Оптико-электронное углоизмерительное устройство

.(504 С 0 ГОСУДАРСТВЕННЬЗЙ НОПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИ ЕТ СССР ОТНРЫТИ ВС."1 Д ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТ(088.8) ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УГЛОИЗМЕРИОЕ УСТРОЙСТВОИзобретение относится,к измерой технике. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия за счет исключения погрешностей от флуктуаций и исключения механических частей. Устройство, содержащее два излучателя 3 и 4, запитываемых противофазно от блока 17, и опорный 6 и основной 11 фотоприемники,позволяет исключить влияние погрешностей путем сопоставления сигналов сдвух идентичных приемников 6 и 11.2 ил1.30553 с возможностью регулировки тока, про ходящего через излучатели (светодиоды).Излучатели 3 и 4 оптически связаны через разделительную призму 2, объектив 1, объектив 9, диафрагму 10 с ос новным Фотоприемником 11, который электрически соединен с основным усилителем 12. Одновременно излучатели 3 и 4 через разделительную призму 2, светоделительный элемент 5 оптически связан с фотоприемником 6, который .электрически соединен с усилителем 7,Устройство (Фиг.2) содержит также переотражающую поверхность 18, предИзобретение относится к измерительной технике, в частности к автоматическим углоизмерительным приборам и может применяться в станкостроении, в приборостроении, в строительстве, 5 при монтаже оборудования, в геодезии,Цельизобретения - повышение точности и быстродействия за счет исключения погрешностей от Флуктуаций и исключения механических частей.На Фиг.1 приведена схема устройства при регистрации в падающем луче; на фиг.2 - то же, при регистрации в переотраженном луче. 15Устройство содержит объектив 1, разделительную призму 2, излучатели 3 и 4, например светодиоды, светоделительный элемент 5, опорный фотоприемник 6, опорный инвертирующий усили тель 7 (переменного тока), Вышеуказанные элементы могут быть объединены в коллиматор 8, Устройство содержит также объектив 9, диафрагму 10 основной Фотоприемник 11, основной инвертирую щий усилитель 12 (переменного тока), двухпозиционный ключ 13, блок 14 управления, аналого-цифровой преобразователь 15, вычислитель 16 и блок 1 питания излучателей. 30Выход основного усилителя 12 соединен с первым входом двухпозиционного ключа 13, второй вход которого соединен с выходом опорного усилителя 7, а третий - с выходом блока 14 управления. Выход двухпозиционного ключа 13 соединен с блоком 17 питания излу- чателей, выходы которого также соединены со входом аналого-цифрового преобразователя 15. Выход преобразовате ля соединен с входом вычислителя 16, Блок 14 управления также электрически соединен с аналого-цифровым преобразователем, Блок 17 питания выполнен 9 2назначенную для скрепления с объектом, разделительная призма 2 выполняется с фаской 19, при этом основной фотоприемник 11 и основной усилитель 12 устанавливаются за призмой 2 в отраженном луче.Устройство работает следующим об" разом.В вычислителе 16 производится вычисление угла поворота по фбрмуле Шоз Поа Пф Поз М%- е аПръ По+ЦрПоэгде П , 0 - сигнал, поступаемый наЬфизлучатели 3 и 4 присоединении блока 17 питания с основным усиля-телем 12;" ь Пою - сигнал, поступаемый наизлучатели 3 и 4 приобъединении блока 17питания с опорным усилителем 7;К - величина равная поло 3Увине ширины диафрагмыв угловой мере.Амплитуды излучения излучателей 3и 4 одинаковы.Свет от излучателей 3 и 4, излучаемых в противофазе, отражаясь от граней разделительной призмы 2, освещаетдве зоны в Фокальной плоскости объектива 1. Эти эоны разделены между собой ребром призмы 2, Освещаемые зоныпроектируются объективами 1 и 9 вплоскости диафрагмы 10. Если оптические оси коллиматора 8 и приемного блока параллельны, то половина диафрагмы10 освещена излучателем 3, а вторая -излучателем 4, На выходе фотоприемни-.ка 11 при одинаковой яркости излучателей 3 и 4 будет только постоянныйсигнал. С выхода усилителя 12 сигналотсутствует. При одинаковых яркостяхизлучателей 3 и 4 на выходе усилителя7 сигнал также отсутствует, При повороте коллиматора 8 или приемного блока на некоторый угол о часть диафрагмы 10, освещаемая одним из излучателей,становится больше, чем диафрагма,освещаемая другим излучателем, На выходе усилителя 12 появляется переменный сигнал по фазе, противоположныйсигналу, создаваемому излучателем,освещаемым большую часть диафрагмы 10.Амплитуда этого сигнала пропорциональна углу поворота 6,При замыкании ключом 13 цепи усилитель 12 - блок 1 питания образует1305539 4ца излучатели, в световой поток, чув,ствительности фотоприемников и пропускания оптического тракта. Регулирование сигналов, поступаемых на излучатели 4 и 5, может быть реализованов нескольких вариантах. В одном извариантов сигнал обратной связи, вырабатываемый усилителями-инверторами,суммируется с сигналами, постоянноподаваемыми на излучатели.Пусть при отсутствии разворота иодинаковых коэффициентах преобразования сигнала, подаваемого на излучатели в световой поток, излучатель 3 запитывается напряжением Цзпп(ЬС, а излучатель 4 - напряжением Цзп(ЬС+180 )При соединении усилителя 12 с сумматорами вследствие действия отрицательной обратной связи на входе излучателей появляется дополнительный сигналобратной связи Ь Цг, т.е, на входе излучателей будет сигналоЦз нд+ ЬЦг и Цз )и ЙС+180 )+ ЬЦг.Определим от чего зависит сигналЬЦга выходе ключа 13 этот сигнал равен+ ( ЦЯ з.пиС +ЬЦ(г) (К К) К 4 КККК ь ьгде К - конструктивный коэффицйент,зависящий от апертурного угла,высоты и ширины диафрагмы иФокусного расстояния объектива;Ж, - угол, соответствующий половине ширины диафрагмы, рад;г л8, ( - коэффициенты пропускания коллиматора 8 и приемного блока;К, - коэффициент преобразованияФотоприемника 11 (интегральная чувствительность);К,г - коэффициент усиления уснлителя,Отрицательное значение этого переменного сигнала равно сигналу обратной свЯзи ЬЦг, т.е.-(-Цзз.нцси" ЬЦ(г) ( -) К ККгКт( =ЬЦгОтсюда получаем ся цепь отрицательной обратной связи. При наличии угла поворота образуется сигнал обратной связи, который регулирует сигналы, подаваемые на излучатели. При этом сигнал, подаваемый на излучатель, освещаемый большей частью диафрагмы 10, уменьшается, а сигнал, подаваемый на излучатель, освещаемый меньшей частью диафрагмы, увеличивается до величины, при которой созда О ются такие потоки излучения, сумма которых на, выходе фотоприемника 11 не создает переменный сигнал. В этом случае сигналы, поступаемые на излучатели 3 и 4, зависят только от угла по ворота (Ь, половины ширины диафрагмы 10 в угловой мере и коэффициентов Кэ и К 4 преобразования сигналов, подаваемых на излучатели 3 и 4, в яркость излучателей и не зависит от коэффициентов усиления усилителей 7 и 12, чувствительности фотоприемников 6 и 11, коэффициентов поглощения оптического тракта, В то же время при замыкании ключом 13 цепи усилитель 7 блок 17 питания и неравенстве коэффициентов преобразования К и К обра 4 з эуется сигнал обратной связи, который регулирует сигналы, подаваемые на излучатели 3 и 4 до тех пор, пока на 30 выходе фотоприемника 6 отсутствует переменный сигнал. В этом случае сигналы, поступаемые на излучатели 3 и 4, зависят только от коэффициентов преобразования К, К 4 . Сигналы .Цр , 35 ЦреЦо Цоподаваемые на излучатели 3 и 4, в аналого-цифровом преобразователе 15 преобразовываются в код и поступают в вычислитель 16, где угол (, определяется по Формуле 40(ЦРз Цол ЦРФ Ц 03 )яцрэ цо+" р Цоз Кв (Цк Цк )а зз.псс+(Ц+Ц,)оз 1 пяс Угол сб заложен в вычислителе, 45Полученный таким образом угол независит от изменения коэффициентовусиления усилителей, коэффициентовпреобразования сигналов, подаваемыхЮВ случае глубокой отрицательнойобратной связи коэффициент усиленияК выбирают таким образом, чтобыпроизведение з ККнК, К, было гораз"до больше чем 1, например 1000. В этом случае О,К 7 КК(, КгК,Таким образом, сигнал обратнойсвязи с учетом принятого отношения1305539 телей, коэФфициента преобразованияоптического тракта, коэффициентов преобразования сигналов, подаваемых наизлучатели. Формула изобретения Оптико-электронное углоизмеритель" ное устройство, содержащее два излучателя, регулируемый блок питания, предназначенный для противофазного питания излучателей, разделительную призму, объектив, светоцелительный элемент, основной и опорный фотоприемники, электрически соединенные с основным и опорным усилителями, о т " л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це" лью повышения точности и быстродействия,оно снабжено двухпозиционным ключом, блоком управления, аналогоциФровым преобразователем, вычислителем, усилители выполнены инвертирующими, выход основного усилителя соеди" нен с первым входом двухпозиционного ключа, второй вход которого соединен с выходом опорного усилителя, а третий - с первым выходом блока управления, выход двухпозиционного ключа соединен с блоком питания, выходы которого через излучатели соединены с входом аналого-циФрового преобразователя, выход которого соединен с входом вычислителя. Составитель Е,Глаз Техред Л.Сердюкова Гереши Редак ктор М.Самборская аказ 1420/39ВНИИПИ Тираж 678 ПодГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийосква, Б, Раушская наб д. с по 3035, 4/5 роизводственно-полиграфическое предприятие Ез 2( +К)+( - )Цз ицЛ ГМо (6-1) + о(8+1)К (6+1)+к(8-1)Сигнал,поступающий на излучатель3, равен 10 П =Па т ьи -2 - ( -(3 1)1)Сигнал, поступающий на излучатель 4, равен21(оь+м)Папам Б =-Пзхпие+Ецы, Р.1)(Р 1)Аналогичным образом можно определить сигналы, поступающие на излучатель 3 (Уо ) и излучатель 4 (Бо )При соединении усилителя 7 с блоком 17 питания эти сигналы равны 2 Бз 1 пиг. 21 ПзпсйП-03 3+1Оф 5+1Подставив сигналы Бр,"р"оэ25в выражения для определения углаполучаем ЖРз Пи Рь цо )КЖ --------004 + о 4 -03т,е. угол поворота. При этом определяемый угол не зависит от изменения коэициентов преобразования Фотоприемников, коэффициента усиления усилижгород, ул. Проектная, 4