫度狀態,數模轉換器6.3將單片機6.2輸出的溫度轉化成模擬量,數模轉換器6.3控制半導體制冷片6.4制冷;溫度傳感器6.1采用Maxim公司的DS18B20芯片實現,其溫度測量精度達到0.0625℃
單片機6.2采用常用上市產品;數模轉換器6.3采用常用上市產品;半導體制冷片6.4采用常用上市產品。
2、傳動裝置7如圖4,所述的傳動裝置7是一種渦輪絲桿升降機結構,包括結構完全一樣的兩個傳動裝置(第一傳動裝置7A和第二傳動裝置7B),由步進電機7.1、傳動絲桿7.2、滑塊7.3組成;步進電機7.1和傳動絲桿7.2連接,滑塊7.3套在傳動絲桿7.2上。
當步進電機7.1轉動時,傳動絲桿7.2也隨著轉動,滑塊7.3則上下移動,使濾光片2、角反射器3按要求縮進或伸出。
3、角反射器3和CCD4本發明特別是衛星激光測距的應用中,激光回波的光尖對系統的精度和觀測的數據量十分重要。因此本發明加入了角反射器3和CCD4。當本發明需要調節激光光尖時,通過第二傳動裝置7B將角反射器3伸出,如圖1所示,激光回波發射到CCD4上觀察,經過數字解算或人工調節,改善激光光尖的質量。在正常觀測過程中,角反射器3通過第二傳動裝置7B縮進,如圖2所示,激光回波直接被光電接收系統5(如單光子雪崩二極管SPAD,光電倍增管PMT)接收。
權利要求
1.一種綜合低噪聲恒溫激光接收系統,其特征在于由圓筒(0)、準直透鏡(1)、濾光片(2)、角反射器(3)、CCD(4)、光電接收系統(5)、溫度調節系統(6)、傳動裝置(7)組成;在圓筒(0)內,從右向左,依次設置有準直透鏡(1)、濾光片(2)、角反射器(3)、光電接收系統(5);在圓筒(0)上,設置有CCD(4)、溫度調節系統(6)、傳動裝置(7);傳動裝置(7)包括第一傳動裝置(7A)和第二傳動裝置(7B),其結構完全一樣;濾光片(2)與第一傳動裝置(7A)相連,反射器(3)與第二傳動裝置(7B)相連,CCD(4)與角反射器(3)位置對應。
2.按權利要求1所述的激光接收系統,其特征在于溫度調節系統(6),由依次連接的溫度傳感器(6.1)、單片機(6.2)、數模轉換器(6.3)、半導體制冷片(6.4)組成;溫度傳感器6.1、半導體制冷片6.4置于濾光片2附近。
3.按權利要求1所述的激光接收系統,其特征在于傳動裝置(7)是一種渦輪絲桿升降機結構,由步進電機(7.1)、傳動絲桿(7.2)、滑塊(7.3)組成;步進電機(7.1)和傳動絲桿(7.2)連接,滑塊(7.3)套在傳動絲桿(7.2)上。
全文摘要
本發明公開了一種綜合低噪聲恒溫激光接收系統,涉及一種激光接收系統。本發明是在圓筒(0)內,從右向左,依次設置有準直透鏡(1)、濾光片(2)、角反射器(3)、光電接收系統(5);在圓筒(0)上,設置有CCD(4)、溫度調節系統(6)、傳動裝置(7);傳動裝置(7)包括第一傳動裝置(7A)和第二傳動裝置(7B),其結構完全一樣;濾光片(2)與第一傳動裝置(7A)相連,反射器(3)與第二傳動裝置(7B)相連,CCD(4)與角反射器(3)位置對應。本發明集恒溫、濾光、光尖調整于一體,結構緊湊。由于性能價格比高,可廣泛應用于激光雷達、衛星激光測距、航天器跟蹤、恒星跟蹤觀測、空間碎片動態跟蹤等領域。
文檔編號G02B27/00GK1936617SQ20061012474
公開日2007年3月28日 申請日期2006年10月12日 優先權日2006年10月12日
發明者郭唐永, 王培源, 李欣, 鄒佟, 譚業春 申請人:中國地震局地震研究所