Устройство для вычисления координат светового пятна

ОП ИКАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВМДаТБДЬСТВУ(45) Дата опубликования описания 30.09.76 Союз Советскик Социалистических Республик(51) М. Кл,О 01 Б 3/78 Государственный комитет Сонета Министроа СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Московский институт электронной техники(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТСВЕТОВОГО ПЯТНА Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и предназначенодля применения в приборах для регистрацииположения точечных источников света, вчастности источников, излучающих однократные и редко повторяющиеся вспышки света.Известны устройства для определения положения источников света, содержащие фотоприемники, усилители, элементы задержки,детекторы, блок обработки данных. 10Эти устройства обладают недостаточнойточностью и аппаратурной сложностью.Известны устройства для вычисления координат светового пятна, содержащие объектив, в фокальной плоскости которого распо- Иложен фотоприемник, выходы фотоприемникачерез блок усиления подключены ко входупервого блока задержки и ко входам распределителя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока пиковыхдетекторов, алгебраический сумматор, второй блок задержки и устройство автоматического регулирования усиления,Вследствие запаздывания автоматическойрегулировки усиления (АРУ) по отношению 25 к изменениям величины лучистого потока положение луча определяется с динамическими ошибками, возрастающими с уменьшением частоты вспышек. Из-за инерционности устройства АРУ датчик не пригоден для измерения координат источников одиночных импульсов света, Прототип обладает, кроме того, статистическими погрешностями, обусловленными неидентичностью характеристик регулировки коэффициентов передачи четырех каналов усиления.Целью изобретения является повышение статической и динамической точности вычисления координат светового пятна.Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введены пороговый блок, ,блок хранения порядков, блок сравнения порядков, блок разделения каналов, блок нормирования мантисс, блок выбора мантисс и цепочка из последовательно соединенщюх усилигелей-ограничителей, вход первого из которых подключен к выходу первогоблока задержки, а выходы каждого соединены со входами второго блока задержки и порогового блока, выходы которого через блок хранения порядков подклточежд к соответствующим Входамблока Выбора мантисс и ко входам блокасравнения порядков, выходы которого подключены к управляющим входам блока.формирования мантисс, выходы второго блоказадержки через последовательно соединенные блок выбора мантисс, блок разделенияканалоВ, блОк пикОВых дет 8 еч ОРОВ и блОкнормирования мантисс подключены ко входуалгебраического сумматора, выходы распре Оделителя импульсов соединены с управляющими входами блока разделения каналов иблока хранения порядков,На фиг. 1 - показана структурная схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2 - прин цжпиальная схема блока выбора мантисс иблока разделения катталов на фиГ. 3 Вр 8 менная диаграмма раооты устройства,Устройство для вычисления координатсветового пятна (фиг, 1) содержит Объек Отив 1, позиттионно-чувс"Вительный фОТОприемник 2 расположенный ь Йока.ц"ной плос -кости объектива . и подключеныдй к Входамблока усиления 3, Выходы которого соединены с входами первого блока задержки 4 и Враспределителя импульсов 5, К Выходам блока задержки 4 подключен вход первого усилителя-Огрантгчителя 6. Выходы каждогоусилителя-ограничителя 6 соединены черезвторой блок задержки 7 с Входами блока Овыбора мантисс 8. и, кроме того, непоседственно соедннены с соответствующими Входамипорэговогоблока 3. Выходы блока 8связаны через блок разделения каналов 10с блоком пиковых дет 8 кторов 1 1, Выходыблока 9 связаны с Входами блока храненияпорядков 12 Выходы котороГО подключенык Входам управления блОРа Выбора мантисс8 и к Входам Олока .,равнеяия порядков 13.Управляющие Входы блот, ОВ 1 О 11 2 г О 40единены с Выходами распределителя 5, ЕысОды блока пикОВых детектОРОВ 1 1 подклютены е Входам Юлека нормирования мантисс14, связаттнОГО управляющими Вхда с Выходами Олока сравненйя пбрядков 13 Выхо- фды блока 14 соединетто 1 с Входами алГебраического сумматора, 5, Выходь которогослужат Выходами устройства Выч 1 слениякоординатБЛОК Выбора мантисс 8 Выполнен 1 смбйМфиг, 2 В виде аналогсвьх ключей .е 6-20,управляющие Входы которых соединены чезез Вентыи 21-2 б с Выходами блока хранения порядков 1 с.Сйгттачьные ВКОды клтОчей6-20 подключены к Выходам блОка задержки 7. Блок разделетптя каналов 10 Включает Всебя фиг. 2) буферный усилитель 27, входкоторого связан с выходами ключей 16-20, р а его выход- с первыми Входами аналоговых ключей 28-31, вторые входы которыхсоединены с выходами. строб-импульсов распределителя 5,мок нормирования мантисс 14 представляет собой группу из четырех аттенюаторовс коэффициентами передачи, принимающимиодно из трех фиксированных значений 1,1/К и О, где К - коэффициент передачи усилителя - Ограничителя 6 в линейной области)в зависимости от кода на выходе блокасравнения порядков 13,Устройство работает следующим образом,Изображение источника света в моментвспышки проецируется объективом 1 на фотоприемник 2, Пятно света делится зонамираздела светочувствительных площадок фотоприемника 2 на четыре части. При этом навыходах фотоприемника 2 возникают одновременно четыре импульса, амплитуды которых пропорциональны площадям освещенныхчастей фотоприемника. Все четыре импульсапроходят через блок усиления 3 и суммируются в распределителе 5 (фиг, За), которыйпо сумматорному сигналу формирует импульсуправления Миг. Зб). предназначенный для установки в исходное состояние блока храненияпорядков 12 и блока пиковых детекторов 11.Блок задержки 4 обеспечивает разверткувыходных импульсов блок.а 3 в последовательность из четырех равиоотстоящих оаин От другого по времени импульсов фиг. Зв), поступающих по одной шине на вход первого усилителя-ограничителя 6, На выходах усилителей в Ограничител 6 появляются импульсы самплитудами:Од=С,;ХГде:- номер светочувствительной площадки фотоприемниса;=1, 2, 3 4; 1 - порядковый номер усилителя 6; К - коэффициент передачи усилителя 6 в линейной области. Если Цпревышает уровень ограниче - ния Оо амплитуды выходного напряжения усилителя 6, то на-ом выходе порогов- го блока 9 в интервале времени. заданном К -ым строб-импульсом фиг, Зг), появляется икатульс, записывающий единицу в 3 -ом разряде блока хранения порядков 12. Если ЦцЦ то в-ом разряде блока 12 сохраняется цифра фОф. В результате в блоке 12 запоминаетсч комбинация нулей и единиц, образующая единичный код Рт порядка 1 -Гс импульса, постпившего на ъл первого усилители- Ограничителя 6. Ьмплиту,цьт имтгульсовтА запоминаияся в блоке задержкина ьремя формирования кода порядка, а затем импульсыУи одновременно поступают на входы блока 8, который всоответствии с кодом порядка из них Выбирает только один, а именно тот, который отвечает условию записи амплитуды Й форме с плавающей занятой в нормализованном виде: где; п 4 - мантисса числа а , удовлетворяющая двум условиям: н=фйх Оц и ( Уц Р - порядок числа а по модулю равный 1 О номеру-го усилителя 7, с выхода которого снимается импульс с амплитудой п 3. Р; О.Выбор импульсаи осуществляется в й блоке 8 следующим образом, Код порядка Р; поступает из блока 12 на входы вентилей 21-26 блока 8. Указанные вентили преобразуют единичный код порядка в кодфодин из 3 " и тем самым открывают только один 20 из ключей 16-20 для импульсов 0 й, Импульсу, прошедшему через ключи 16-20, присваивается наименование И . С помощью аналоговых ключей 28-31 блока 10 (фиг, Зд, е, ж, и) импульсы Хи распределяются Ж по четырем каналам в соответствии с индексамии затем запоминаются в аналоговой или цифровой форме в блоке пиковых детекторов 11 (фиг. 3 к, л, м, н).Для вычисления координат светового пят-ЗО на по результатам измерений импульсов Й;их амплитуды необходимо предварительно привести к одному порядку, С этой целью порядкиР, хранящиеся в блоке 12, поступают в блок 13, где вьгделяется наибольший З из них и определяются разности йр;,=.р-Р3 пф Я где р = -- РОбе операции выполняют путем логических сравнений, не прибегая к арифметическимо действиям, что позволяет получать результат практически одновременно с формированием кодов порядков.Приведение мантисс к одному порядку выиолмяется в блоке 14 путем выбора коэффициентов передачи аттенюаторов в соответстии с выражением:1, если ЬР = 0 У = 1/К, если Ьр =1 5 ОО , если ьр; ъ 2, Сигналы на выходах блока 14 имеют вида на выходах алгебраического сумматора 15 из них формируются напряжения (фиг. Зп, р), пропорциональные к 5 прямоугольным координатам центра светоого пятна: Л Йц Ж 2 ьЯ л; и гг (йз ф 2 ц 1Ф ц,Ез,.Мгде Кп - масштабный коэффициент напряжения,Благодаря тому, что для измерения амплитуд всех четырех импульсов фотоприемника используются одни и те же усилители-ограничители, полностью устраняются статические ошибки, возникающие в прототипеиз-за неидентичности коэффициентов передачи отдельных каналов усиления.Благодаря наличию блока выбора мантисс,блоков формирования, хранения и сравненияпорядков, а также блока нормирования мантисс, амплитуды импульсов фотоприемникаизмеряются для каждой Вспышки света принулевых начальных условиях, то есть неза -висимо от результатов предыдуших измерений . Следовательно, отсутствует зависимость точности измерений от частоты вспышек, полностью устраняются динамическиеошибки и обеспечивается возможность измерения координат пятна по одиночным вспышкам света.Так как усилитель состоит из каскадов с фиксированными коэффициентами передачи, для обработки инфорглации не требуется предВарительная ручная или автоматическая настройка усилителя на ожидаемый уровень сигнала и время Выхода на режигл; устройство готово к работа сразу после включения питания, Поскольку отсчеты амплитуд импульсов фотоприемника выполняются в форме с плавающей запятой, обеспечивается работоспо - собность устройства в широком динамическом диапазоне изменения лучистого .отока.Предлагаемое устройство более технологично по сравнению с прототипом, так как все аналоговые элементы (усилители и аттенюаторы) имеют фиксированные коэффициенты передачи, не нуждаются в дополнительной настройке при изготовлении. Благодапс этому, ожидается повышение надежности, снижение трудоемкости при сборке и уменьшение расходов на эксплуатацию устройства,ормула изобретенУстроиство для Вычисления координат светового пятна. содержащее объектив, В фокальной плоскости которого расположен фотопрцамчик, выходы фотоприемника через блок усиления подключены кс входу первого блока задержки и ко входам распределителя импульсов выход которого соединен с управляющим входом блока пиковых детекто 525037ров, алгебраический сумматор и второй блокзадержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повышения точности вычислениякоординат, в устройство введены пороговыйблок, блок хранения порядков, блок сравнения порядков, блок разделения каналов, блокнормирования мантисс, блок выбора мантисси цепочка иэ последовательно соединенныхусилителей-ограничителей, вход первого иэкоторых подключен к выходу первого блока 1 Озадержки, а выходы каждого соединены совходами второго блока задержки и порогового блока, выходы которого через блок хранения порядков подключены к соответствующим входам блока выбора мантисс и ко входам блока сравнения порядков, выходы которого подключены к управляющим входам блока цормирования мантисс, выходы второго блока задержки через последовательно соединенные блок выбора мантисс, блок разделения каналов, блок пиковых детекторов и блок нормирования мантисс подключены ко входу алгебраического сумматора, выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами блока разделения каналов и блока хранения порядков.525037 Эрам ЦНИИПИ Заказ 5039/57 Тираж 690 ПодписноеФилиал ППП Патентг. Ужгород, ул, Проектна