Устройство для управления исполнительным органом

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскин,Социалистиц ескинаРеспублик(11) 567354 ВТОРСКОМУ СееиДИТЙЛЬСе ВУ 61) Дополнительное т. свид 22) Заявлено 29,08,74 (21) 2057021/24(51) М. Кл.е 0 05 0 1/01 оединеиием заяв Гесуеерственнюй наиете Сввете Мнннстрев ССС не денем наебретенне н еткрмтнй) Заявител 4) УСТРОЙСТВО ДЛ 5, УПРАВЛЕШЙ ЛНИТЕЛЬНЫМ ОРГА е или грейд ров ору данных об ности, до ко . Лазер усгаподставке, лаили сканируетс оздавая эта- фоточувствина электрогидически осуИзобретение относится к техническойфизике и может быть использовано при создании устройств для управления исполнительным оргаиом.Известно устройство с применением лазера для ориентирования земснаряда 11,Это устройство состоит из лазерного излучателя и приемника. Излучателем являетса лазерный визир с оптико-механическим сканатором. Приемник содержит четыре идентичных фоточувствительных элемента и блок сигнализации, Ориентированиеземснаряда производится относительно луча лазера, предварительно выставленногопо створу проектируемой траншеи. Вслучаеухода земснаряда от створа засвечиваютсяопределенные фоточувствительные элементы,сигналы с которых получают на блок сигнализации, по данным которого оператор судит об отклонении земснаряда и вручную 2возвращает его в створ,Недостатками этого устройства являютсяручное управление положением земснарядаи невысокая точность ориентирования.Известно лазерное устройство, контро лирующее работу бульдозеровпутем представления опературовне окончательной поверхторой они должны работать 2навливается на теодолитовойзерный луч развертываетсяо определенному участку, слонную плоскость. Сигнал стельных элементов подаетсяравлические вентили, автомат ществляюшие гидравлический подъем или опускание рабочего органа машины, поддер хсивая необходимую границу выравнивания поверхности. Недостатком устройства является невысокая точность планировки по верхности, так как используется несколько фоточувствительных элементов, которые в процессе эксплуатации неодинаково изменяют свои параметры, что приводит к нарушению стабильности нулевой точки.Известно лазерное устройство, содержа щее лазер, оптически соединенный через последовательно связанные коллиматор, линзу и модулятор с приемником, позволяющее автоматически регулировать положение рабо 557354чего органа машин по горбинеЭ. Это уогройство является наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению.Однако оно имеет ряд недостатков, которые снижают точность его работы. Вопервых, применение не менее двух фоточувствительных элементов приводит к дрейфунулевой точки дифференциального усилителя,так как. параметры фоточувствительных элементов в результате их старения изменяются неодинаково, во - вторых, возможнопоявление дополнительного сигнала рассо.гласования на выход дифференциального усилителя, в результате искажения формы кривой Гауссова распределения энергии в поперечном сечении луча, котороевызывается средой, где распространяетсялазерное излучение, в-третьих, случайноеизменение положения оси диаграммы направленности лазера в вертикальной плоскости, приводит также к появлению сигна.ла рассогласования.Целью изобретения является повышениеточности устройства, Эта цель достигаетсцтем, что в известное устройство дополнительно введены схема сравнения, источникопорного сигнала, индикатор положения иизмеритель скважности, вход которого соединен с выходом приемника, первый и второй входы схемы сравнения подключенысоответственно к выходам измерителяскважности и источника опорного сигнала,а вход индикатора положения соединен свыходом схемы сравнения, и выполнениеммодулятора в виде оптически непрозрачной прямоугольной лопасти, плошадь которой не меньше площади поперечного сечения луча лазера.На фиг. 1 представлена функциональнаясхема устройства для управления исполнительным органом, на фиг. 2 показано взаимное положение развернутого луча и модулятора и на фиг. 3 - диаграммы, пояснякь.шие работы устройства.Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, линза3, модулятор - 4, приемник - 5 фоточувствительный элемент - 6диафрагма - 7, измеритель скважности -8,схема сравнения - 9, индикатор положения - 10, источник опорного сигнала - 11,развертка луча - 12.Устройство работает следукяцим образом.Луч лазера 1 проходит через коллиматор 2, линзу 3, которая развертывает вгоризонтальной плоскости и направляет егона модулятор 4, выполненный в виде лопасти,Развернутый луч 12 пересекает плос 4кость лопасти модулятора 4 выше или ниже оси ее вращения, прн этом ось вращения перпендикулярна направлению распространения луча лазера и параллельна плоскости луча. Высота лопасти берется не ме"нее толщины луча, ширина лопасти должнабыть не менее линейного размера луча в горизонтальной плоскости. Конструктивно лопасть может быть расположена по,обеото 1 й роны от оси вращения или по одну сторойу.,Модулятор осуйбствляет широтно-импульсную модуляцию лазерного излучения, Модулированный луч попадает в приемник 5,,содержащий фоточувствительный элемент 61 с диафрагмой 7.В точках 1, П, Ш условно показаны положения приемника 5 по отношению к вращающейся лопасти модулятора 4 (к эаданчной лучом опорной плоскости). При нахожЗэ дении приемника 8 в точке 1 лазерныйпуч освещает его в течение времени прохождения лопастью угла 3 - П, при этомдлительность импульса на нагрузке фоточувствительного элемента 6 будет опреМ деляться:й Л шшщ(у р,где 3угол поворота,угловая скорость вращения,Т - период вращения.Зэ Когда приемник 5 находится в точке Ш,длительность импульса на его выходе будетглавна С = Р(и . При этом длительностьимпульса С кГ, так как ф аЕслиприемник 8 находится в плоскости луча,йф проходящей вблизи осн вращения;модулято ра 4, длительность импульса может быть.очень мала и в пределе стремиться к нулю.При смещении приемника 5 в вертикальноиплоскости в пределах толщины луча каждомуфположению приемника 8 соответствует определенная длительность импульса, лежащаяв пределах от Т/2 до О, Следовательноидлительность импульсов будет функциейположения приемника 5 в вертикальнойплоскости. Контроль положения рабочегооргана машины может производиться относительно среднего значения длительностиимпульсов ф= Т/ф, которая соответствует положению приемника в точке И,ЮОбработка принимаемого сигнала происходит следующим образом. Лазерный лучпроходит через диафрагму 7, служащую дляувеличения разрешающей способности прирмника 5 по длительности, и попадает нафоточувствительный элемент 6. Диаметрдиафрагмы 7 выбирается значительно меньше толщины луча лазера 1. На нагрузкефоточувствительного элемента 6 выделяютсяимпульсы, которые поступают на измерителькальной плоскости, длительность измеряемых импульсов остается постоянной, таккак определяется началом и окончанием засветки приемника 5 и не зависит от положения луча относительно плоскости вращающейся лопасти. Нестабильность положенияоси диаграммы направленности лазерногоизлучения и изменение характера распределения энергии внутри сечения лазерного лу 1 э ча вызывают в данной точке приемника 5,только флюктуации амплитуды принимаемыхимпульсов, которая в устройстве не является носителем информации о положениирабочего органа машины.б Следовательно, устранение влияния перечисленных выше факторов в предлагаемом устройстве позволяет повысить точность управления рабочим органом.Предложенное устройство может быть20,использовано для автоматического управлев- ния положением рабочего органа мелиоративных и строительных машин, а также дляориентации обьектов в заданной плоскости. скважности 8. Измеритель скважносги 8преобразует импульсы в уровни напряженийявляющиеся функцией скважности (длительности) принимаемых импульсов, а. следовательно, и функцией положения рабочего органа механизма.Применение измерителя скважности 8 позволяет устранить влияние нестабильности скорости вращения модулятора 4 на показания индикатора положения 10. В случае измененияскорости вращения модулятора 4 пропорционально изменяется период и длительность импульсов, а скважность остается постоянной,,следовательно, уровень выходного напряжения,измерителя скважности 8 также остаетсяпостоянным. Выходное напряжение измерителя скважности 8 подается на один извходов схемы сравнения 9. На другой еевход поступает уровень напряжения, соответствующий средней длительности принимаемых импульсов с = Т 4 . Схема сранения 9 выдает сигнал рассогласованиямежду выходным напряжением измерителяскважности 8 и уровнем опорного напряжения, амплитуда и полярность которогоопределяют соответственно величину и направление отклонения рабочего органа машины относительно среднего уровня. Индикатор положения 10 регулирует это отклонение. Управление рабочим органом сводится к получению нулевого показания индикатора положения 10. При равенстве выходного напряжения измерителя скважности8 и уровня опорного напряжения на выходесхемы сравнения 9 сигнал рассогласованияотсутствует, и индикатор положения 10 будет давать нулевые показания, т.е. рабочийорган выставлен относительно луча и находится на заданной глубине. Сигнал рассогласования со схемы сравнения 9 можетбыть использован для автоматизации процесса упралления рабочим органом,В предлагаемом устройстве применяетсяодин фоточувствительный элемент, что позволило устранить влияние неиндентичцости,йараметров двух (и более) фоточувствитель. ных элементов на точность управления.Исключается также появление дополнительного сигнала рассогласования за счетискажения формы кривой Гауссова распределения энергии, так как характер распределения энергии внутри сечения лазерноголуча не оказывает влияния"на начало и окончание засветки приемника, т.е, на длительность (скважность) измеряемых импульсов,В случае нестабильности диаграммы направленности лазера 1, вызывающей плоскопараллельное смешение его луча в верти 26 формула изобрете ния 1, Устройство для управления исполнительным органом, содержащее лазер, оптиф чески соединенный через последовательно.с приемником, о т г и ч а ю щ е е с ятем что, с целью повышения точности устройства, оно содержит схему сравнения, 8.8" источник опорного сигнала, индикатор положения и измеритель скважности, вход которого соединен с выходом приемника, первый и второй входы схемы сравнения подлючены соответственно к выходам измерителя скважности и источника опорногосигнала, а вход индикатора положения свыходом схемы сравнения.2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ющ е е с я тем, что модулятор выполнен " в виде оптически непрозрачной прямоугольной лопасти, площадь которой не меньшеплощади поперечного сечения луча лазера. Источники информации, принятые во вни мание при экспортизе:1, фПрименение газовых лазеров в геодезии", серия 1, электроника СВ"1, ЦНИИ"Электроника", 1972., выпуск 1 (1),с. 43-45.Ж 2. Патент Великобритании Мо 1.139,542, кл. 601 С, Е 1 Г.3, Патент франции И..022.022,кл. 605 Л 1/ОО, 30.10, 1969.587354 12 Фиг. Подннсноенастров СССР каэ 847/59 Тирам 109 бЦНИИПИ Государственного комитета Советпо делам изобретений н открытнй113035, Москва, Жб, Раушскан. наб,) д. 4/б филиал ППП Патент", г. Уааород, ул. Пр ая, 4 Составитель А, ЛааевРедактор И, Марховскан Техред Г. Родак - . Корректор А. Грнненк За