專利名稱：內(nèi)調(diào)制He-Ne激光準(zhǔn)直裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于修橋、筑路、鋪軌、坑道掘進(jìn)等場合使用的激光準(zhǔn)直裝置，具體地說是一種內(nèi)調(diào)制型He－Ne激光準(zhǔn)直裝置。
目前與本方案相近的已有技術(shù)有德國西門子公司生產(chǎn)的激光準(zhǔn)直裝置，該裝置的激光發(fā)射器中采用光強(qiáng)內(nèi)調(diào)制型、陶瓷殼結(jié)構(gòu)的He－Ne激光管，這種激光管的陰陽極兩端封接金屬頭較長，既是貼片管又是陰陽極引線，而且有一頭粗一頭細(xì)的結(jié)構(gòu)，可將電源固定在細(xì)管部分外面，整體性好。但進(jìn)口這種管費(fèi)用高，而國內(nèi)僅有的一種低功耗He－Ne激光管可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)調(diào)制，但制作工藝復(fù)雜，不易大量生產(chǎn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)檢測，調(diào)制深度較低。普通激光發(fā)射器中的激光電源均設(shè)有可使He－Ne激光器產(chǎn)生調(diào)制信號的電源商品，而且國產(chǎn)分立元件發(fā)熱問題難以解決，導(dǎo)致輸出的調(diào)制信號不穩(wěn)，如果為解決散熱問題又導(dǎo)致電源的體積過大，不可能實(shí)現(xiàn)電源與激光管整體組裝。比較西門子公司的激光發(fā)射器中的激光擴(kuò)束系統(tǒng)，它是采用單片負(fù)透鏡目鏡，分離式物鏡，雙凹面柱面鏡。我們認(rèn)為單片負(fù)目鏡球面半徑小，不易加工。與西門子公司產(chǎn)品的激光接收電路比較，它的設(shè)計(jì)是以分立元件為基礎(chǔ)的接收電路板。而分立元件接收電路的特點(diǎn)是分散為四塊小線路板，分裝于三個(gè)小盒子中，這樣調(diào)整環(huán)節(jié)多，調(diào)整十分困難，且穩(wěn)定性差。對于不同距離的光強(qiáng)信號，西門子公司采用自動(dòng)增益電路，非常難于調(diào)整而且易自激。
本實(shí)用新型的目的是在吸收西門子公司產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，克服其存在的缺點(diǎn)而設(shè)計(jì)出一種能適用于國內(nèi)的內(nèi)調(diào)制He－Ne激光準(zhǔn)直裝置。它的結(jié)構(gòu)簡單，成本低，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均高于西門子產(chǎn)品。
本實(shí)用新型的目的是由以下措施來達(dá)到由激光發(fā)射器和激光接收器構(gòu)成的內(nèi)調(diào)制He－Ne激光準(zhǔn)直裝置，在激光發(fā)射器外殼內(nèi)一端裝有激光集成化開關(guān)電源和高壓電阻板，將普通針型He－Ne激光管與高壓電阻板相連。在激光發(fā)射器外殼內(nèi)另一端裝有激光擴(kuò)束系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用二片負(fù)透鏡組成的目鏡和雙膠合物鏡以及平凸柱面鏡的伽利略式逆置望遠(yuǎn)鏡。激光電源的正負(fù)引線接在與其固定的高壓電阻板上，高壓電阻板以接觸式簧片與He－Ne激光管的陰－陽引線連接。激光接收器的選擇放大采用非自動(dòng)增益型限幅電路。
本實(shí)用新型與已有的技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)由于采用普通針型及其它型式的He－Ne激光管，即能產(chǎn)生內(nèi)調(diào)制光強(qiáng)輸出，本裝置的成本低，使用方便，調(diào)制深度較深，便于遠(yuǎn)距離接收。由于采用集成化激光開關(guān)電源和伽利略式逆置望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)，使圓柱型He－Ne激光管一體化，使用方便。由于高壓限流電阻板固定在激光電源輸出端，以彈簧片與He－Ne管陽極引線接觸，故安裝方便，又能防止高壓放電，使激光輸出穩(wěn)定，延長激光電源的壽命。由于激光接收器接收電路集成化，僅有一塊線路板，選擇放大電路又采用限幅電路，使接收器體積小，調(diào)整方便。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)說明

圖1為本裝置的結(jié)構(gòu)簡圖圖2為激光接收電路的原理圖圖3為高壓限流電阻板圖圖4為激光擴(kuò)束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖5為激光接收器限幅電路圖參照圖1～圖5，在激光發(fā)射器外殼1內(nèi)的一端裝有激光集成化開關(guān)電源2和高壓電阻板3。普通針型陽極He－Ne激光管4與高壓限流電阻板3相連。在激光發(fā)射器外殼內(nèi)的另一端裝有激光擴(kuò)束系統(tǒng)5。激光擴(kuò)束系統(tǒng)采用二片負(fù)透鏡組成的目鏡18，雙膠合物鏡19以及平凸柱面鏡20的伽利略式逆置望遠(yuǎn)鏡。激光電源的正負(fù)引線接在與其固定的高壓限流電阻板3上，高壓限流電阻板以接觸式簧片16與He－Ne激光管的陽極引線17連接。激光接收器的選擇放大器12采用非自動(dòng)增益型限幅電路22。
本裝置工作時(shí)，外界低電壓直流電源V入接通后，激光開關(guān)電源2通過高壓限流電阻板3供給激光管4達(dá)10000V直流高壓，使激光管導(dǎo)通(起輝)，然后大部分壓降至高壓限流電阻板3上，使激光管兩端維持正常工作電壓2000V左右。這時(shí)，激光管4發(fā)出調(diào)制激光束。激光管4所以能發(fā)出調(diào)制激光束，其原因是利用了激光開關(guān)電源輸出電壓的紋波，使激光管的直流工作電流產(chǎn)生了部分調(diào)制所致。該調(diào)制光束經(jīng)擴(kuò)束系統(tǒng)5變成條形調(diào)制光束6，到達(dá)激光接收器8后，為聚光鏡7通過干涉濾光片9，濾除雜光后聚焦在光電接收器10上，將光信號變成電信號為接收電路11處理。該電信號經(jīng)圖2的選擇放大器12、解調(diào)器13、積分器14、差分放大器15輸出高低電平至伺服系統(tǒng)去控制被準(zhǔn)直的系統(tǒng)(如起拔道機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等)。當(dāng)條形光束位于激光接收器中間位置(即對稱于二光電接收器)時(shí)，接收器輸出低電平，被準(zhǔn)直系統(tǒng)位于中間位置，而當(dāng)被準(zhǔn)直系統(tǒng)偏離準(zhǔn)直激光束時(shí)，接收器輸出高電平，通過伺服系統(tǒng)控制系統(tǒng)使被準(zhǔn)直的系統(tǒng)回到中間位置。
該準(zhǔn)直裝置由于將容易發(fā)熱的高壓限流電阻板3移至激光開關(guān)電源2的外面而使其散熱性能得到很大的改善，見圖3。又由于激光開關(guān)電源2的輸出端與高壓限流電阻板3以螺釘相連接，又以彈簧片16與激光管陽極引線17接觸，既可使激光電源2與激光發(fā)射器外殼1快速聯(lián)接，裝拆方便，避免高壓限流電阻板3與件1管壁之間放電，也避免了因激光管陰、陽極導(dǎo)線過長而絞繞，致使分布電容過大。這樣的結(jié)構(gòu)，減少了引起激光輸出調(diào)制信號不穩(wěn)定的因素，延長了激光電源的使用壽命。
該裝置的擴(kuò)束系統(tǒng)為圖4所示的逆置伽利略式望遠(yuǎn)鏡，與開卜勒式擴(kuò)束系統(tǒng)相比縱向尺寸小，使擴(kuò)束系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尺寸短。與西門子公司的單片負(fù)透鏡、雙分離物鏡及雙曲柱面鏡的伽利略式擴(kuò)束系統(tǒng)相比，具有加工簡單的優(yōu)點(diǎn)。激光管4發(fā)出的激光束通過目鏡18、物鏡19形成圓形平行光束，再經(jīng)柱面鏡20擴(kuò)展為所需寬度和長度的條形光束6。
圖5為圖2中選擇放大器12的限幅電路。由光電接收器10轉(zhuǎn)換來的電信號，經(jīng)諧振濾波器21濾波，進(jìn)入限幅放大器22，當(dāng)輸入信號過大時(shí)，由二極管加電阻R3組成的限幅器，限掉一部分，以免使放大器飽和，可以輸出所需要的穩(wěn)定電平信號，這樣保證了該準(zhǔn)直裝置在近距離10米處工作時(shí)，光調(diào)制信號很強(qiáng)，放大器不會(huì)飽和，而在遠(yuǎn)距離工作時(shí)，信號衰減104倍，接收電路均能正常工作，這種電路與自動(dòng)增益電路相比，性能穩(wěn)定，易于調(diào)整。
權(quán)利要求1.一種內(nèi)調(diào)制He-Ne激光準(zhǔn)直裝置，由激光發(fā)射器與激光接收器組成，激光發(fā)射器包括激光管、激光電源、擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)，激光接收器包括聚光鏡、干涉濾光鏡、光電接收元件和接收電路，其特征在于a)在激光發(fā)射器外殼內(nèi)的一端裝有集成化開關(guān)電源和高壓限流電阻板，將普通針型陽極He-Ne激光管與高壓限流電阻板相連，在激光發(fā)射器外殼內(nèi)的另一端裝有激光擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)，也可用可閥封接或其它型式的非針型陽極He-Ne激光管；b)激光擴(kuò)束光學(xué)系統(tǒng)采用二片負(fù)透鏡組成的目鏡和雙膠合物鏡以及平凸柱面鏡的伽利略式逆置望遠(yuǎn)鏡；c)激光電源的正負(fù)引線接在與其固定的高壓限流電阻板上，高壓限流電阻板以接觸式簧片與He-Ne激光管的陰-陽極引線聯(lián)接；d)激光接收器的選擇放大采用非自動(dòng)增益型限幅電路。
專利摘要本實(shí)用新型為一種內(nèi)調(diào)制式He-Ne激光準(zhǔn)直裝置。它包括集成化內(nèi)調(diào)制激光電源、高壓限流電阻板、普通市售玻殼He-Ne激光管、伽利略式擴(kuò)束系統(tǒng)組成的發(fā)射調(diào)制激光束的激光發(fā)射器和由聚光鏡、干涉濾光鏡、光電接收元件、接收電路組成的激光接收器。采用本方案結(jié)構(gòu)簡單、體積小、壽命長、準(zhǔn)直距離可達(dá)800m以上，準(zhǔn)直精度優(yōu)于±1.5mm，可替代進(jìn)口產(chǎn)品。
文檔編號G01B11/27GK2168237SQ9322314
公開日1994年6月8日 申請日期1993年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月3日
發(fā)明者王惠文 申請人:北京理工大學(xué)