Оптико-электронное устройство для определения смещений объекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в строительном производстве в целях контроля точности монтажа строительных конструкций по створу или плоскости. Сущность изобретения: оптикоэлектронное устройство для определения смещений объекта содержит источник излучения 1,фотоприемник 2, блок измерений 3, блок выборки и хранения информации 4, выпрямитель 5, блок формирования строба 6, блок индикации 7, интегратор 8, два блока коммутации 9, 10, делитель частоты на два 11. 1-2-9-3-5-6-4-10-8-7, 6-11-10, 11-9,3-4. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 С 1/04. 5/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вател пере опре тель, (21) 4897390/10 (22);29. 12. 90 (46) 15.02 93. Бюл. N 6 (71) Центральный научно-исследовательский институт связи (72) Ю,Л.Файвужинский, A.М.Боград и

Л,Г.Израильсон (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 455241, кл 6 01 С 1/04, 1972.

Статья Лошкарева Н.Я. и др. Стационарная лазерная автоматизированная систем наблюдения смещений испытуемых инженерных сооружений. — Сб, Инженерная геодезия, Киев, 1976, с.41-43, вып.19.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1377581, кл. G 01 С 1/04, 1988, Предлагаемое устройство относится к области измерения и контроля стационарных изических процессов. Оно предназначено для определения энергетического центра лазерного пучка и определения смещений относительно него и может приме,няться, например, в геодезии при створных измерениях и, в частности, в строительном производстве в целях контроля точности монтажа строительных конструкций по створ у или плоскости, Устройство-аналог содержит последоно соединенные источник излучения, ающую среду, фотоприемник, блок еления разности и суммы, выпрямилок индикации.

Однако это устройство обладает низкой точностью и помехозащищенностью измерений из-за того, что на контролируемую величину отклонения луча от номинального полол ения оказывают большое внимание, ЯЛ, 1795279 Al (54) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СМЕЩЕНИЙ

ОБЪЕКТА (57) Использование: в строительном производстве в целях контроля точности монтажа строительных конструкций по створу или плоскости. Сущность изобретения: оптикозлектронное устройство для определения смещений обьекта содержит источник излучения 1,фотоприемник 2, блок измерений 3, блок выборки и хранения информации 4, выпрямитель 5, блок формирования строба

6, блок индикации 7, интегратор 8, два блока коммутации 9, 10, делитель частоты на два

11. 1-2-9-3-5-6-,4-10-8-7, 6-11-10, 11-9, 3-4.

2 ил, случайные возмущения (помехи), имеющие место вследствие изменения плотности передающей среды, механического колебания источника излучения, наличия систематической погрешности, обусловленной неидеальностью функционирования блоков (Л устройства. и т.д„что, естественно, отрица- М тельно оказывается нэ точности и помехозащищенности измерений, Аналогом является также стационарная лазерная автоматизированная система наблюдения смещений испытуемых инженерных сооружений.

° вам

Это устройство содержит излучатель, оптически соединенный с фотоприемни ком. Приемник содержит интегратор и блок индикации. Однако это устройство имеет низкую надежность и небольшие функциональные возможности:

Оптико-электронное устройство для определения смещений объекта — прототип со1795279 держит источник излучения, передающую среду, фотоприемник, блок измерения, выпрямитель блок формирования строба, блок выборки и хранения сигнала, интегратор, блок индикации, Выход блока измерения соединен со вторым входом блока выборки и хранения сигнала.

Однако,это устройство не обеспечивает точность измерения отклонения смещений объекта.

Это можно объяснить следующим образом

Блоки 3-8 осуществляют обработку аналогового сигнала и, следовательно, могут быть реализованы на основе, например, операционных усилителей, транзисторов и т,д, В сигналах на выходах таких каскадов, а следовательно, и в сигналах на выходах блоков 2-8 имеет место статическое напряжение смещения, обусловленное неидеальностью элементов, и медленно . изменяющееся вследствие старения элементов или при изменении климатических условий. Наличие такого статического напряжения смещения приводит к ошибке в оценке истинного положения объекта (фотоприемника) относительно лазерного пучка, что, в свою очередь, может в итоге привести, например, к снижению качества строительства, Цель изобретения — повышение надежности.

Цель достигается за счет того, что оптико-электронное устройство для определения смещения объекта, содержащее источник излучения, оптически сопряженный с фотоприемником, выходы которого соединены с соответствующими входами блока измерений, выход последнего соединен с первым входом блока выборки и хранения информации и со вторым его входом через последовательно соединенные выпрямитель и блок формирования строба, а выход блока выборки и хранения информации соединен со входом блока индикации через интегратор, снабжено делителем частоты, вход которого соединен с выходом блока формирования строба, фотоприемник соединен с блоком измерений, а блок выборки и хранения информации соединен с интегратором соответственно через введенные первый и второй блоки коммутации, управляющие входы которых соединены с выходом делителя частоты, На фиг,1 представлены структурная электрическая схема оптико-электронного

" устройства для определения смещений объекта; на фиг.2 — структурная электрическая схема блока коммутации.

Оптико-электронное устройство для определения смещения объекта содержит . источник 1 излучения, оптически сопряженный с фотоприемником 2, выходы которого соединены с соответствующими входами блока 3 измерений, выход последнего соединен с первым входом блока 4 выборки и хранения информации и со вторым его входом через последовательно соединенные

10 выпрямитель 5 и блок 6 формирования строба, а выход блока 4 выборки и хранения информации соединен с входом 7 индика- . ции через интегратор 8, В устройство введены первый и второй. блоки 9 и 10 коммутации, делитель 11 частоты, вход которого соединен с выходом блока 6 формирования строба, фотоприемник 2 соединен с блоком измерений 3, а блок 4-выборки и хранения информации соединен с интегра20 тором. 8 соответственно через введенные первый и второй блоки 9 и 10 коммутации, управляющие входы которых соединены с выходом делителя 11 частоты, Устройство работает следующим обра25 зом, Луч от скайирующего источника 1 излучения, в качестве которого можно использовать лазер, через передающую среду 8, например. воздух, поступает на фотоприемник 2. Фото30 приемник 2 служит для преобразования энергии излучения в электрический ток, Если плотность излучения, попадающего на фотоприемник 2 является симметричной функцией, то. величины токов из двух

35 источников тока фотоприемника 2 равны и их разность равна нулю, Это положение луча будем называть номинальным; При отклонении луча от номинального, положения разность токов становится ненулевой, при40 чем величина и знак этой разности определяет степень отклонения луча от. центра фотоприемника. Указанная разность определяется в блоке 3 измерения.

Сигнал с выхода блока 3 измерения, определяющий величину и направление отклонения луча, поступает на блок 4 выборки и хранения, а также на выпрямитель 5, посредством которого в совокупности с бло-ком 6 формирования строба, определяется

50 момент фиксации (отсчета) величины отклонения луча. В блоке 4 осуществляется стробирование аналогового сигнала с выхода блока 3 измерения, запоминание и хранение полученных напряжений "выборок", Момент стробирования сигнала на выходе блока 3 измерения соответствует моменту формирования сигнала на выходе блока 4, При сканировании лучом этот сигнал имеет вид разнополярного импульса, амплитуда и полярность которого определяет величину и

1795279 направление отклонения луча. С целью формирования импульса стробирования, сигнал с выхода блока 3 измерения выпрямляется в блоке 5 и через блок 6 формирования строба поступает на блок 4 выборки и хранения сигнала.

Зафиксированный в блоке 4 сигнал, отображающий разность токов, вследствие различных помех, например, механического .дрожания источника 1 излучения, неоднородности передающей среды, фоновой засветки и т.д. имеет дисперсию относительно маТематического ожидания. С целью уменьшения влияния паразитных отклонений величины смещения луча на точность контроля, сигнал с выхода блока 4 выборки и хранения сигнала усредняется в интеграторе 8.

Таким образом совокупность блоков 5 и

6 о есйечивает за счет стробирования регистрацию информации о значении смещения фотоприемника 2 относительно задающего наг1равления пучка излучения лишь в моменты приема импульсов излучения фотоприемником 2 (и тем самым устранить сосТавляющую ошибки измерений, вызываему}о помехами в моменты времени, когда пол зной информации о смещении на фотопри мник 2 не поступает), а совокупность блоков 4 и 8 позволяет интегрировать запо-. минаемые в блоке 4 значения информационн х импульсов о значении смещения (и тем самым повышать точность за счет уменьшения случайной составляющей. ошибки измерений). индикация величины отклонения луча осуществляется в блоке 7 индикации, можно индицировать не только величину отклОнения луча от номинального положения, например, стрелочным прибором с нулем в серецине шкалы, но и организовать оптическую сигнализацию знака отклонения.

Из рассмотрения принципа функционирования предлагаемого устройства следует, что вследствие обработки блоками. 3 и 4, в сигналах на выходах блоков 3 и 4 может появИться статическая систематическая ошибка, изменяющаяся в зависимости от старения элементов, воздействия климатических условий и т.д. и приводящая к снижению точности. оценки смещения.

Для компенсации этой статической ошибки в цепь сигналов, поступающих с . выходов фотоприемника 2 на блок 3 измерения включается первый блок 9 коммутации,,периодически осуществляющий инверсию сигнала. Для того, чтобы вводимая инверсия сигнала не приводила к неправильной оценке смещения, необходимо также проводить инверсию сигнала на входе интегратора 8. Эта операция осуществляется посредством второго блока 10 коммутации.

5 Покажем, что введение блоков 9 и 10 обеспечивают компейсацию статической ошибки.

Введем следующие обозначения: Fo(mT)

10 и F (тТ) — значения сигнала на выходах фотоприемника 2 и первого блока 9 коммутации при "m" сканировании. За счет введения первого блока 9 коммутации сигнал на входе блока 3 измерения Fj(mT) равен

15.

Р1(ШТ) = (-1)(/") .РО(ЮТ), (1) где и — коэффициент деления делителя 11 частоты на два;

20 (m/nJ — обозначение целой части числа

m/ï.

Нетрудно показать; что за счет введения второго блока 10 коммутации значение сигнала Рз(тТ) на входе интегратора 8 рав25 но:

Fa(mT) = Е2(тТ) (-1) ") = . =Fg(mT) a(mT) (1)(- (-1) " Го(п1Т) a(mT) (-1)

F0(mT) a(mТ) (2) 45 Рз(гпТ) =(Fg(mT) (1)("1 ")+Д (1)(т/и) F>(t) + Д, (1)(т/и(= Рв(тТ) a(mТ) (3) Учитывая, что < (-1)- - > = О, то выра4в/n)

50 жение (3) переходит в (2), что эквивалентно компенсации статической ошибки (здесь <;..> — обозначение операции вычисления математического ожидайия).

Сигнал с выхода блока 4 выборки и хранения поступает на коммутатор 12 непосредственно и на коммутатор 13 через инвертирующий усилитель 14. . Сигнал управления от делителя 11 частоты поступает непосредственно на ком30. где и — коэффициент деления делителя частоты 11, т.е. величина Рз(тТ) соответствует требуемому (функция a(mT) — определяется вид

35 стробирован ного сигнала).

Покажем, что посредством указанных преобразований компенсируется статистическая ошибка.

Допустим, что в сигналах на выходе со40 вокупности блоков 3 и 4 имеет место статистическая ошибка Д, Тогда сигнал Fz(mT) имеет вид: Р2(пзТ)(-1)(") + Д, выражение (2) преобразуется в

1795279: мутатор 12 и через элемент 15 НЕ на коммутатор 13. Таким образом в зависимости от вида управляющего сигнала на выходе блока 10 сигнал либо инвертируется, либо нет.

9ЪИ,в) ог 4мжа фиг. Я

Составитель В.Шишкин

Техред М. Моргейтал Корректор Т.Палий

Редактор С.Кулакова

Заказ 422 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Формула изобретения

Оптико-электронное устройство для определения смещений объекта, содержащее источник излучения, оптически сопряженный с фотоприемником, выходы которого соединены с соответствующими входами блока измерений, выход последнего соединен с первым входом блока выборки и хранения информации и с вторым его входом через последовательно соединенные выпрямитель и блок формирования строба, а выход блока выборки и хранения информации соединен с входом блока индикации через интегратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, оно

10 снабжено делителем частоты на два, вход которого соединен с выходом блока формирования строба, фотоприемник соединен с блоком измерений, а блок выборки и хранения информации соединен.с интегратором

15 соответственно, через введенные первый и второй блоки коммутации, управляющие входы которых соединены с выходом делителя частоты на два.