激光测距高压和触发的工作原理

激光测距高压和触发的工作原理

范俊平

南京百花光电有限公司   江苏南京   210008

摘要

激光测距技术现已是激光技术应用中最早和最成熟的项目之一。自美国于1960年发明出第一台红宝石激光器，在其基础上1961年第一台激光距机就被发明了出来。现在世界各国已经研制出各种不同型号，不同功能的激光测距机，其中大部分被用于军事行列。除了军用外，激光测距在经济建设中和对空间目标的测量等科学研究中也有广泛的应用。

激光具有定向性好、亮度高、相干性好和单色性好的优点，因而使用激光测距相对于光学测距来说，具有更高的精度、测程也更远。而和微波测距相比，微波的波长太长，波谱较宽，在地面易受地面物体的干扰。而激光的束散角很窄，不易受到干扰。而且激光测距的精度也比微波测距高，而激光测距设备也比微波雷达简单轻便。激光测距的缺点是受天气（雾、霾、雨、雪等）以及战场环境（硝烟）的影响较大。天气条件差时，所测最大距离会被大大缩短，甚至完全无法测量。

关键词：激光测距；工作原理；思路及方法

一、激光测距工作原理

激光测距机是通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间，然后按下式求出距离

式中：L—待测距离；

C—激光光束在大气中的传播速度（3x108m/s）；

t—激光光束在待测距离上的往返传播时间。

因此，若按测定时t的方法来分，激光测距又可分为脉冲激光测距和相位激光测距两种。

脉冲测距：脉冲激光测距机发射系统向目标发射一激光脉冲，经目标反射后，激光脉冲回到测距机接收系统，测距机的计数系统测量激光脉冲在待测距离上往返传播时间，用以确定距离，脉冲激光测距具有测程远、操作简便、携带方便、不需要合作目标等优点。目前的军用激光距机和测量空间目标的激光测距机均采用脉冲激光测距机。

二、激光器的高压和触发的工作原理

脉冲激光测距机的核心部件是激光器，激光器工作需要高压（HV），激光的发射需要触发信号（FIRE）。我们以下图来分析激光器的高压和触发的工作原理。

                              图   高压电源及触发电路图

在了解工作原理之前，我们还需了解下单管反激式自动充电电路。

晶体管自激振荡器主要由晶体三极管和变压器初级绕组及反馈绕组组成。它将低压直流变换成低压交流脉冲。反激式的自激振荡器在变压器原边电感上储存能量时，负边没有电流流过。当能量达到一定值时，负边极性才发生突变，导通。正激式的自激振荡器当原边有电流流过时，负边也有电流流过。

下面以图中的充电电路说明单管自激充电电路的工作过程:开始充电时，充电控制信号“CHAR”为低电平信号，V3 截止，V4 导通，V9的b极通过V4 接地，此时V9截止，V6导通，由V6和T组成的振荡器开始振荡。开始振荡时，V6基极导通，产生T中由4到3的电流。此时V6工作在放大状态，产生 T中电流从1流向2的电流。由于电感的反向作用，产生由2到1的感生电动势。受导磁体的感应作用，V6基极中，感生出由4到3的反向感生电动势，使V6基极电流变大，集电极电流变的更大。基极电流又变的更大，如此循环，使V6迅速进入饱和状态。V6饱和后，从1到2的大电流不再增大，而是迅速减小。受电感的反向作用，又产生一个从1到2的感生电动势。受导磁体的感应作用，V6基极中，感生出由3到4的反向感生电动势，使V6基极电流减小，集电极电流变的更小。基极电流又变的更小，如此循环，使V6迅速进入截止状态。如此反复进行，在T中的1~2绕组上产生交变电压，在5~6绕组上产生放大的交变电压HV。

激光测距机在常态（非充电触发状态）下，当外部电源开关打到“开”状态时，电源板的“12V”和“GND”之间接入12V电压，此时充电控制信号“CHAR”为高电平信号，V3导通，V4的b极通过 V3接地，V4截止，V9 导通，V6的b级通过V9接地，V6截止，这样，变压器T的初始端不能工作。

当电源板的“12V”和“GND”之间接入12V电压之后，稳压二极管V18稳压出+5V电压作为N2:A电压比较器的正向输入电压与“HV”输出的高压经R7、R8、R9的分压得到的取样信号进行比较，由于此时变压器 T1没有工作，“HV”输出为低电压，所以N2: A的输出端1脚呈高电平，但此高电平通过 V3 接地，对 V4 不产生影响。

看图，触发放电回路中虽然此时触发控制信号“FIRE”为低电平，V17导通，其c极输出高电平信号，该高电平信号控制可控硅V15的控制端接高电平，但由于此时可控硅V15的阳极无电压信号，故此可控硅 V15 依然截止。

当激光测距机开始充电触发时，充电控制信号有效时，此时充电控制信号“CHAR”为低电平信号，V3 截止，V4 导通，V9的b极通过V4 接地，此时V9截止，V6导通，变压器T的输入端产生自激振荡。变压器开始工作。两相输出端的一相接三端稳压器N3的输入端，输出-6V电压;另一相经C12平滑滤波，当输出电压

HV达到700V高压后，经R7、R8、R9的分压产生高电平信号。该高电平信号作为取样信号输入N2:A的负向端，使N2:A输出端呈低电平，此时V4的b极接低电平，V4截止，V9 导通，V6截止，变压器T停止工作。高压信号“HV”经稳压管 V12 和 V13 稳压后，箝位在600V左右，经“600V”输出，供接收放大器的雪崩光电二极管作为偏值电压用;该600V电压经稳压管 V16 箝位在200V左右，作为触发线圈的初始电压。

在高压地HV GND与普通地GND中间有一几欧姆的电阻R24进行隔离。因为触发放电时，氙灯内部瞬间短路，产生很大的放电电流。不进行隔离时，放电回路经过普通地。因为地线也有一定的电阻，放电的电流非常大，使地线的压降影响足够大，对整个电路造成很大的影响。采用此电阻将放电回路和普通地隔离可避免放电产生大的电流对整个电路的干扰影响。

在充电控制信号“CHAR”调变为低电平信号的同时，触发控制信号“FIRE”由低电平跳变为高电平。同时，V17截止，其c极输出低电平信号，保证可控硅V15的控制端接低电平，V15 截止。

在操作手瞄准目标，发出测距指令后，触发控制信号“FIRE”再次由高电平跳变为低电平，同时，V17导通，其c极输出高电平信号，该高电平信号控制可控硅V15的控制端接高电平，此时由于 V15 的阳极有极高的电压存在，在此触发电压的“激励”下，V15 导通，与触发线圈相连的“200V”回路导通，使触发线圈产生瞬间高电平信号，激光器的氙灯放电，发射激光。

三、不触发故障的解决思路及方法

上文已经介绍了触发原理，成功触发需要3个条件，一个是有触发信号，另一个是有触发电压，最后是触发器件完好。这三点对应电路图上的三个器件V17、V15、C4。三极管V17是起开关作用，控制触发信号的通断。电容C4储能器件，触发电压加载在电容两端，电压值能用万用表直接测量，但和其他电路不共地，需直接测量电容两端。V15(可控硅3CT065E)是具体的触发器件。

解决问题的解决方案及思路如下：

检测触发电压→电压不正常→检测触发信号→没有信号→检测触发器件→器件损坏→结束

                 ↓                        ↓                     ↓

检测高压或更换电容更换三极管更换触发器件

排除方法及步骤如下：首先用万用表测量触发电压，触发电压是由V12、V13对高压700V稳压而来，调整V13的稳压值能改变触发电压，一般机子的触发电压在220V左右，如果触发不可靠，可以适当调高电压，但不能过高。注意：电容C4作为储能器件，电荷或者说电能加载在上面，如电容本身老化，储能能力下降，那量出的触发电压是个虚电，电压有200多伏，却触发不了。

再使用示波器测量触发信号。触发信号进入V17基级波形为一脉宽3ms幅度为10V的负脉冲，触发信号从V17集电极输出波形为 脉宽3ms幅度为6V的正脉冲。触发信号触发V15时波形为脉宽3ms幅度为1V的正脉冲。

以电路图中所使用的V15可控硅3CT065E作具体分析。用指针式万用表测量它的第一阳极A1和控制极G之间的电阻只有几十欧姆，相互导通。可以判断出3CT065E是双向可控硅，判断双向可控硅好坏的方法可自行上网搜索，这里不再赘述。

四、结语：

总之，触发故障需从触发信号、触发电压、触发器件三部分分析。分析顺序为：先有电压，再看信号，最后器件，先量后换。