Кодовый лимб теодолита и устройство для декодирования отсчетов по лимбу

Кодовый лимб теодолита и устройство для декодирования отсчетов по лимбу

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Ресйубпин

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТРРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (n)892210 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 2804.80 (21) 2916380/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет 28. 09. 79 (по п. 2)

Опубликовано 231281. бюллетень № 47

Дата опубликования описания 23.1281 (5! )М. Кл.

G 01 С 1/06

Государствеииый комитет

СССР

llo делам изобретеиий и открытий (53) УДК 528.521 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.Г.Шульц, В.П.Светлов и И.И.

Всесоюзный ордена Трудового Красного исследовательский институт горной гео и маркшейдерского дела (71) Заявитель

{54) КОДОВЫЙ ЛИМБ ТЕОДОЛИТА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕКОДИРОВАНИЯ

ОТСЧЕТОВ ПО ЛИМБУ

Изобретение относится к угломерным геодезическим измерениям, а именно к актоматизироваиным системам измерения вертикальных и горизонталь5 ных углов на местности. с помощью теодолитов с кодовыми лимбами.

Известны системы кодовых теодолитов, различающихся используемым кодом, аппаратурой считывания и регистрации отсчетов, их декодирования.

Среди кодовых лимбов, применяемых в теодолитах, можно выделить лимбы для так называемого импульсного отсчета, осуществляемого в двЫ этапа: грубое и точное отсчитывания (13, Известен кодовый лимб теодолита, представляющий собой прозрачный диск с концентрическими штриховыми дорожками, на одной из которых, дорожке точного отсчета, штрихи нанесены равномерно по всей окружности. Для определения номера штриха имеются дорожки точного отсчета, а значит для грубого отсчета предусматриваются дополнительные дорожки, штрихи которых нониусно смещены относительно штрихов дорожки точного отсчета f2) и )3).

Для повышения точности отсчитывания нужно увеличивать число штрихов дорожки точного отсчета и увеличивать число вспомогательных дорожек грубого отсчета. 9то сопряжено со значительными технологическими трудностями при изготовлении лимба и монтаже всей системы теодолита, с одной стороны, и сложностью разработки устройства декодирования отсчетов, обеспечивающего устранение ошибки неоднозначности грубого отсчета.

Известно устройство для декодирования отсчетов, предназначенное для кодового лимба теодолита и приспособленное для лимба с одной дорожкой грубого отсчета j4) .

Однако известное устройство не яожет быть реализовано для усовер,шенствованных кодовых лимбов без его заметного усложнения.

Цель изобретения — устранение ошибки неоднозначности грубого отсчета беэ повышения требований к точности изготовления и сборки кодового лимба . Для достижения поставленной цели на кодовом диске предусмотрены толькО две кодовые дорожки грубого отсчета, штрихи одной иэ которых смещены относительно штрихов дорожки точного отсчета, условно разделенной

892210 на несколько диапазонов с равным числом штрихов в каждом, нониусно в пределах каждого диапазона, а штрихи другой дорожки грубого отсчета смещены относительно штрихов одной из двух других дорожек на угол,постоянный в пределах каждого диапазона, но изменяющийся по нониусному закону от диапазона к диапазону.

Для обеспечения надежного устранения ошибки неоднозначности грубого отсчета в устройство для декодирования, содержащее сканирующий блок со считывающей диафрагмой и датчиком отсчета, а также логическую схему с дискриминаторами последовательности сигналов и счетчиками грубого и точного отсчета, введены блок поправки, выполненный иэ трех элементов И,триггера и контрольного счетчика, и масштабные делители тактов, выходы которых соединены со входами соответствующих счетчиков, а входы через ключи соединены с входом датчика тактовых импульсов и первым входом элемента И блока поправки по первым входам ключей и с первыми выходами дискриминаторов последовательности сигналов по вторьгл входам ключей, причем один из входов дискриминатора диапазонного сигналов соединен с датчиком поддиапазонного отсчета, а второй его вход соединен с датчиком диапазонного отсчета и с первым входом элемента И, второй триггер связан с одним из входов элемента И, второй вход которой через контрольный счетчик и второй вход элемента И 2 соединен со вторьм выходом дискриминатора точного и поддиапазонного сигналов, а выход элемента И связан через схему разрешения входа поправки со счетчиком диапазонного отсчета, шина сброса которого связана с шиной сброса масштабного делителя диапазонного отсчета и со вторым выходом дискриминатора диапазонного и поддиапаэонного отсчетов.

Кроме того, считывающая диафрагма в декодирующем устройстве выполнена в виде трех щелей, две из которых расположены на одной прямой, а третья смещена относительно них на расстояние, равное половине дискретности грубого отсчета. на. фиг. 1 представлен кодовый лимб; на фиг. 2 — функциональная схема декодирующего устройства; на фиг. 3 ". варианты поступления на фотодатчики информационных сигналов при сканировании; на фиг. 4 — сканирующая диафрагма; на фиг. 5 — пример взятия отсчета.

Кодовый лимб .представляет собой прозрачный круг 1 с тремя концентрически нанесенными штриховыми дорожками точного отсчета 2, поддиапаэонного отсчета 3 и диапазонного отсчета 4. Штрихи точной дорожки 2 нанесе-.

60 б5 ны по всему лимбу равномерно через равные угловые промежутки. Лимб условно разбит на N диапазонов, каждый иэ которых содержит равное число штрихов точной дорожки. Каждый диапазон в свою очередь разбит на К равных поддиапазонов, Угловая величина одного поддиапаэона равна величине окча сканирования и составляет

N ° К

Штрихи второй дорожки 3 смещены относительно соответствующих штрихов первой дорожки в направлении нарастания порядкового номера штрихов первой дорожки (на фиг. 2 по часовой стрелке) по закону нониуса в каждом из диапазонов. Интервал между соответствующи ли штрихами первой и второй дорожек определяет порядковый номер штрихов первой дорожки в пределах одного любого диапазона. Штрихи третьей кодовой дорожки 4 смещены относительно соответствующих штрихов второй дорожки 3 в обратном направлении таким образом, что в пределах каждого диапазона интервал не сохраняется постоянным, а изменяется по закону нониуса с изменением номера диапазона.

При наведении теодолита на точку визирования в окне сканирования появляются штрихи по одному на каждой дорожке (эа исключением некоторых случаев, рассмотренных ниже), несущие информацию об измеряемой величине угла.

Обработка информации осуществляется в устройстве декодирования отсчетов, содержащем сканирующий блок, включающий в себя фотодатчики тактов

5, точного отсчета 6, поддиапазонного отсчета 7, диапаэонного отсчета

8, и логический блок, состоящий из дискриминатора 9 последовательности точного и подциапаэонного отсчетов, дискриминатора 10 последовательности поддиапазонного и диапаэонного.отсчетов, счетчиков 11, 12 и 13,блока 14 поправок дешифратора 15.

Канал точного отсчета содержит также триггер 16, фиксирующий приход точного информационного штриха, и ключ 17.

Дискриминатор 9 последовательности точного и поддиапаэоннсго сигналов состоит из триггера 18 и схемы совпадения 19. Дискриминатор 10 последовательности диапаэонного и поддиапазонного сигналов состоит из триггера 20

H схемы 21 совпадения. Канал поддиапазонного отсчета помимо счетчика 12 содержит ключ 22 и масштабный делитель 23. Канал диапазонного отсчета состоит иэ ключа 24, масштабного делителя 25, счетчика 13 и схемы 26 разрешения введения поправки. Блок

14 поправки включает триггер 27,контрольный счетчик 28 и элементы Ц 29, 892210

Б=Д+П+Т, 40 где Д вЂ” диапазонный отсчет;

П вЂ” поддиапазонный отсчет;

Т вЂ” точный отсчет.

Точный отсчет (доли града) определяется количеством тактовых интерва- 45 лов, укладывающихся на дорожке 2 от информационного импульса по линии считывания (отрезок A на фиг. За, б).

В декодирующем устройстве этот

Отрезок соответствует количеству им- 50 пульсов, поступающих с датчиКа 5 тактов на счетчик 11 точного отсчета. Ключ 17 Открывается триггером

16 по приходе сигнала на датчик б точного отсчета.

Точный отсчет равен

cia ° n, цена деления такТ

400 00 00 где 6. =--R «K-L товой шкалы, . - др ссград, количество тактов укладывающихся в сканируемом окне; кОличествО такто» (5

30 и 31. При сканировании изображения участка лимба фотометрическим спосо-. бом фиксируется момент совпадения сканирующей диафрагмы с информационным штрихом. Одновременно с изображением участка лимба сканируется тактовая дорожка t, представляющая собой линейку с чередующимися прозрачными и непрозрачными интервалами. По относительному расположению штрихов и расстоянию между ними определяется

Отсчет. Сканируемый участок может быть представлен либо в виде кадра фотопленки в том случае, когда производится фоторегистрация показаний кодового теодолита с дальнейшей обработкой на автономном декодирующем устройстве, либо как изображение участка лимба в плоскости, удобной для сканирования. В последнем случае декодирующее устройство может быть размещено в корпусе теодолита, от- 25 счет может быть воспроизведен на цифровом табло непосредственно в процессе измерений.

На фиг. 3 изображены возможные ваРианты поступления информационных и тактовых сигналов на фотодатчики в процессе сканирования изображения участка лимба или кадра.

При сканировании сигналы с дорожек 2, 3, 4 и с поступают в декодиру- 30 ющее устройство соответственно на датчики 5-8, обрабатываются в логическом блоке и через дешифратор 15 поступают на цифровое табло (не показано), на котором высвечивается от-35 счет в градах, сантиградах и сантисантиградах.

Полный отсчет равен вых импульсов в указанном отрезке.

Грубый отсчет берется как сумма диапазонного и поддиапазонного отсчетов.

Для получения диапазонного и поддиапаэонного отсчетов используются тактовые импульсы, поступающие с датчика 5 тактовых импульсов и пересчитанные с помощью масштабных делителей 23 и 25, стоящих перед счетчиками

12 и 13. Коэффициенты деления масштабных делителей Х и Х увеличивают дискретность тактового отсчета для диапазонной и поддиапазонной дорожек.

Величины К, N, L, Х, Х выбираются иэ условия, чтобы дискретность тактов для диапазонного и поддиапа-. зонного отсчетов была больше погрешности взаимного расположения информационных сигналов на этих дорожках.

Погрешность носит случайный характер и зависит от точности изготовления, сборки и юстировки прибора.

В макете предлагаемого устройства выбраны К = М = 20, величина скани400 8 руемого окна †- -- = 1, количество

К ° и тактов тактовой шкалы L = 1000,масштабные коэффициенты Х1 = Х2 = (. 1000 — 50. Таким обК И 20 разом, дискретность тактового отсчета для диапазонной и подцнапазонной дорожек одинакова и составляет пятьдесят тактов точного отсчета.

Сканирующая щель должна быть выполнена так, чтобы обеспечить при считывании электрических сигналов с дорожек 2 и 3 сдвиг на 1/2 дискретности поддиапазонного отсчета, а при считывании сигналов с дорожек

3 и 4. (или с 2 и 4, если на лимбе осуществлен сдвиг между штрихами дорожки 2 и 4) на 1/2 дискретности диапазонного отсчета.

Для одинаковой дискретности отсчета для диапаэонного и поддиапазонного отсчетов и на лимбе штрихи дорожки 4 смещены относительно штрихов второй дорожки, а сканирующая диафрагма выполнена в виде трех щелей (фиг. 5), каждая из которых соответствует определенной кодовой дорожке: 32 — дорожке 2 точного отсчета,- 33 " дорожке 3 поддиапазонного отсчета, 34 — дорожке 4 диапа зонного отсчета. Шель 32 смещена относительно щелей 32 и 34 на величину, равную 1/2 дискретности грубого отсчета, в сторону, обратную направлению нарастания порядкового номера штрихов точной дорожки.

Диапаэонный отсчет, соответствующий номеру диапазонов, в котором находится окно сканирования,определяется взаимным положением штрихов по дорожкам П и Ш и количеством целых тактов диапазонного отсчета, уклады892210!

13. По приходе на датчик 8 сигнала с диапаэонной дорожки через ключ 24 на 15 счетчик 13 и масштабный делитель 25 поступает импульс сброса, триггер

20 положения не меняет, таким образом счет снова начинается с нуля до момента прихода на датчик 7 сигнала Щ с дорожки поддиапазонного отсчета.

При этом триггер 20 закрывает ключ

24 и счет, прекращается.

Если первым приходит импульс с датчика .7, то триггер 20 закрывает 25 ключ 24, счет прекращается до прихода импульса с датчика 8, счет возобновляется и продолжается до окончания сканирования (до края линии сканирования или конца кадра) °

Диапаэонный отсчет равен

dA х

400 где cL = ----- — цена деления тактоМ ной шкалы диапа- 35 . зонного отсчета; а — количество тактов

1 тактовой шкалы точного отсчета,укладывающейся н ука- 40 занных участках;

Х вЂ” масштабный коэффи1 циент диапазонного отсчета. (В расчет принимается целая часть от деления 45

m1/Õ1 )

Поддиапазонный отсчет, соответствующий номеру поддиапазона в диапазоне, определяется количеством тактов поддиапазонного отсчета, укладываю- :50 щихся на участках А и В (фиг. За) или на участке A (фиг. Зб) в зависимости от относительного положения штрихов.

Если на блок сканирования первым пришел сигнал с датчика поддиапаэонного 55 отсчета 7, а затем с датчика точного отсчета 6, то отсчет берется по участкам A и В. В случае обратной последовательности сигналов отсчет берется по участку G.

Для определения последовательности сигналов служит дискриминатор 9, состоящий из триггера 18 и схемы совпаили

3, 400 а + 400 аа + 400 и к х„и ° к Х1 й- к е

На фиг. 5 представлен конкретный пример отсчета, количество тактов точной шкалы, укладывающееся в указанных участках и, maim< равны соответственно 625, 75, 125. При

1000, К = N = 20, Х,q = Xg 50 ширине отсчетного окна 1 по формуле получаем

400 75 400 125

Б + +

20 50 20 20 50

20 " 20 1000

+ 62 25 = 22 62 ° 25

625 = 20 + 2 + вающихся в участках В и С (фиг.За) или Е (фиг. Зб). Отсчет с участков

В и С снимается в случае прихода на блок сканиронания первым сигнала с дорожки поддиапазонного отсчета,вторым сигнала с дорожки диапазонного отсчета. Отсчет Е берется в случае обратной последовательности штрихов и производится следующим образом.

В декодирующем устройстве триггер 20 первоначально установлен в такое положение, что ключ 24 открыт для тактоных импульсов, которые через масштабный делитель 25 поступают на счетчик диапазонного отсчета дения 19. В исходном положении триггер

18 открывает ключ 22, пропуская на

:четчик 12 поддиапазонного отсчета тактовые сигналы (через масштабный делитель 23). С приходом сигнала с датчика 7 триггер 18 закрывает ключ

22 и счет прекращается до прихода сигнала с датчика б, возвращающего триггер в первоначальное положение, ключ 17 снова открывается и счет продолжается до конца сканирования.

При обратной последовательности прихода сигналов триггер 18 остается в исходном положении с приходом импульса с датчика б одновременно через открытый ключ 19 на канал поддиапаэонного отсчета поступает сигнал сброс, счет начинается с нуля и продолжается до прихода импульса с датчика 7, закрывающего ключ 22 и прекращающего счет..

Поддиапаэонный отсчет равен

П

mg

«40О где 1п= ----- — цена деления тактов

N ° К поддиапаэонного отсчета;

m — количество тактов точ2 ного отсчета, укладывающихся на указанных участках;

Х вЂ” масштабный коэффи". циент для поддиапазонного отсчета. (В расчет принимается целая часть от деления m /Õ ).

Полный отсчет составляет

Б =cL + -- +P п

m mа дх„" х, (Дробные части слагаемых, составляющих грубый отсчет, отбрасываются), При переходе из диапазона в диапа- зон, когда н окне сканирования появляются два сигнала по дорожке поддиапаэонного отсчета (фиг. Зв), требуется поправка + 1 н диапазонный отсчет.

Сигнал поддиапаэонной дорожки опережает сигнал от точной дорожки на ве« личину, составляющую половину такта поддиапаэонного отсчета (участок F на фиг. Зв). Если погрешность за

892210

10 счет неточности нанесения штрихов и инструментальная погрешность прибора в сумме не превысят этой величины, то ошибки от неоднозначности отсчета не будет. В макете предлагаемого устройства погрешность от указанных причин составила 30, что составляет три такта точного отсчета. Дискретность же тактов поддиапазонного отсчета равна пятидесяти тактам точного отсчета. Следовательно такая погрешность ошибку не вносит. То же касается и диапазонного отсчета.

Величина участка F (фиг. Зв) определяется количеством тактов точного отсчета, укЛадывающихся в данном про= межутке. Ключ 30 блока 14 поправок в исходном положении закрыт. С приходом сигнала по дорожке поддиапазонного отсчета элемент 30 открывается триггером 18 и пропускает тактовые импульсы на контрольный счетчик 28.

С приходом сигнала по дорожке точного отсчета триггер 18 закрывает элемент 30 и счет прекращается.

Если величина отсчета на контрольном счетчике 28 равна количеству тактов, составляющему половину дискрета поддиапазонного отсчета, то на схему 2б разрешения ввода поправки через элемент 31 поступает сигнал разрешения, и по окончании сканирования (линия 35 считывания на фиг. 3) поправка поступает в блок диапазонного отсчета.

Поправка требуется во всех случаях перехода из диапазбна в диапазон, если при сканировании есть два сигнала по дорожке поддиапазонного отсчета, кроме случая перехода из последнего диапазона в нулевой (фиг.Зг).

Изображение данного кадра отличает ся от предыдущего совпадениями момента прихода сигналов по диапазонной и точной дорожкам во время сканирования. Совпадение сигналов фиксируется на триггере 27, куда поступает сигнал с элемента 29. Триггер 27 закрывает схему 26 и поправка не вносится.

При испытаниях макета и опытного об азца теодолита с кодовым диском и декодирующим устройством подтвер— о р ждено устранение ошибки неоднозначности в окончательном отсчете. Создание такого теодолита не связано cî значительными экономическими затратами и обеспечит получение значительного экономического эффекта.

Формула изобретения

1. Кодовый лимб теодолита, представляющий собой прозрачный диск с концентрическими штриховыми дорожками, на одной из которых, дорожке точного счета, штрихи нанесены равномерно по всей окружности, а на других дорожка ах грубого отсчета нанесены нониусоно смещенные штрихи для индикации пР ядковпго номера штриха дорожки точного отсчета, отличающийся тем, что, с целью устранения ошибки неоднозначности грубого отсчета без повышения требований,к точности изготовления и сборки, предусмотрены толь5 ко две кодовые дорожки грубого отсчета, штрихи одной из которых смещены относительно штрихов дорожки точного отсчета, условно разделенной на несколько диапазонов с равным числом штрихов в каждом, нониусно в пределах каждого диапазона, а штрихи другой дорожки грубого отсчета .смещены относительно штрихов одной из двух ,других дорожек на угол, постоянный

15 в пределах каждого диапазона, но изменяющийся по нониусному закону от диапазона к диапазону.

2. Устройство для декодирования отсчетов по- кодовому лимбу по п.1, содержащее сканирующий блок со считывающей диафрагмой и датчиками отсчета по штриховым и тактовой дорожкам, а также логическому схему с дискриминаторами последовательности сигналов

25 и счетчиками грубого и точного отсчетов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью надежного устранения ошибки неоднозначности грубого отсчета, в логическую схему введены

30 блок поправки на трех элементах И, триггере и контрольном счетчике и масштабные делители тактов, выходы которых соединены со входами счетчиков одного точного и двух грубых, диапазонного и поддиапазонного отсче35 тов а входы — через ключи с выход ом

I датчика импульсов с тактовой дорожк и и первым входом одного из элементов м и

И блока поправки по первым входам, первыми выходами дискриминаторов по вторым входам ключей, причем вхс е оды дискриминаторов последовательностей сигналов грубого отсчета соединены соответственно с датчиками диапазонного и поддиапазонного отсчета, а

45 также с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к датчику точного отсчета, а выходчерез триггер к одному из входов третьего элемента И, другой в д ой вхо кото5Q рой соединен через контРольный счет чик и второй вход второго. элемента И со вторым выходом дискриминатора поледовательности сигнала точного и с о поддиапазонного отсчетов, а вых д—

55 с о счетчиком диапазонного отсчета чеез схему разрешения входа поправк и при этом шина сброса счетчика диапазонного отсчета сблакирована с шиной сб оса масштабного делителя диапазонного отсчета и со вторым выходом диск ® риминатора последовательностей сигналов грубого отсчета.

3. Устройство по и. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что считывающая диафрагма образована тремя одина11

12

892210 новыми прямоугольными щелями, две из которых служат продолжением одна другой, а третья смещена относительно первых на расстояние, равное половине дискретности отсчета по одной из двух дорожек грубого отсчета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Гауф М. Электронные теодолиты и тахеометры. М., "Недра", 1978, с. 83-95.

2. Авторское свидетельство СССР

9 475502, кл. G 01 С 1/04, 1967

2. Авторское свидетельство СССР

Р 501273, кл. G 01 С 1/04, 1967.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 387209, кл. G 01 С 1/06, 1970.

892210

1 ВНИИПИ Заказ 11206/60

Тираж 645 Подписное

@tee..5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.ÏðîåêTíäÿ,4