×
09.05.2019
219.017.4b9a

ФОТОПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к конструированию приемников светового излучения. Технический результат: обеспечение оптимальной чувствительности фотоприемного устройства (ФПУ) при заданной внешней освещенности и обеспечение работоспособности ФПУ при мощных лазерных сигналах. Сущность: ФПУ содержит фотодиод, один вывод которого соединен с источником питания фотодиода, а второй соединен с сопротивлением нагрузки, амплитудным ограничителем и входом предварительного усилителя, усилитель напряжения, выход которого соединен с первым входом обнаружительного компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения. В ФПУ дополнительно введены управляемый делитель, резистивный делитель и последовательно соединенные детектор сигнала и интегратор. Управляемый делитель включен между выходом предварительного усилителя и входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом детектора сигнала, выход интегратора соединен с входом управления управляемого делителя, вход резистивного делителя соединен со вторым выходом фотодиода, а его выход - с первым входом обнаружительного компаратора. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике, в частности к конструированию приемников светового излучения. Наиболее эффективно может быть использовано при создании атмосферных оптических линий связи, в частности при создании лазерных систем телеориентации движущихся объектов, например управляемых ракет.

Фотоприемное устройство (ФПУ) является основным узлом приемного тракта оптических систем связи. В числе основных требований, предъявляемых к ФПУ, являются требования к высокой чувствительности при обнаружении лазерных импульсных сигналов как в условиях отсутствия световой засветки (темновые условия), так и при прямой солнечной засветке входной апертуры ФПУ, а также в условиях модуляции входного светового потока, связанного, например, с вращением или нутацией ракеты в полете. ФПУ ракет имеют, как правило, большую площадь входного зрачка, например 10 см2. Мощность светового потока на площадке фотодиода при облученности от Солнца на поверхности Земли равна 60 мВт/см2·мкм и при коэффициенте пропускании входной оптики ФПУ, равном 0,7, и полосе пропускания входного фильтра ФПУ, равной 100 нм, составит 42 мВт. ФПУ должно также обеспечивать работоспособность при приеме импульсных лазерных сигналов в большом динамическом диапазоне лазерных мощностей (до 108). ФПУ должно обнаруживать лазерные импульсы до 10-8 Вт в темновых условиях и обеспечивать работоспособность при облучении его лазерными импульсами до единиц Вт.

Известны ФПУ (патенты РФ №1538059, приоритет 29.05.87 и №1388733, приоритет 23.09.85, МПК: G 01 J 1/44), в которых обнаружение лазерных импульсов осуществляется компараторами, которые сравнивают усиленные импульсные сигналы, после преобразования фотодиодом лазерных импульсов в электрические сигналы с фиксированным опорным напряжением. При этом, очевидно, нужно выбирать опорное напряжение с учетом максимальной внешней засветки, так как уровень шумов на выходе усилителя возрастает при увеличении внешней засветки.

Существенным недостатком рассматриваемых ФПУ при такой их реализации является то, что значительно (в 5-10 раз) снижается чувствительность ФПУ к обнаруживаемому лазерному излучению при работе в темновых условиях, то есть при отсутствии внешней засветки, так как пороговое опорное напряжение выбрано неоптимально, оно велико. Другим недостатком ФПУ является относительно небольшой коэффициент усиления, схема усилителя реализована на одном операционном усилителе.

В качестве прототипа выбрано ФПУ (патент РФ №2083958, приоритет 25.04.95, МПК: G 01 J 1/44), часть которого, ответственная за обнаружение лазерных импульсов, содержит фотодиод, один вывод которого соединен с источником питания фотодиода, а второй - с входом предварительного усилителя, выход которого соединен с входом усилителя напряжения, выход усилителя напряжения соединен с неинвертирующим входом обнаружительного компаратора, инвертирующий вход которого соединен с источником опорного напряжения, и амплитудный детектор (амплитудный ограничитель), соединенный с точкой соединения входа предварительного усилителя и фотодиода. ФПУ обладает высокой чувствительностью и значительным динамическим диапазоном принимаемых лазерных импульсов.

Недостатком прототипа является то, что в условиях мощной световой засветки, в частности при прямой солнечной засветке ФПУ, снижается чувствительность к обнаруживаемому лазерному излучению. Это связано с тем, что амплитудный детектор, выполняющий функции ограничения входного сигнала за счет уменьшения сопротивления нагрузки при превышении входных амплитуд свыше 0,5 В, также реагирует на мощную световую засветку, снижая тем самым сопротивление нагрузки для лазерного излучения. Так как уровень шумов на выходе усилителя при интенсивной внешней засветке определяется не сопротивлением нагрузки, а протекающим через нее током, то выбор постоянного порогового напряжения, как и у аналогов, не является оптимальным. ФПУ также не может работать при максимальных уровнях входного лазерного излучения, характерных для лазерных систем телеориентации управляемых ракет, что связано с недостаточным диапазоном ослабления амплитудным детектором (амплитудным ограничителем) входных сигналов. Типичный диапазон выбора коэффициента усиления в ФПУ, используемых в системах телеориентации, составляет (4-8)·103, поэтому ограничение входного сигнала на уровне долей вольта приводит к перегрузкам усилителя напряжения, появлению переколебаний и, как следствие, к появлению ложных (помеховых) выходных импульсов, нарушающих работу системы управления.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретения, заключается в обеспечении оптимальной чувствительности ФПУ при заданной внешней освещенности и работоспособности ФПУ при мощных лазерных сигналах.

Для достижения указанного технического результата в ФПУ, содержащее фотодиод, один вывод которого соединен с источником питания фотодиода, а второй соединен с сопротивлением нагрузки, амплитудным ограничителем и входом предварительного усилителя, усилитель напряжения, выход которого соединен с первым входом обнаружительного компаратора, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения, введены управляемый делитель, резистивный делитель и последовательно соединенные детектор сигнала и интегратор таким образом, что управляемый делитель включен между выходом предварительного усилителя и входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом детектора сигнала, выход интегратора соединен с входом управления управляемого делителя, вход резистивного делителя соединен со вторым выходом фотодиода, а его выход - с первым входом обнаружительного компаратора.

Введение управляемого делителя, резистивного делителя и последовательно соединенных детектора сигнала и интегратора осуществляется таким образом, что управляемый делитель включен между выходом предварительного усилителя и входом усилителя напряжения, выход которого соединен с входом детектора сигнала, выход интегратора соединен с входом управления управляемого делителя, вход резистивного делителя соединен с вторым выходом фотодиода, а его выход - с первым входом обнаружительного компаратора, что позволило обеспечить оптимальную чувствительность ФПУ при заданной внешней освещенности и работоспособность ФПУ при мощных лазерных сигналах.

На чертеже представлена блок-схема заявляемого ФПУ.

ФПУ содержит фотодиод 1, сопротивление нагрузки 2, амплитудный ограничитель 3, предварительный усилитель 4, управляемый делитель 5, усилитель напряжения 6, детектор сигнала 7, интегратор 8, резистивный делитель 9, обнаружительный компаратор 10.

ФПУ работает следующим образом. При попадании на фотодиод 1 лазерного импульса импульс фототока выделяется на сопротивлении нагрузки 2 в виде импульса напряжения отрицательной полярности. Усиленный предварительным усилителем 4 импульсный сигнал проходит управляемый делитель 5, усиливается усилителем напряжения 6 и далее поступает на детектор сигнала 7 и первый (неинвертирующий) вход обнаружительного компаратора 10.

При малых уровнях лазерного излучения и малых уровнях внешней освещенности уровень шума на выходе усилителя напряжения 6 определяется в основном шумами предварительного усилителя 4 и произведением коэффициентов усиления предварительного усилителя 4 и усилителя напряжения 6, а так как уровень импульсного сигнала мал, то на выходе интегратора напряжение мало и коэффициент передачи управляемого делителя равен единице, т.е. он полностью открыт. На второй (инвертирующий) вход обнаружительного компаратора 10 поступает опорное напряжение, величина которого выбирается в интервале шести - девяти уровней дисперсии шумовой дорожки на выходе усилителя напряжения 6 при условии слабой внешней освещенности, что обеспечивает низкую вероятность ложной тревоги при отсутствии полезного сигнала. При превышении лазерным импульсным сигналом опорного напряжения обнаружительный компаратор 10 формирует нормированный по амплитуде выходной сигнал.

При освещении ФПУ световым потоком на сопротивлении нагрузки появляется постоянное напряжение, величина которого пропорциональна падающему световому потоку. Уровень шума на выходе усилителя напряжения 6 при этом возрастает и он в первом приближении пропорционален корню квадратному от величины тока, протекающего через сопротивление нагрузки 2. Так как напряжение, выделяемое на сопротивлении нагрузки, отрицательное и оно через резистивный делитель 9 поступает на первый вход обнаружительного компаратора, то оно увеличивает величину порога компаратора. Коэффициент ослабления резистивного делителя 9 выбирается при максимальном световом потоке таким образом, чтобы при отсутствии входных лазерных импульсов на выходе обнаружительного компаратора 10 отсутствовали ложные импульсы или чтобы, как отмечено выше, суммарное пороговое напряжение составляло шесть - девять уровней дисперсии шумовой дорожки на выходе усилителя напряжения 6 при условии максимальной внешней освещенности.

Следует отметить, что при малых уровнях освещенности, вследствие квадратичной зависимости уровня выходных шумов от входной освещенности, величина порогового напряжения может превышать на 10 - 15% оптимальное значение.

Следует отметить также, что напряжение, выделяемое на сопротивлении нагрузки от входного светового потока, поступает на обнаружительный компаратор без фазовых сдвигов, поэтому предложенное ФПУ работает и в условиях модуляции входного светового потока.

При больших уровнях входных лазерных импульсов на выходе усилителя напряжения 6 формируются большие уровни сигнала и детектор сигнала 7 запоминает величину импульсных сигналов на емкости детектора. Далее напряжение, зафиксированное в детекторе сигнала 7, поступает на интегратор 8, имеющий постоянную времени больше периода повторения входных лазерных импульсов, где выделяется постоянная составляющая, которая в виде медленно изменяющегося постоянного напряжения поступает на управляющий вход управляемого делителя 5, вызывая уменьшение сигнала на входе усилителя напряжения 6, защищая его тем самым от перегрузки и появления паразитных выбросов выходного напряжения. Параметры интегратора и управляемого делителя выбираются таким образом, чтобы обеспечить ослабление выходных сигналов предварительного усилителя 4 до нужной величины при максимально возможных уровнях входных лазерных импульсов. При реализации управляемого делителя на транзисторе реально получить коэффициент ослабления несколько сот. При больших уровнях входных лазерных импульсов, при которых величина электрических импульсов на сопротивлении нагрузки превышает напряжение открывания амплитудного ограничителя, происходит ограничение импульсов на входе предварительного усилителя 4.

В зависимости от подключения сопротивления нагрузки к катоду, как на приведенном чертеже, или аноду фотодиода, напряжение питания фотодиода должно быть либо отрицательным, либо положительным. Отметим, что если напряжение питания фотодиода и опорное напряжение выбраны одинаковой полярности, то для правильной работы ФПУ выход резистивного делителя 9 должен быть соединен с входом обнаружительного компаратора 10, к которому подключен источник опорного напряжения. Источник опорного напряжения в этом случае должен быть подключен через резистор, так как на этом входе обнаружительного компаратора будут суммироваться два напряжения.

Величина опорного напряжения, выбираемого в качестве “темнового” порога, на практике составляет несколько десятков мВ. Величина порогового напряжения при прямой солнечной засветке ФПУ увеличивается в 5-20 раз и достигает сотен мВ, при этом напряжение, выделяемое на сопротивлении нагрузки 2, может достигать 0,8-0,9 величины напряжения питания фотодиода. В изготовленном образце ФПУ при напряжении питания фотодиода, равном 12 В, и прямой солнечной засветке на сопротивлении нагрузки, равном 2 кОм, падало напряжение 8 В. Поэтому коэффициент ослабления резистивного делителя 9 велик и составляет величину 40-100 раз.

В качестве фотодиода 1 может быть использован, например, фотодиод типа ФД - 342А, охранное кольцо (ОК) которого соединено с общей шиной. Предварительный усилитель 4 может быть реализован на основе малошумящего операционного усилителя типа 140УД26, охваченного нелинейной обратной связью, как представлено на чертеже. Такая обратная связь снижает коэффициент усиления при превышении амплитудой выходного сигнала напряжения открывания шунтирующих диодов. В качестве амплитудного ограничителя 3 могут быть использованы два встречно включенных диода, в качестве которых целесообразно использовать быстродействующие диоды Шоттки. Амплитудный ограничитель разделен от сопротивления нагрузки 2 емкостью С1, что устраняет влияние, как у прототипа, внешней засветки на величину сопротивления нагрузки. Управляемый делитель 5 может быть реализован, как представлено на чертеже, резистором R5 и любым р-n-р транзистором. Реализация остальных элементов ФПУ стандартная.

Экспериментальные испытания показали одинаковую чувствительность образцов в “темновых” условиях и лучшую чувствительность предложенного образца при прямой солнечной засветке.

Испытания предложенного образца в условиях модуляции внешней освещенности показали его эффективность, т.к. на выходе ФПУ не наблюдались ложные импульсы от помех. Отсутствовали ложные импульсы и при подаче на вход ФПУ лазерных импульсов мощностью свыше единиц Вт.

Таким образом, дополнительное введение в ФПУ управляемого делителя, детектора сигнала, интегратора и резистивного делителя и соединение их определенным образом позволило обеспечить высокую чувствительность ФПУ как при прямой солнечной засветке, так и в условиях ее модуляции при большом диапазоне изменения уровня входных лазерных импульсов.

Фотоприемноеустройство,содержащеефотодиод,одинвыводкоторогосоединенсисточникомпитанияфотодиода,авторойсоединенссопротивлениемнагрузки,амплитуднымограничителемивходомпредварительногоусилителя,усилительнапряжения,выходкоторогосоединенспервымвходомобнаружительногокомпаратора,второйвходкоторогосоединенсисточникомопорногонапряжения,отличающеесятем,чтовнеговведеныуправляемыйделитель,резистивныйделительипоследовательносоединенныедетекторсигналаиинтегратортакимобразом,чтоуправляемыйделительвключенмеждувыходомпредварительногоусилителяивходомусилителянапряжения,входдетекторасигналасоединенсвыходомусилителянапряжения,выходинтеграторасоединенсвходомуправленияуправляемогоделителя,входрезистивногоделителясоединенсовторымвыходомфотодиода,аеговыход-спервымвходомобнаружительногокомпаратора.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-5 из 5.
20.02.2019
№219.016.bd0f

Термокомпенсированная лазерная система телеориентации

Лазерная система телеориентации (ЛСТ) относится к приборостроению, предназначена для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использована при управлении движущихся объектов, например, управляемых ракет, управлении, посадке и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02243626
Дата охранного документа: 27.12.2004
20.02.2019
№219.016.bd17

Устройство для измерения эллиптичности электромагнитной волны

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик волноводных устройств. Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение конструкции устройства для измерения эллиптичности электромагнитной волны, процесса измерения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02242769
Дата охранного документа: 20.12.2004
20.02.2019
№219.016.bdb4

Устройство для крепления блока

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при проектировании несущих конструкций блоков, в частности для ориентации и крепления. Технический результат заключается в снижении трудоемкости изготовления и в возможности оперативного монтажа и демонтажа блока РЭА. Сущность...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02235448
Дата охранного документа: 27.08.2004
19.04.2019
№219.017.2d56

Устройство для измерения поляризационных характеристик

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано для измерения поляризационных характеристик волноводных устройств. Техническим результатом заявляемого изобретения является сокращение времени измерения поляризационных характеристик волноводных устройств. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02237904
Дата охранного документа: 10.10.2004
09.06.2019
№219.017.7862

Способ лужения выводов электрорадиоизделий

Изобретение относится к технике нанесения горячих покрытий методом окунания и может быть использовано при лужении выводов электрорадиоизделий (ЭРИ). Способ включает обработку выводов ЭРИ в растворе флюса без подогрева и погружение в расплав металла покрытия. После вывода ЭРИ из ванны с флюсом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02233909
Дата охранного документа: 10.08.2004
Показаны записи 1-9 из 9.
20.02.2019
№219.016.bd0f

Термокомпенсированная лазерная система телеориентации

Лазерная система телеориентации (ЛСТ) относится к приборостроению, предназначена для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использована при управлении движущихся объектов, например, управляемых ракет, управлении, посадке и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02243626
Дата охранного документа: 27.12.2004
20.02.2019
№219.016.c4b7

Передатчик свч

Передатчик СВЧ относится к усилителям и передатчикам СВЧ и может быть использован в радиолокации, радиосвязи и других областях техники. Техническим результатом является получение оптимальной выходной мощности в диапазоне частот и снижение уровня амплитудных и фазовых шумов. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02187880
Дата охранного документа: 20.08.2002
04.04.2019
№219.016.fbd3

Передатчик свч

Изобретение относится к СВЧ передатчикам и усилителям. Технический результат заключается в повышении эффективности работы передатчика СВЧ, улучшении массогабаритных характеристик передатчика СВЧ. Передатчик СВЧ содержит задающий генератор, развязывающий прибор, P-i-n аттенюатор, развязывающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02208909
Дата охранного документа: 20.07.2003
19.04.2019
№219.017.2d23

Защитный аэродинамический кожух для оптических приборов

Изобретение относится к устройствам защиты от воздействия атмосферы оптических приборов, эксплуатируемых на открытом воздухе. Техническим результатом изобретения является повышение защищенности оптических приборов от воздействия механических компонент атмосферы при любых направлениях воздушных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002256958
Дата охранного документа: 20.07.2005
19.04.2019
№219.017.34cf

Способ контроля фазовременных характеристик ферромагнитных фазовращателей

Изобретение относится к радиолокационной технике и может найти применение при изготовлении и настройке ферромагнитных фазовращателей, применяемых в составе фазированных антенных решеток для радиолокационных станций. Для контроля параметров фазовращателя используется измерительный стенд, на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02193262
Дата охранного документа: 20.11.2002
09.06.2019
№219.017.76c5

Оптический передающий модуль

Изобретение относится к квантовой электронной технике и может использоваться в системах лазерной космической связи и в системах лазерной атмосферной связи. Оптический передающий модуль содержит наружный корпус с размещенными в нем средством крепления, компаундом, лазерным диодом, установленным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002266597
Дата охранного документа: 20.12.2005
09.06.2019
№219.017.7753

Двухзондовый способ измерения фазовых сдвигов в балансном кольце

Предлагаемый двухзондовый способ измерения фазовых сдвигов в балансном кольце может использоваться в антенной и волноводной технике для проведения измерений как автономно для измерения характеристик одиночных элементов, так и в составе автоматизированных рабочих мест с высокой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002244937
Дата охранного документа: 20.01.2005
09.06.2019
№219.017.78c6

Способ меднения алюминия

Изобретение относится к области нанесения на алюминий металлических покрытий, в частности медных, гальваническим способом. Медные покрытия могут быть использованы как в качестве подслоя, так и в качестве самостоятельного покрытия. Технический результат, на достижение которого направлено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 02214483
Дата охранного документа: 20.10.2003
10.07.2019
№219.017.b1b9

Твердотельный лазер с продольной накачкой

Изобретение относится к лазерной технике, а именно к твердотельным лазерам с продольной накачкой. Лазер включает последовательно соединенные оптический модуль накачки и резонатор лазера с выходным зеркалом и активным элементом, вклеенным теплопроводящим компаундом в калиброванный ложемент....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002172544
Дата охранного документа: 20.08.2001
+ добавить свой РИД