Дистанционный оптический батиметр

(71) Отраслеваялаборатория "Ди Института общеи мии и аналитиче л. %26 научно-исследо станционная ди физики - Инсти ской химии АН ательскаягностика"ута геохиСССР.,М.И. Круковский,э О,М. ат,оу, 1, р,р. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(54) ДИСТАНЦИОННЫЙ ОПТИЧЕСКИЙ БАТИМЕТР(57) Изобретение относится к специальной топографической съемке, а именно к средствам экспрессного дистанционного измерения глубин мелких водоемов. Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения ошибки представления аналогового сигнала в цифровой форме. Батиметр содержит синхронизатор .1, электрически связанный с генератором 2 зондирующих оптических импульсов, в качестве которого может быть использован лазер с модулируемой добротностью и удвоением частоты, излучающий импульсы длительностью 5-10 нс в инфракрасном (1064 нм) диапазоне и в1663432 зеленой (532 нм) области спектра, установленный в потоке зондирующего излучения светоделитель 3 и оптически связанный с ним фотоприемник 4 зондирующего излучения. В лучистом потоке, отраженном от поверхности 5 измеряемого водоема 6, расположены объектив 7 и оптически связанный с ним фотоприемник 8 инфракрасного (ИК) излучения. В световом потоке обратного рассеяния от водной толщи измеряемого водоема б последовательно установлены оптически связанные телескопическая система 9, снабженная средствами оптической фильтрации, стробируемый фотоприемник 10 видимого излучения, включающий электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 11 со стробируемым усилителем яркости - микроканальной пластиной 12 и отклоняющими пластинами 13, волоконно-оптический сопрягающий элемент 14 и многоэлемент - линейный прибор Изобретение относится к специальной топографической съемке, а именно к средствам экспрессного дистанционного измерения глубин мелких водоемов батиметрам.Целью изобретения является повышение точности за счет уменьшения ошибки представления аналогового сигнала в цифровой форме.На чертеже представлена блок-схема дистанционного оптического батиметра.Устройство содержит синхронизатор 1, генератор 2 зондирующих оптических импульсов, установленный в потоке зондирующего излучения светоделитель 3 и оптически связанный с ним фотоприемник 4 зондирующего излучения, образующие канал регистрации зондирующего излучения.В качестве генератора 2 зондирующих оптических импульсов может быть использован лазер с модулируемой добротностью и удвоением частоты, излучающий импульсы длительностью 5 - 10 нс в инфракрасном (1064 нм) диапазоне и в зеленой (532 нм) области спектра,В лучистом потоке, отраженном от поверхности 5 измеряемого водоема 6, расположены объектив 7 и оптически связанный с ним фотоприемник 8 инфракрасного (ИК) излучения - элементы канала регистрации сигнала, отраженного от водной поверхности, В световом потоке обратного рассеяс зарядовой связью (Л ПЗС) 15. Батиметр также содержит соединенный с выходом ЛПЗС 15 аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, выход которого соединен с системой 17 регистрации, тактовый генератор ЛПЗС 18, выходы которого соединены с входами управления ЛПЗС и АЦП, генератор 19 развертывающего напряжения, выход которого соединен с отклоняющими пластинами ЭОП 13, синхронизируемый блок 20 стробирования усилителя яркости ЭОП. Последний включает формирователь 21 и усилитель 22, выход которого подключен к электродам пластины 12, и узел 23 измерения и запоминания расстояния до водной поверхности, имеющий два входа, связанные через усилители-формирователи 24 и 25 с выходами фотоприемников 4 и 8, Выход узла 23 связан с входами тактового генератора ЛПЗС 18,генератора 19 и синхронизируемого блока 20. 1 ил,ния от водной толщи измеряемого водоема 6 последовательно установлены образующие канал регистрации информационного сигнала оптически связанные телескопическаг система 9, снабженная средствами оптической фильтрации, стробируемый фотоприемник 10 видимого излучения, включающий электронно-оптический преобразователь (ЭОП) 11 со стробируемым усилителем яркости - микроканальной пластиной 12 и отклоняющими пластинами 13, волоконно-оптический сопрягающий элемент 14 и многоэлементный линейный прибор с зарядовой связью (ЛПЗС) 15. Система обработки сигналов содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, соединенный с системой 17 регистрации, тактовый генератор Л ПЗС 18, генератор 19 развертывающего напряжения, выход которого соединен с отклоняющими пластинами ЭОП 13, синхронизируемый блок стробирования усилителя яркости ЭОП 20, включающий формирователь 21 и усилитель 22, а также узел 23 измерения и запоминания расстояния до водной поверхности, имеющий два входа и обеспечивающий измерение запоминания и корректировку интервала времени между моментами регистрации импульса зондирующего излучения и импульса, отраженного от водной поверхности 5.Первый вход (а) узла 23 соединен с усилителем-формирователем 24 канала регист 5 10 15 20 25 30рации зондирующего излучения, второй вход (б) узла 23 - с усилителем-формирователем 25. Выход узла 23 - с входами тактового, генератора ЛПЗС 18, генератора 19 развертывающего напряжения и синхронизируемого блока стробирования усилителя яркости ЭОП 20. Входы усилителей-формирователей 24 и 25 подключены к выходам фотоприемников 4 и 8 соответственно. Синхронизатор 1 электрически связан с генератором 2 зондирующих оптических импульсов. Выход синхронизируемого блока стробирования усилителя яокости ЭОП 20 соединен с входом стробируемого усилителя яркости - электродами микроканальной пластины 12. Выходы тактового генератора ЛПЗС 18 соединены с входами управления ЛПЗС 15 и АЦП 16.Устройство работает следующим образом,Синхронизатор 1 выдает электрический импульс, инициирующий генерацию двух практически одновременных зондирующих оптических импульсов в ИК и зеленой области спектра генератором 2. Оба зондирующих импульса направляются на поверхность 5 исследуемого мелкого водоема 6, а небольшая часть их энергии с помощью светоделителя 3 отводится к фотоприемнику 4, электрический сигнал с выхода,.оторого после усилителя-формирователя 24 подается на вход (а) узла 23. На вход (б) узла 23 поступает сигнал, выработанный фотоприемником 8 при поступлении на него (через объектив 7) инфракрасного оптического импульса, отраженного от водной поверхности 5, и усиленный усилителем-формирователем 25. Узел 23 обеспечивает измерение и запоминание временного интервала между моментом начала генерации зондирующего оптического импульса и моментом прихода оптического импульса, отраженного от водной поверхности 5, на фотоприемник 8, Величина этого интервала зависит от высоты места расположения батиметра над водной поверхностью. Одновременно узел 23 вырабатывает синхроимпульс, поступающий на входы тактового генератора ЛПЗС 18, генератора 19 развертывающего напряжения и формирователя 21. Причем синхроимпульс вырабатывается с задержкой относительно импульса, пришедшего на узел 23 от фотоприемника 4, Величина этой задержки определяется, исходя из измеренной в предыдущем цикле и хранящейся в памяти узла 23 вышеупомянутой величины временного интервала и из инерционности генератора 19 развертывающего напряжения, таким образом, чтобы запуск генератора 19 развертывающего напряжения, тактового генератора 18 и формирователя 21 происходил несколько раннее прихода оптического импульса, отраженного от водной поверхно- .сти. Синхроимпульс запускает генератор 5 развертывающего напряжения 19, которыйформирует линейно нарастающее развертывающее напряжение, причем время нара.стания этого напряжения до максимальной величины устанавливается таким, чтобы 10 обеспечить регистрацию всего сигнала обратного рассеяния. Одновременно тот же синхроимпульс запускает блок стробирования усилителя яркости ЭОП 20 и тактовый генератор ЛПЗС 18,Линейность развертывающего напряжения в период прихода сигнала обратного рассеяния обеспечивает (при приложении строб-импульса) линейное перемещение электронного пучка и. следовательно, про порционального ему светового излученияна поверхности выходного окна ЭОП.Вследствие этого обеспечивается засветка соседних элементов ЛПЗС 15 через равные промежутки времени. Приложение строб- импульса к усилителю яркости 12 ЭОП в ожидаемое время прихода сигнала обратного рассеяния обеспечивается синхронизируемым запуском блока 20 стробирования сигналом с выхода узла 23. Длительность импульса стробирования выбирается равной максимальной длительности сигнала обратного рассеяния, зависящей от глубины водоема 6, вследствие чего исключается попадание на ЛПЗС 15 паразитных сигналов (усилитель яркости ЭОП, работая в таком режиме, выполняет дополнительно функцию затвора), Записанный в секции накопления сигнал по командам тактового генератора ЛПЗС 18 переносится в транспортный регистр, затем поэлементно оцифровывается в аналого-цифровом преобразователе 16 и регистрируется системой 17.Запоминание значения аналогового 45 сигнала обратного рассеяния в отдельныемоменты времени (осуществляемое в процессе приложения опирающего импульса (строб-импульса) к усилителю яркости ЭОП разверткой электронного луча вдоль выход ного экрана ЭОП, к которому через волоконно-оптический переходник присоединена ЛПЗС) и последующая оцифровка и обработка в цифровой форме предварительно запомненного в ячейках ЛПЗС сигнала, ре алиэуемая в промежутках времени междузондирующими импульсами, позволяет в предлагаемом устройстве использовать АЦП с наибольшей разрядностью, практически не принимая во внимание требования к1663432 7 Составитель Ю. ШаровРедактор М, Бандура Техред М.Моргентал Корректор О. Ципле Заказ 2258 Тираж 310 Подписное ВНИИПИ Государственного комитете по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4(5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 быстродействию этого АЦП. но не снижая быстродействия устройства в целом.Измерением длительности зарегистрированного сигнала по критерию превышения определенного уровня определяется 5 глубина измеряемого водоема 6. В результате анализа формы этого сигнала выносят суждения о степени однородности флуоресценцеи воды по глубине водоема.Формула изобретения 10 Дистанционный оптический батиметр, содержащий генератор зондирующих оптических импульсов видимого и инфракрасного диапазона, спектра, канал регистрации импульса,"отраженного от водной поверх ности, состоящий из объектива и оптически связанного с ним фотоприемника инфракрасного излучения, канал регистрации сигнала обратного рассеяния, состоящий иэ телескопической системы со средствами оп тической фильтрации, оптически связанного с ней стробируемого фотоприемника видимого излучения и генератора стробирующих импульсов, выход которого соединен с этим фотоприемником, систему обработки 25 сигналов, состоящую из аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен со стробируемым фотоприемником видимого излучения, подключенного к выходу аналого-цифрового преобразователя блока 30 записи информации и узла измерения и запоминания расстояния до водной поверхности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности эа счет уменьшения ошибки представления аналогового сигна ла в цифровой форме, он снабжен каналом регистрации зондирующих импульсов, состоящим из расположенного на оси генератора зондирующих импульсов светоделителя и оптически связанного с ним фотоприемника зондирующих импульсов, двумя усилителями-формирователями, вход одного из которых подключен к фотоприемнику зондирующих импульсов, а вход другого - к фотоприемнику инфракрасного излучения, выходы усилителей-формирователей подключены к входам узла измерения и запоминания расстояния до водной поверхности, тактовым генератором и генератором развертывающего напряжения, стробируемый фотоприемник видимого излучения выполнен в виде последовательно расположенных электронно-оптического преобразователя со стробируемым усилителем яркости и отклоняющими пластинами, волоконно-оптического сопрягающего элемента и многоэлементного линейного прибора с зарядовой связью, причем выход узла измерения и запоминания расстояния до водной поверхности подключен к входам генератора развертыващего напряжения, генератора стробирующих импульсов и тактового генератора. выходы тактового генератора соединены с многоэлементным линейным прибором с зарядовой связью и входом управления аналого-цифрового преобразователя, а выходы генератора развертывающего напряжения соединены с отклоняющими пластинами электронно-оптического преобразователя.