Устройство для одновременного измерения размеров и расстояний

Устройство для одновременного измерения размеров и расстояний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союв Советских

Социвдистическик

Рвсоубдик

">434797 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.07.71 (21) 1683087/26-25 (51) М Кл а

G 01 В 9/00

G 03 С 9/08 с присоединением заявки

¹ 1848317/26-25

Государственный комитет

СССР ло делам иэобретеннй и открытии (23) Приоритет 22.11.72 по и. 2 (53) УДК 53).719.2:

:772.99 (088.8) Опубликовано 28.02.82. Бюллетень ¹ 8

Дата опубликования описания 28.02.82 (72) Авторы изобретения Д, И. Мировицкий, Г. А, Самсонов и В. И. Шанин (71) Заявитель Московский институт радиотехники, электроники и автоматики (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО

ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И РАССТОЯНИЙ

1 т

Изобретение относится к области формирования и обработки сигналов на основе стимулированного излучения и может оыть использовано для различных устройств контроля и измерения габаритных размеров и расстояний до движущихся или стационарно расположенных объемных объектов.

Известные устройства для бесконтактного (дистанционного) определения расстояний до движущихся или стационарно расположенных объемных объектов, содержащие источник когерентного излучения, модулятор и оптическую систему пространственной ориентации излучения, основаны на измерении времени запаздывания сигнальных импульсов относительно зондирующих, а также фазового или частотного сдвига между модулированными сигналами излучения и принимаемыми сигналами. Измерение габаритных размеров этими устройствами основано на точном пространственном сканировании излучателя.

Однако одновременное измерение габаритных размеров и расстояний приводит к усложнению систем, что затрудняет их практическое применение. Кроме того, этп устройства имеют ограничения как по то:tности измерения, так и по работоспособности в области малых размеров объектов (1 — 2 м) и расстояний до них (15 — 10 м).

Прп импульсном зондировании это обусловлено конечной длительностью импульса излучения, например при зондирующем импульсе 0,1 мкс минимальная разрешимая

5 дальность 20 м. В случае частотно-, фазовоили амплитудно-модулированного излучения, и функциональным узлам системы предъявляются высокие требования, что ограничивает точностные характеристики уст>о ройства, например в фазовом дальномере с

F.„, = 1 Мгц и угловым разрешением

20Мрад минимально измеряемый габаритный размер 2 м. Хотя есть точныс дальномеры, такие как КДГ-З, АСЛ вЂ” 8, измеls ряющис расстояние в 700 — 1500 м с абсолютной погрешностью порядка 3 — 30 см, для получения таких результатов онп используют оптические отражатели (телескопического или триплексного типа). Это c) 20 щественно снижает возможность пх применения, особенно B различных автоматических комплексах.

Предлагаемое устройство обеспечивает

1з высокую точность и надежность работы и одновременность измерения габаритных размеров объскта и расстояния до него.

Оно позволяет расширить диапазон измеряемых величин в области малых значений, зо проводить измерения автоматически при

434797

З0

3 любой освещенности и без каких-либо выносных и вспомогательных ориентиров.

Это достигается тем, что в устройство введена специальная схема, формирующая трехлучевую диаграмму излучения, а также узлы, использующие особенности и препм. .цества когерентной оптики и голографии.

На фиг. 1 показана обобщенная функциональная схема устройства для одновременного измерения размеров объемных объектов и расстояний до них; на фиг. 2— блок-схема предлагасмого устройства.

Луч лазерного излучателя 1, амплитудная модуляция которого обеспечивает надежное выделение сигнала на фоне засветки с длиной волны, близкой к излучаемой, в блоке 2 формирования и обработки сигналов расщепляется на три луча.

Первый коллимированный луч 3 (опорный) направляется параллельно или вдоль осН визирования в плоскости $. Второй коллимированный луч 4 (масштабный) идет также параллельно оси визирования в плоскости S. Расстояние l между лучами 3 и 4 является для предлагаемого устройства пространственным эталоном длины (внутренним масштабом), переносимым без искажений на любое расстояние D. Третий коллимированный луч 5 (отсчетный) также расположен в плоскости S и выходит из той же точки, что и луч 4, но под некоторым точно известным углом я.

На поверхности измеряемого объемного объекта 6 эти лучи образуют три яркостные отметки а, Ь, с, лежащие в одной плоскости S. Их регистрирует оптико-электронный приемно-преобразующий канал блока 2 формирования и обработки сигналов (фиг. 1).

Габаритный размер L (см) объекта измеряют путем вычисления по формуле

1.=l 1+ где Н„, см и Н,, см — измеренное расстояние между отметками луча 4 и луча 5 справа и слева от линии визирования (второе положение лучей показано на фиг. 1 пунктиром). Расстояние D (см) определяют путем измерения Il, с последующим вычислением по формуле

D = 1 (H;/E ctg я).

Лазерный луч, излученный ОКГ и промодулированный по амплитуде модулятором 7, поступает на согласующую линзу 8, сбеспечивающую полную передачу энергии излучением в световоды 9, лежащие в одной плоскости. Выходные торцы световодов соединены с коллимирующими объективамч

10, расстояние между оптическими осями которых равно масштабной величине l. Коллимированное излучение с выхода объективов поступает на многопозиционный голографический обтюратор 11, снабженный датчиком 12 номера углового расхождения.

Обтюратор может быть выполнен, например, в виде диска с отверстиями, расположенными по одной окружности (диаметром l), причем все они образуют диаметральные пары, число которых четно.

Все пары отверстий объединены в группы по два. В каждой паре такой группы в одно из отверстий вставлена управляющая голограмма, обсспечивающая формирование лучей 4 и 5, причем в группе-эти голограммы одинаковы, по находятся с противоположных сторон. Такое размещение управляющих голограмм обеспечиваст получение Н„и Н, в двух последовательных измерениях, что упрощает программу вычисления L.

Яркостпые отметки на объемном объекте воспринимаются приемным объективом

13 и через полосовой светофильтр 14, отсеивающий возможные посторонние засветки от излучения других длин волн, передаются на оптико-элсктронный преобразователь 15, например, типа видикон, который снабжен строчным развертывающим узлом 16.

Трехимпульсный выходной сигнал, получаемый с оптико-электронного преобразователя в каждый цикл развертки, поступает на формирователь 17 сигнала, а затем на цифровой регистратор 18 масштаба, который заполняется от генератора 19 с управляемой частотой следования импульсов.

Цифровой регистратор масштаба изменяег частоту следования импульсов генератора

19 до тех пор, пока интервал между импульсами, соответствующими отметкам ог опорного и масштабного лучей, не заполнится установленным числом импульсов.

Только после выполнения этой операции открывается клапанный узел 20 и проводится регистрация Н, цифровым регистратором 21 габаритов с последующей передачей результата на суммиру.ющий индикатор 22 габарита. Кроме того, одновременно результат изменения Н< вместе с сигналом от датчика 12 номера углового расхождения поступаст в вычислитель 23 дальности, представляющий собой множительное устройство. Результат вычисления

D передается на индикатор 24 расстояния.

Синхронизация всех операций в блоке формирования и обработки сигналов осуществляется узлом 25 тактовых управляюц,их сигналов.

Измерение размеров и расстояний при произвольном положении плоскости Ь, например, в положении плоскости Р (см. фиг. 1) осуществляется путем поворота узлов 1, 7, 8, 9, 10, 12 и 16 на соответствующий угол. В этом случае алгоритм работы устройства сохраняется без каких-либо изменений.

Формула изобретения

1. Устройство для одновременного измсрения размеров и расстояний, содержащее источник когерентного излучения, модуля434797

5 тор, оптическую систему пространственной ориентации излучения и регистрирующий блок, отличающееся тем, что, с целью увеличения точности измерений и надежности устройства, оптическая система пространственной ориентации излучения выполнена в виде блока формирования по крайней мере трех лучей (или трехлучевой диб аграммы излучения).

2. Устройство по п. 1, о тл и ч а ющеес я тем, что блок формирования по крайней мере трех лучей (трехлучевой диаграммы излучения) состоит из согласующей линзы, световодов, коллиматоров и голографического обтюратора, соединенных последовательно.

434797

Фиг 2

1 . °

Редактор H. Багирова

Текред А. Камышникова

Коррсктор Л. Исаева

Заказ 1287

Подписное

11зд. Лв 112 Тираж G14

ВНИИПИ Государственного ко гитста СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я(-35, Раушская наб„д. 4/5

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома