Оптико-электронное устройство для определения смещений объекта

.Я п 01 С 1/04, 5/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ льд и цио- сисмых нер. держит последоточник излучения, оприемник, блок суммы; выпрямивател пере . опре тель,но соединенные исающую среду, фоеления разности илок индикации. экой змемую ного ние ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 455241, кл 6 01 С 1/04, 1972.Статья Лошкарева Н,Я. и др. Станарная лазерная автоматизированнаятем наблюдения смещений испытуеинженерных сооружений, - Сб, Инженая геодезия, Киев, 1976, с,41-43, вып.Авторское свидетельство СССРМ 1377581, кл. 6 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 створу или плоскости,Устройство-аналог со Однако это устроиство обладает ни точностью и помехозащищенностью и рений из-за того, что на контролиру величину отклонения луча от номиналь положения оказывают большое вним(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,дчто, естественно, отрица- М тельно оказывается нэ точности и помехозащищенности измерений, - )Аналогом является также стационарная лазерная автоматизированная система наблюдения смещений испытуемых инженерных сооружений.езаЪЭто 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 обьекта - прототип со 1795279держит 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 образомБлоки 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 храненияинформации соединен со входом блокаиндикации 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 структурнаяэлектрическая схема оптико-электронного " устройства для определения смещений объекта; на фиг,2 - структурная электрическая схема блока коммутации. Оптико-электронное устройство дляопределения смещения объекта содержит. источник 1 излучения, оптически сопряженный с фотоприемником 2, выходы которого5 соединены с соответствующими входамиблока 3 измерений, выход последнего соединен с первым входом блока 4 выборки ихранения информации и со вторым его входом через последовательно соединенные10 выпрямитель 5 и блок 6 формирования строба, а выход блока 4 выборки и храненияинформации соединен с входом 7 индика- .ции через интегратор 8, В устройство введены первый и второй. блоки 9 и 1015 коммутации, делитель 11 частоты, вход которого соединен с выходом блока 6 формирования строба, фотоприемник 2 соединенс блоком измерений 3, а блок 4 выборки ихранения информации соединен с интегра 20 тором 8 соответственно через введенныепервый и второй блоки 9 и 10 коммутации,управляющие входы которых соединены свыходом делителя 11 частоты,Устройство работает следующим обра 25 зом,Луч от скайирующего источника 1 излучения, в качестве которого можно использоватьлазер, через передающую среду 8, например,воздух, поступает на фотоприемник 2. Фото 30 приемник 2 служит для преобразования энергии излучения в электрический ток,Если плотность излучения, попадающего на фотоприемник 2 является симметричной функцией, то, величины токов из двух35 источников тока фотоприемника 2 равны иих разность равна нулю, Это положение луча будем называть номинальным, При отклонении луча от номинального, положенияразность токов становится ненулевой, при 40 чем величина и знак этой разности определяет степень отклонения луча от. центрафотоприемника. Указанная разность определяется в блоке 3 измерения.Сигнал с выхода блока 3 измерения, оп 45 ределяющий величину и направление отклонения луча, поступает на блок 4 выборки ихранения, а также на выпрямитель 5, посредством которого в совокупности с блоком 6 формирования строба, определяется50 момент фиксации (отсчета) величины отклонения луча, В блоке 4 осуществляется стробирование аналогового сигнала с выходаблока 3 измерения, запоминание и хранение полученных напряжений "выборок",55 Момент стробирования сигнала на выходеблока 3 измерения соответствует моментуформирования сигнала на выходе блока 4,При сканировании лучом этот сигнал имеетвид разнополярного импульса, амплитуда иполярность которого определяет величину и(3) 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 оесйечивает за счет стробирования регистрацию информации о значении смещения фотоприемника 2 относительно задающего направленияпучка излучения лишь в моменты приема импульсов излучения фотоприемником 2 (и тем самым устранить сосТавляющую ошибки измерений, вызываемуо помехами в моменты времени, когда ползной информации о смещении на фотопримник 2 не поступает), а совокупность блоков 4 и 8 позволяетинтегрировать запо-. минаемые в блоке 4 значения информационнх 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 отклО- нения 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 коммутациипериодически осуществляющий инверсию сигнала. Для того, чтобы вводимая инверсия сигнала не приводила к неправильной оценке смещения, необходимо такжепроводить инверсию сигнала на входе интегратора 8. Эта операция осуществляется посредством второго блока 10 коммутации.5 Покажем, что введение блоков 9 и 10обеспечивают компейсацию статической ошибки. В ведем следующие обозначения: Го(аТ) 10 и Г 1(аТ) - значения сигнала на выходах фотоприемника 2 и первого блока 9 коммутации при "гп" сканировании. За счет введения первого блока 9 коммутации сигнал на входе блока 3 измерения Г 1(щТ) равен15.Е 1(аТ) =(-1)( ") .Ео(вТ), (1) где и - коэффициент деления делителя 11частоты на два;20 аlп) - обозначение целой части числаап.Нетрудно показать; что за счет введе-.ния второго блока 10 коммутации значениесигнала Гз(тТ) на входе интегратора 8 рав 25 но:Ез(п 1 Т) = Е 2(п 1 Т) (-1)( ") =- (-1)(") Го(п 1 Т) а(пзТ) (-1)(" ") =Го(вТ)а(аТ) (2) 30где и - коэффициент деления делителя частоты 11,.т.е. величина Гз(аТ) соответствует требуемому (функция а(щТ) - определяется вид 35 стробирован ного сигнала).Покажем, что посредством указанныхпреобразований компенсируется статистическая ошибка.Допустим, что в сигналах на выходе со. вокупности блоков 3 и 4 имеет место статистическая ошибка Д, Тогда сигнал Г 2(тТ) имеет вид; Г 2(пзТ)(-1)( + Д, выражение (2) преобразуется в 45 Ез(гпТ) = Е 2(аТ)(-1)("1+ Д 3 х= Г 6(вТ) а(вТ) Учитывая, что(-1).= О, то вырав/п 150 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 черезинвертирующий усилитель 14,. Сигнал управления от делителя 11 частоты поступает непосредственно на комПодписноеиям и открытиям при ГКНТ ССя наб 4/5 Тираж осударственного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, Раушоизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 мутатор 12 и через элемент 15 НЕ на коммутатор 13. Таким образом в зависимости от 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 информавида управляющего сигнала на выходе блока 10 сигнал либо инвертируется, либо нет. ции 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, входкоторого 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 ивторой блоки коммутации, управляющие входы которых соединены с выходом делителя частоты на два.