Устройство для одновременного измерения размеров и расстояний

Союв Советских Социвдистическик Рвсоубдик(51) М. Кл.б 01 В 9/00 б 03 С 9/08 с присоединением заявки1848317/26-25 Государственный комитет СССР ло делам иэобретеннй и открытии:772,99 (088.8) Опубликовано 28.02.82. Бюллетень8 Дата опубликования опцсашцт 28.02.82(71) Заявитель Московский институт радиотехники, электроцикии автоматики(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАЗМЕРОВ И РАССТОЯНИЙ1Изобретение 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 точцом пространственном сканировании излучателя,Однако одновременное измерение габаритных размеров и расстояний приводит к усложнению систем, что затрудняет их практическое применение. Кроме того, этц устройства имеют ограничения как по точности измерения, так и по работоспособности в области малых размеров объектов (1 - 2 м) и расстояний до ццх (15 - 10 м). 2Прц 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 ройства, например в фазовом дальномере сРио, = 1 Мгц и угловым разрешением 20 Мрад минимально измеряемый габаритный размер 2 м. Хотя есть точныс дальномеры, такие как КДГ-З, АСА - 8, изме ряющцс расстояние в 700 - 1500 м с абсолютной погрешностью порядка 3 - 30 см, для получения таких результатов онц используют оптические отражатели (телескопического или триплексного типа), Это су щественно снижает возможность цх применения, особенно в различных автоматических комплексах. Предлагаемое устройство обеспечивает 1 з высокую точность и надежность работы иодновременность измерения габаритных размеров объскта и расстояния до него, Оно позволяет расширить диапазон измеряемых величин в области малых значений, зО проводить измерения автоматически при15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 50 55 3любой 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 преим.- .цества когерентной оптики и голографии.На фцг. 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 оси визирования в плоскости 5. Второй коллимированный луч 4 (масштабный) идет также параллельно осц визирования в плоскости 5. Расстояние 1 между лучами 3 и 4 является для предлагаемого устройства пространственным эталоном длины (внутренним масштабом), переносимым без искажений на любое расстояние О, Третий коллимированный луч 5 (отсчетный) также расположен в плоскости 5 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 яркостцые отметки а, К с, лежащие в одной плоскости 5. Их регистрирует оптико-электронный приемцо-преобразующий канал блока 2 формирования ц обработки сигналов (фиг. 1).Габаритный размер 1. (см) объекта измеряют путем вычисления по формуле1. =1 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 Р (см) определяют путем измерения Н, с последующим вычислением по формуле0 =1(Н;/1 с 1 д я).Лазерный луч, цзлучецный ОКГ и промодулированный по амплитуде модулятором 7, поступает ца 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 1, 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 1), причем все они образуют диамет. ральные пары, число которых четно.Все пары отверстий объединены в группы по два. В каждой паре такой группы в одно из отверстий вставлена управляющая голограмма, обеспечивающая формирование лучей 4 и 5, причем в группе этц голограммы одинаковы, по находятся с про. тивоположных сторон. Такое размещение управляющих голограмм обеспечиваст получение Ни Н, в двух последовательных измерениях, что упрощает программу вычисления 1.,Яркостпые отметки ца объемном объекте воспринимаются приемным объективом 13 и через полосовой светофильтр 14, отсеивающцй 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, полу. чаемый с оптико-электронного преобразователя в каждый цикл развертки, поступает ца формирователь 17 сигнала, а затем на цифровой регистратор 18 масштаба, который заполняется от генератора 19 с управляемой частотой следования импульсов. Цифровой регистратор масштаба измецяег 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 суммирующий 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 й передается на индикатор 24 расстояния, Синхронизация всех операций в блоке формирования и обработки сигналов осуществ. ляется узлом 25 тактовых управляющих 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 сохранястся без каких-либо изменений.Формул а изобретен и я1. Устройство для одновременного измерения размеров и расстояний, содержащее источник когерецтного излучения, модуля5тор, 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 ди. баграммы излучения).2. Устройство по п. 1, отл ич а ющеес я тем, что блок формирования по крайней мере трех лучей 1 трехлучевой диаграммы излучения) состоит из согласующей линзы, световодов, коллиматоров и голографического обтюратора, соединенных последовательно.. Иса агиров екред А, Камышникова оррект писное Редактор ИЗаказ 1281 11 зд. Ле 112 Тираж 614 ВНИИПИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5орская типография Упрполиграфнздата Мособлисполкома