激光测距机低温测距性能实验设计

　　1　引　　言

　　国家GJB150标准规定激光测距机低温工作温度的下限为-40℃[1],目前甚至产品列装定型试验也无法对该项指标进行实际考核[2],即使到自然寒区进行低温环境适应性考核,由于受环境温度限制,实际的测距机低温性能实验往往也仅做到近-40℃,平时只能在低温室或低温箱内进行模拟低温功能性检查,由此给出厂激光测距机产品质量带来了一定隐患,成为急需解决的问题。而且自然寒区本身具有季节性,给产品检验工作带来诸多不便,造成人力物力大量消耗。在常温下对激光测距机性能测量时,将会遇到光学观察窗结霜问题。初步认为结霜的原因主要是测距机检测环境的低温和探测目标(通常处于常温)之间的温差产生的,如果要在常温下模拟低温环境试验室条件,就必须找到简便易行的低温测距性能检测方法,因此文中提出简便建立测距机低温检测条件的实验设计和初步分析。

　　2　方案设计与分析

　　为实现常温下进行激光测距机低温测距性能检测,在低温室内装有观察、瞄准、激光发射和接收的窗口,简称观测窗。该窗口必须满足对激光波长和可见光有高透过率,达到基本不影响观察、激光发射与接收的目的。初步分析和试验认识到观测窗结霜与其透过率低是难以实现低温测距性能检测的症结所在,故采用在观测窗镀增透导电膜或用真空增透隔热玻璃管方法,设计制作观测窗可以解决低温测距性能检测问题。其原理设计如图1中(a)和(b)所示。

　　增透玻璃隔热管观测窗方法,优点是不需电源,缺点是结构复杂,制造成本高,隔热管的长度越长效果越好,反过来又使观察视场减小,相应的激光测距机的工作视场也减小。正是这种制约关系限制了隔热管式低温箱在测距性能检测方面的应用。

　　从理想角度考虑,光学透过率越高越好;导电膜单位面积功率越大越好。但受工艺水平、经济性和实用性的制约不可能无限追求过高的技术要求。现就观测窗各项技术参数选定方法介绍如下:

　　2.1　可见光透过率

　　增加观测窗会影响测距机瞄准镜透过率,增加一个90%透过率的观测窗,其观察影响程度为10%,从实践经验来看,对观察影响不大,从工艺上容易实现96%左右的透过率(单面透过率),故可见光透过率选定为大于92%为宜。

　　2.2　激光反射率

　　观测窗的激光的反射率主要容易造成接收光敏器件的损伤。测距机激光输出一般在20mJ以下,脉宽在5～8ns左右,峰值功率在20mJ/5ns=4MW左右,即使观测窗激光反射率在0.5%水平,反射激光的强度也将达到20kW量级,接收器光敏面约为φ0.8mm(参见文献[3]),接收光强约为3MW/cm2,已经可以对接收器件雪崩管造成损伤。因此,为了安全和避免观测窗上反射光可能造成接收器件的损坏,在检测测距性能时应当严格避免发射激光正入射在观测窗上。