Устройство для определения положения светового пятна на плоскости

О П И С А Н И Е тит 44 ттетИЗОБРЕТЕНИЯ Сотоз Советских Социалистических Республик(32) Приоритет 1)М,Кл, а 0 В 9/00 асударстаенныи каннтетСааета тлнннстраа СССРае делам изабретеннйи аткрьтий Опубликовано 25. 10.74 ЬюллетеньЗ 9Дата опубликования описания 15.12.74. А, Шишкевич 2) Авторы изооретения осковский институт влек техники явитель(541 УСТРОЙСТВО Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки электромагнитного излучения и определения положения точечных ис- б точников света.Известны устройства для определения положения светового пятна на нлоскости, содержащие фотодиодный позиционйо-чувствительный при- о емник излучения, выходами соединенный с соответствующими входами сумматора, координатные и опорный выходы которого подключены соответственно к входам координатных и опор ного усилителей, подключеннцх выходами к первым входам соответствующих координатных и опорного преобразователей "амплитуда-потенциал", вторые входы которых соединены с 20 выходом распределителя управляющих импульсов, связанного тем же выходом с первым входом индикатора рассогласования, два других охода кото. рого соединейы соответственно с вы 2ходом опорного усилителя и выходом источника эталонного напряжения, два выходных блока вычитания, подключенных первыми входами к выходам координатных преобразователей, а вторыми входами - к выходу опорного преобразователя реверсивный счетчик, сувмирующий и вычитающий входы которого соединены с соответствующими выходами индикатора рассогласования, выход старших разрядов реверсивного счетчика связан через преобразователь кодов с первыми регулировочными входами опорного и координатных усилителей, вторые регулировочные входы которых соединены с выходоы младших разрядов реверсивного счетчика.Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в него введен блок нелинейной коррекции усиления, управляющий вход которого соединен с выходом распределителя управляющих импульсов, а опорный и регулировочный входы йодключены со 4477273 4ответственно к опорному выходу сум- "- Опорный сигнал ао, пропорциоматора и выходу преобразователя ко- нальный суммарной энергии лучистого дов, кодовые выходы блока нелинейной , потока, падающего на ротоприемник 1, коррекции усиления соединены с одно-поступает с выхода сумматора 2 на именными входами преобразователя ко вход опорного усилителя 5 и усилидов, а корректирующий выход подклю- теля отсчета 1 г опорного сигнала. чен к счетному входу реверсивного Значение отсчета опорного сигнала счетчика. Кроме того, блок нелиней- запоминается в регистре 18. Коэффиной коррекции усиленйя содержит уси- пиент передачи КО опорного усилилитель отсчета, входы которого со о теля 5 определяется двоичным кодом единены с опорйым и регулировочным числа, хранящегося к атому моменту входами блока, два регистра, первый в реверсивном счетчике 14. Амплитуда опорного сигнала, появившегося и которых соединен входами с выхо на выходе опорного ус лите 5, дами усилителя отсчета, а второи - 5 поминается опорным преобразоватевходом с основным выходом первого 5,щдикаторе рассогласования 10 ного сигнала, два входа которого Величина ослабления, вйосимаяподключены к выходам Регистров а выходным аттенюатором опорного уситретий вход связан с упра 2 о лителя 5 непосредственно зависит отвходом блока, схему сравнения ко- состояния г младших разрядов ревердов, кодовые входы которой соедине- сивного счетчика 14, а ослабление,ны с соответствующими выходами пе вносимое входным аттенюатором опорвого регистРа, а выходы подключены ного усилителя 5, зависит от числок кодовым выходам блока, схему вы- -импульсного кода на выходе преоббора шага коррекции усиления пер-щзователя кодов 15, который, ввыравход которой соединен с выходом свою очередь, зависит от состоянияанализатора Огибающей Опорного сиг старших разрЯдов реверсивногонала, второй - с выходом схемы срав- с етчика 14нения кодов, а выход - подключен к На выходе преобразователя кокорректирующему выходу блока. зо, дов 15 появляется М-разрядный код,Такое выполнение устройствакоторый поразрядно сравнивается впозволило повысить быстРодействие схеме сравнения кодов 21 с содержии расширить динамическими диапазон мым регистра 18, Схема сравнения его работы. кодов Формирует пакет импульсов,На чертеже приведена схею уст 35 число которых равно числу обнаруженройства, ных несовпадений в сравниэаемых коУстройство содержит Фотодиод-дах, Это число запоминается в схеный позипионно-чувствительный при- ме 22 выбора шага коррекции Усилеемник излучения 1, сумматор 2, координатные 3, 4 и ойорный 5 Хсилителиф 4 о Наибольшему числу в схеме выбокоординатнйе б, 7 и Опорныи Ц п 3 еоб ра шага коррекции соответствует боразователи "амплитуда-потенциаллее высокая частота изатульсов, котораспределитель 9 упРвляющих импуль рые с его выхода поступают на счетсов, индикатор 10 Рассогласованияф ный вход реверсивного счетчика 14.источник 11 эталонного напяженияе 45,Выбор шага коррекции усиления завйвыходные блоки вычитания 1 и 1 Зф сит также от числа несовпадающихреверсивный счетчик 14 преобразо- позипий кодов в текущем периоде, отватель кодов 15, блок 6 нелинейной значения грубого отсчета опорнОГОкоррекции усиления, усилитель Ос"е сигнала, сделанного в предыдущемта 17, регистры 18 в 9 и сигнали 20 за бо периоде и хранящегося в регистре 19,тор огибающей опоРного сигнала 202 и от знаков и величины приращенийсхему сравнения кодов 21 и схему 2 грубых отсчетов. Сравнение грубыхвыбора шага коррекции усиления отсчетов выполняет анализатор огиУстройство работает следующим бающей опорного сигнала 20. Еслиобразом. 55 отсчеты отличаются друг от дуга наРаспределитель Управляющих им величину, превышающую заданный по пульсов 9 обеспечивает циклическую рог, то в зависимости от знака разработу, для чего в каждом цикле вы ности этих отсчетов записываетсядает в его блоки импульсы "Сброс"е единица. Если разность отсчетов не"Стробф, "Запись знаковф серию им- превышает порога, то сохраняютсяпульсов Опроса схемы сравнения ко- нулевые значения.дов 21 и импульс опроса индикатоРа Кз 16 возможных комбинаций перассогласования 10, ременных, представленных единичными5и нулевыми состояниями анализаторогибающей опорного сигнала выбираетчетное, при которых на его выходепоявляется сигнал сброса схемы 22выбора шага коррекции усиления,благодаря этому выбирается наименьшийшаг коррекции. Лве из четырех комбинации соответствуют случаям,когда средний из трех последовательных,грубых отсчетов опорного сигнала . 10больше или меньше соседних на величину, превышающую заданный порог.Еще две комбинации соответствуют случаям резкого скачка опорного сигнала, возникающего при пропа- ю дании сигнала или при его первом появлении. В этих случаях выбор большого шага коррекции задерживается до подтверждения уровня сигнала в следующем грубом отсчете опор ного сигнала. Работающий таким образом анализатор огибающей сигнала увеличивает запас устойчивости контура автоматическои регулировки усиления при случайных ОдинОчных 25 возмущениях огибающей опорного сигнала и при наличии импульсных помех,По окончании процессов, связанных с анализом огибающей опорного сигнала и выбором шага коррекции З 0 усиления, распределитель управляющих вяульсов 9 выдает импульс опроса индикатора 10 рассогласования, и с этого момента начинается собственно коррекция усиления. Для этогО момента в индикаторе рассогласования хранился потенпиал, равный амплитуде опорного сигнала на выходе опорного усилителя 5. В зависимости От того каков этот потенциал 40 по сравненйю с эталонным напряжением индикатор рассогласования разрешает прохождение ивпульса опроса на вход реверсивного счетчика 1 а и предписывает ему Режим вычитаниями соответствии с чем содержимое реверсивного счетчика будет уменьшено на число импульсов, укладывающихся в определенном интервале времени,причем частота заполнения интервала определяется ранее выбранным шагом 9 коррекции усиления. 1 ри уменьшении числа, хранящегося в реверсивном . счетчйке 14, уменьшается величина ослабления в аттенюаторах опорного усилителя 5 и, тем самым, на его выходе увеличйвается опорный сигнал.Если же амплитуда опорного сигнала больше эталонного напряжения, потенциал преобразования в индикаторе рассогласования 10 будет уменьшено величины эталонного напряжения.ри этом будет разрешен режим сложения в реверсивном счетчике 14, и 6в опорном усилителе 5 будет введено дополнительное ослабление. Амплитуда опорного сигнала удержйвается, таким образом, на уровне эталонного напряжения, причем число иваульсов поправки содержимого реверсивного счетчика 14 в каждом цикле тем больше, чем больше авалитуда опорного имйульса отличается от заданного уровня.Синхронно с изменениями ослабления в аттенюаторе опорного усилителя 5 происходит регулировка сопротивлений нагрузки диодов фотоприемника 1. При увеличении интенсивности лучйстого потока сопротивление нагрузки уменьшается. При этом в усилителе отсчета 17 опорного сигнала уменьшается ослабление. Благодаря этому обеспечивается постоянство порогов срабатывания регистра 18.Поскольку аттенюаторы корректирующих 3, 4 и опорного Ь усилителей переключаются одновременно, коэффициенты усиления сигналов смещения пятна кх и К оказываются равными коэЯициенту усиления Ко опорного сигнала. Амплитуды усиленных импульсов зайовинаются в виде потенциалов в координатных б, 7 и опорном 8 преобразователях.О о К= ха=о0- Кау- К ауВыходные блоки вычитания 12 и 13 Обеспечивают на выходе напряжения О и 0, которые не зависят от величины лучистого потока и характеризуют только величину и знак смещения пятна по координатным ОсямеГрубая и точная коррекция усиления в контуре автоииической регулировки усиления (АРУ) Осуществляется неодновременно. Большие по. правки грубой коррекций вводятся в реверсивный счетчик 14 тогда, когда опорный сигнал на выходе опорного усилителя 5 либо мал, чтобы преодолеть амплитудный порог индикатора рассогласования 10, либо настолько велик, что ограничйвается опорным усилйтелем 5. В этом случае индикатор рассогласования указывает только знак рассогласования опорного сигнала с эталонным напряжением, а величину рассогласования определяет схева сравнения кодов 21. 11 ри этом импульс на выходе индикатора рассогласования имеет постоянную и727входы которых соединены с выхсщов распределителя управляющих импульсов, связанного тем же выходом с первым входом индикатора рассогласования, два других входа которого соединейы соответственно с выходом опорного усилителя и выходом источника эталонного напряжения, два выходных блока вычитания, подключенных первыми входами к выходам координатных .преобразователей, а вторыми входами - к выходу опорного преобразователя, реверсивный счетчик, суммирующий й вычитающий входы которого соединены с соответствующи= ми выходами индикатора рассогласования, выход старших разрядов реверсивного счетчика связан через преобразователь кодов с первыми регулировочными входами опорного и координатных усйлителей, вторые регулировочные входы которых соединены с выходом младших разрядов реверсивного счетчика, отличающееся тем, ,что, с целью повйшени,". быстродействия и расширения динамического диа:пазона работы устройства, В него введен блок нелинейной коррекции усиления, управляющий вход которого соедийен с выходом распределите.ля управляющих ивнульсов, а опорный и регулировочный входы подключенысоответстВенно к ОпОрному Выходу сумматора и выходу преобразователя кодов кодовые выходы блока нелинейной коррекции усиления соединены с одноименными входами преобразователя кодов, а корректирщий выход подключей к счетному входу реверсивного счетчика.2. Устройство по и. 1, отличающееся тем, что блок йелйнейной коррекции усйления содержит усилитель отсчета, входы которого соединены ". Опорнйм и регулировочным входами блока, два регистра, первый из которых соединен входами с выходами усилителя отсчета, а второй - ,входом с основным выходом первого регистра, анализатор огибающей опор,.ного сигйала, два входа которого подключены к выходам регистров, а третий вход связан с управляющим входом блока, схему сравнения кодов, ,кодовые входй которой соединены с соответствующими выходами первого, регистра, а выходы подключены к кодовым выходам блока, схему выбора шага коррекции усиления, первый вход которой соединен с выходом анализатора огибающей опорного сигнала, второй - с выходом схемы сравнения кодов, а выход - подключен к корректирующему выходу блока. максиьально возможную для него длительность, заданную скоростью коррекции потеншила. Величина вводимой поправки пропорпиональна частоте юдульсов на выходе схемы выбора шага коррекции усиления 22, а частота зависит от разности чисел на входе схемы сравнения кодов 21. Грубая поправка вводится практически за одну коррекцию. Точная кор о рекция усиления осуществляется при условии, что опорный сигнал больше амплитудного порога срабатывания индикатора рассогласования 10, но меньше напряжения ограничения опор ного усилителя 5. Это условие выполняется при равенстве кодов на входах схемы 2 сравнения кодов. При этом схема выбора шага коррекции усиления 22 выбирает наимень ший шаг коррекции. Частота импульсов на счетном входе реверсивного счетчика 14 оказывается постоянной и минюальной из всех частот, имеющихся в схеме выбора шага коррекции 25 усиления 22. Теперь пропорционально разности между опорным сигналом и эталонным напряжением меняется длительность импульса, указывающего знак рассогласованйя на выходе индикатора 10 рассогласования.Таким образом, поскольку шаг коррекции усиления сигналов неодинаков при точной и грубой коррекции, зависимость между величиной вводимой поправки и величиной об,наруженного рассогласования в опорном усилителе 5 оказывается нели- ф нейной: чем больше рассогласование, тем больше приращение поправки.Благодаря введению блока нелинейной коррекции усиления 16 предлагаемое устройство отслеживает изменения интенсивности лучистого потока за меньш 88 числО циклОВ коррекции, чем в известных устройствах, что Особенно важно при больших паузах между импульсами сигнала фПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ501. Устройство для определения положейия светового пятна на плоскости, содержащее фотодиодный пози-. пионно-чувствительный приемник из-, луч 8 ния Выходами соединенный с со ответствующими входами сумматора, координатные и опорный выходы кото-,рого подключены соответственно к входам координатных и опорного уси- лителей, подключенных выходами к первым входам соответствующих коор- динатных и опорного преобразовате-лей "амплитуда-потенциал", вторые447727 Составитель Ю КОЗЗОВдактор и щЧр ТехредКдраядвШО КоРРектоР Я СТ 6 ПЗНОЬ З, ф Изд, М%/ аж ЦИНИПИ Государственного комитета Совета Мнпо делам изобретений н открытий Москва, 113035, Раушская наб., 4 едприятие Патентэ, Москва, Г Ь 9, Бережковская наб Подписноев СССР