Светопроекционный дальномер
Иллюстрации
Реферат
СВЕТОПРОЕИШОННЫЙ ДАЛЬНОМЕР содержащий передающую ветвь с источником излучения и приемную ветвь с фиг./ объективом, в фокальной плоскости Которого перед фотоприемпиком размещен вращающийся диск с профилированным отверстием , отличающийся тем, что, с целью уменьшения базы дальномера при сохранении точности и линейности показаний, оптические оси передающей и приемной ветвей расположены параллельно, профиль отверстия диска образован дугой окружности , ограниченной симметричными ветвями гиперболической спирали, центр которой совмещен с центром окружности и диска, лежащим на оптической оси приемной ветви.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ, Г
$4hgLH0TFkA (21) 3607818! 18-10 (22) 17.06.83 (46) 23.05.84. Бюл. Р 19 (72) С.М. Коломиец и В.П. Сныков (71) Институт экспериментальной метеорологии (53) 528.514+528.517(088.8) (56) 1. Грейм И.А. Оптические отсчетные системы в приборостроении и машиностроении. M.-Л., 1963, с. 231.
2. Патент Великобритании Ф 1468566, кл. С 1 А, 1977. (54)(57) СВЕТОПРОЕКЦИОННЫЙ ДАЛЬНОМЕР, содержащий передающую ветвь с источником излучения и приемную ветвь с,.SUÄÄ 1093892 А
gyp G 01 С 3/08// G 01 С 3/10 объективом, в фокальной плоскости которого перед фотоприемником размещен вращающийся диск с профилированным отверстием, отличающийся тем, что, с целью уменьшения базы дальномера при сохранении точности и линейности показаний, оптические оси передающей и приемной ветвей расположены параллельно, профиль отверстия диска образован дугой окружности, ограниченной симметричными ветвями гиперболической спирали, центр которой совмещен с центром окружности и диска, лежащим на оптичес кой оси приемной ветви.
1093 !
Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения расстояний и перемещений объекта, преимущественно от метра до нескольких десятков метров, в опти-5 ческом приборостроении и других областях науки и техники, в частности, для измерения волнения водной поверхности, Известен светопроекционный дально- 1п мер, содержащий передающую и приемную ветви с параллельными оптическими осями, в первую иэ которых входит источник излучения, а во вторую — объектив с фотоприемником и измерительным блоком.
B этом дальномере фотоприемник выполнен в виде линейки фотодиодов, а измерительный блок представляет систему определения конкретного фотодиода, 2п на который проектируется изображение источника
Однако при разрешении по дальности порядка 10 -104 элементов измеритель3 ный блок становится черезмерно сложным 25 и громоздким, что одновременно ведет к снижению эксплуатационной надежности. Кроме того, в этом дальномере зависимость выходного сигнала от расстояния до объекта является нелиней- Зб ной, что требует (при указанном разрешении по дальности) дополнительной обработки информации, еще более усложняя конструкцию и эксплуатацию.
Наиболее близким к изобретению
35 по технической сущности является устройство, содержащее передающую и приемную оптические ветви, в первую из которых входит источник излучения, а во вторую — объектив,модулирующий диск с профилированным отверстием, фотоприемник и измерительный блок.
В известном устройстве оптические оси приемной и передающей ветвей установлены перпендикулярно друг дру- 45
ry., профилированное отверстие имеет форму спирали Архимеда, а выходной сигнал (угол поворота диска) линейно связан с измеряемым расстоянием, что удобно для проведения измерений Е2 3.
Однако в силу перпендикулярности осей приемной и передающей ветвей база прибора в несколько раз больше измеряемого расстояния, т.е. для измерения расстояний до нескольких десятков метров база должна также составлять десятки метров, что приводит к слишком большим габаритам даль892 номера, вследствие чего сразу ограничивается область его применения.
Кроме того, в полевых условиях величина столь большой базы будет изменяться во времени за счет вибраций, изменения температуры и т.д.,приводя к соответствующим погрешностям измерений.
Целью изобретения является уменьшение погрешностей измерений и уменьшение габаритов за счет уменьшения базы дальномера.
Указанная цель достигается тем, что в светопроекционном дальномере, содержащем передающую ветвь = источником излучения и приемную ветвь с объективом, в фокальной плоскости которого перед фотоприемником установлен вращающийся диск с профилиро-. ванным отверстием, оптические оси передающей и приемной ветвей расположены параллельно, профиль отвер-. стия дискй образован дугой окружности, ограниченной симметричными ветвями гиперболической спирали, центр которой совмещен с центром окружности и диска, лежащим на оптической оси приемной ветви.
В результате и при параллельных осях-передающей и приемной ветвей (т,е, при малой базе прибора) зависимость выходного сигнала от расстояния до объекта оказывается линейной, что упрощает измерения и уменьшает их погрешности °
На фиг ° 1 представлена схема предлагаемого дальномера, на фиг. 2 и 3 варианты построения диска.
Дальномер (фиг. 1) содержит источник i излучения (например, ОКГ), объектив 2, оптическая ось которого параллельна оптической оси источника
1 и смещена относительно последней на некоторую величину Н (базу прибора)„ диск 3 (c гриводом, обеспечивающим вращение диска с постоянной угловой скоростью Lu), установленный в фокальной плоскости объектива
2, и измерительный узел 4, состоящий из фотоприемника, измерителя длительности импульсов и регистратора. Исследуемый объект 5 расположен на расстоянии L от объектива 2. Величину
Н выбирают, исходя из величины угла поля зрения oL объектива 2 и минимальо ного измеряемого расстояния L до
tTli n объекта, 17 т и 1 в
1093892
30 (для фиг. 3).
Для некоторого значения К радиальной координаты светового пятна величина соответствующей дуги ДЧ (соеди- 35 няющей линии AB и ВС внутри отверстия) имеет вид. V=Z --" — "-q 1 йЧ=2 9
О Я (для фиГ° 20), 46 (для фиг. 26).
Таким образом, для отверстия, изображенного на фнг. 2, ьЧ убывает с возрастанием ?, а для отверстия, изображенного на фиг. 3 — возрастает (в обоих случаях линейно). а фокусное расстояние f объектива 2 выбирают заведомо больше L in в известном устройстве
1. ак где Ь,„„— максимальное
СФ 60 расстояние до объекта,т.е. база заведомо больше, чем в предлагаемом дальномере, поскольку для обычных объективов с4 <1 рад, а Ь ;„ 1- „, Модулирующий диск (фиг. 2) имеет профилированное оч верстие АВС, причем линии AB и ВС представляют участки гиперболических спиралей, а линия АС - дугу окружности с радиусом
R . (фиг. 2ся) и R „(фиг. 36), при" чем центры спиралей и центр окружности совпадают с центром диска, лежащим на оптической аси объектива. Углы
+Ч определяют положения асимптот, углы + Ч вЂ” угловой размер соответствующих спиралей. Максимальный угловой размер отверстия равен 2(Ч -4 ), а величины К и R „, определяют
men tnal)( пределы измерения расстояния светова- 2g
ro пятна от оси объектива и связаны с Чаи 4 следующими соотношениями: тык (для фиг. 2)
Р
tnex ц
Дальномер работает следующим образом, Излучение от источника 1 попадает на объект 5 и диффузно отражается от него, при этом часть отраженного излучения фокусируется объективом 2, модулируется диском 3 и попадает на измерительный узел 4, измеряющий длительности ь импульсов, возникающих при модуляции излучения. Эти длительности линейно связаны с расстоянием до объекта.
Если световое пятно в плоскости диска 3 имеет радиальную координату
R, то объект находится от объектива 2 на расстоянии L Н1!R . При этом, ш
u)7
1 в1n "+ 2у (для фиг. 2е), 1„=(, 1- — (для фиг. 26), "о
Hf Hf
rAe 1-„н и= R . " п1ык R так min минимальные и максимальные измеряемые расстояния до объекта., При изменении Н изменяется диапазон измерений(1 „ „ Ь „„„ ) при неизменности остальйых параметров дальномера.
Положительный эффект состоит в уменьшении погрешностей и уменьшении габаритов эа счет уменьшения базы прибора и неизменности остальных его характеристик (база прибора в предлагаемом дальномере не превосходит 1 м, а в известном — десятки метров). Кроме того, уменьшение базы прибора упрощает его эксплуатацию и расширяет область era применения (в частности, дальчомер мажет использоваться для измерения расстояний с носителей, имеющих малые размеры для полезной нагрузки, например, катеров и т.д., 1
1093892
Составитель 1Î. Кулагин
Редактор О. Черниченко Техред C.Ìèãóíoâà Корректор Л. Пилипенко
Заказ 3409/32 Тираж 587 Подписное
БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул ° Проектная, 4