Устройство для измерения и коррекции перекоса камеры судоподъемника

(51)5 О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН У орныи институт нградский инстиов, рг в А,Н. Оптическгеодезических и во СССР1976.во СССР1980. са коррекции,и этом ут веОи тарои- енеров, нная йств ж ррекяв астоьного К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Ленинградский гим.Г,В.Плеханова и Ленитут водного транспорта(53) 62.50(088,8)56) Прилепин Н,ТГолубеквантовые генераторы вмерениях,Авторское свюдетельсМ 586701, кл. 0 01 С 3/00Авторское свидетельсМ 870919, кл, 6 01 С 3/00 Изобретение относится к автоматическим следящим системам, а именно к электрооптическим измерителям местоположения движущегося объекта, и может быть использовано для измерения и коррекции перекоса движущейся судовозной камеры судоподъемника поперечного типа, а также других крупных инженерных сооружений при их движении, например мостовых кранов и слипов.Известно устройство для измерения величины перекоса судовой камеры, состоящее из двух электрооптических устройств для измерения расстояний, приемопередатчики которых установлены на здании подьемных машин, а отражатели помещены на края камеры судоподъемника. Измеряется(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОРРЕКЦИИ ПЕРЕКОСА КАМЕРЫ СУДОПОДЪЕМНИКА(57) Изобретение относится к автоматическим следящим системам и может быть использовано для коррекции перекоса движущейся судовозной камеры судоподьемника поперечного типа, Устройство содержит генератор масштабной частоты, излучатель, коммутатор измерительного и опорного каналов, фотоприемник, гетеродин, цифровой фазометр с генератором управляющих импульсов, дополнительный фотоприемник в опорном канале, связанный с гетеродином и генератором управляющих импульсов, Цель изобретения - д повышение точности измерений и обеспечение возможности автоматизации процесрасстояние между приемопередатчика соответствующими отражателями, при разность измеренных расстояний дае личину перекоса камеры. Недостаткам ких устройств являются сложность ус ства, вызванная необходимостью прим ния двух электрооптических дальном низкая точность измерений, обусловле медленным действием приемных устр (одно измерение за 10 - 15 с, при движ камеры со скоростью 1,2 - 1,5 м/с), а т отсутствие автоматизации процесса ко ции перекоса.Наиболее близким к изобретению ется устройство для измерения рассто содержащее генератор масштабной ч ты, излучатель, коммутатор измерители опорного каналов, фотоприемник, гетеродин и цифровой фазометр с генератором управляющих импульсов. Устройство обладает высоким быстродействием (одно измерение за 0,1-0,2 с).Недостатком этого устройства является сложность конструкции (необходимо также применение двух электрооптических дальномеров) и отсутствие автоматизации процесса коррекции перекоса. Сложность конструкции обусловлена совмещением приемного и передающего оптических каналов в корпусе одного приемопередатчика, в котором расположен также и опорный оптический канал.Цель изобретения - повышение точности измерений и автоматизация процесса коррекции перекоса движущейся судоподъемной камеры.Цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит первый и второй световоды. установленные на камере судоподьемникапервый и второй передающие объективы, установленные на здании подьемных машин, первый и второй приемные объективы, третий и четвертый световоды, второй расщепитель, второй фотоприемник, оптический переключатель, цифроаналоговый преобразователь и исполнительный механизм, причем выход излучателя через первый расщепитель оптически связан с входами первого и второго световодов, выходы которых соответственно через первые передающий и приемный и вторые передающий и приемный обьективы оптически связаны с входами третьего и четвертого световодов, выход третьего световода связан с первым входом оптического переключателя, выход которого связан с оптическим входом первого фотоприемника, выход четвертого световода связан с оптическим входом второго фотоприемника через второй расщепитель, второй выход которого соединен с вторым входом оптического переключателя, выход второго фотоприемника подключен к входу формирователя управляющих импульсов, управляющий вход оптического переключателя связан с выходом коммутатора, второй выход гетеродина связан с электрическим входом второго фотоприемника, а управляющий выход счетчика через цифроаналоговый преобразователь подключен к входу исполнительного механизма.На фиг, 1 показана блок-схема устройства; на фиг, 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу схемы; на фиг. 3 - принципиальная схема судоподьемника поперечного типа; на фиг. 4 - блок-схема исполнительного механизма управления приводом,Устройство содержит передатчик 1, состоящий из генератора 2 масштабной частоты, излучателя 3, расщепителя 4, линз 5 и 6,световодов 7 и 8, передающих объективов 95 и 10, приемник 11, состоящий из приемныхобъективов 12 и 13, световодов 14 и 15, линз16, 17 и 20, коммутатора 19 с зеркальнойшторкой 18, фотоприемников 21 и 23, расщепителя 22 и гетеродина 24; цифровой фа 10 зометр 25, состоящий из формирователя 26импульсов, схем 27 и 28 совпадения, генератора 29 управляющих импульсов, триггера 30, ключа 31, генератора 32 счетныхимпульсов, счетчика 33 числа импульсов и15 цифрового индикатора 34, а также цифроаналоговый преобразователь 35 с исполнительным механизмом 36,Передатчик 1 расположен на судовозной камере, которая с помощью многока 20 натной системы движется относительноздания подъемных машин, Генератор 2 масштабной частоты вырабатывает высокочастотные колебания, которые поступают наизлучатель 3 и модулирует его излучение.25 Модулированный световой поток поступаетна расщепитель 4, представляющий собойполупрозрачную пластину, пропускающуюна линзу 5 и отражающую на линзу б одинаковые световые потоки.30 В фокусе линз 5 и б установлены входные торцы цилиндрических волоконных световодов 7 и 8, выходные торцы которыхрасположены в фокусе передающих обьективов 9 и 10. Объективы 9 и 10 передатчика35 устанавливаются на краях судовозной камеры на расстоянии 60-70 м друг от друга,Световоды 7 и 8 прокладываются в неопасных для механического повреждения местахкамеры. Оптические оси передающих обьек 40 тивов расположены параллельно железнодорожным путям судоподьемника,Приемник 11 расположен на зданииподьемных машин. Оптические оси разнесенных приемных объективов 12 и 13 совме 45 щены с осями объективов 9 и 10 передатчика1, Модулированный световой сигнал, передаваемый объективом 9, принимается объективом 12; сигнал, передаваемыйобъективом 10, принимается объективом 13.50 Указанная параллельность оптических осейи высокая точность прокладки путей судоподьемника в плане и по высоте обеспечивают непрерывную передачу световогосигнала при движении камеры во всем тре 55 буемом диапазоне расстояний, В фокусахобьективов 12 и 13 помещены входные торцы световодов 14 и 15, выходные торцы которых установлены в фокусах линз 16 и 17.Вторые фокусы этих линз совмещеныназеркальной шторке 18 коммутатора 19. Ком 1735804мутатор вибрационного типа позволяет переключить свет с частотой до 100 Гц от внешнего управляющего сигнала (фиг, 2),Световой поток поочередно от линзы 16, когда шторка 18 отодвинута, или от линзы 17, когда пучок отражается от зеркала шторки, попадает через линзу 20 на фото- приемник 21, Отрезок пути от расщепителя 4 до шторки 18, включающий расстояние между объективами 9 и 12, называется измерительным каналом, Отрезок пути, включающий расстояние между объективами 10 и 13, называется опорным каналом, В части опорного канала, размещенной в приемнике 11, расположен расщепитель 22, отводящий часть светового потока на фотоприемник 23, С гетеродина 24 на фотоприемни. - ки 21 и 23 подается напряжение гетеродинной частоты. На выходе фотоприемника 23 выделяется непрерывное напряжение О 2 низкой частоты, представляющей собой разностную частоту между масштабной и гетеродинной частотами, На выходе фотоприемника 21 выделяются пакеты напряжений Оз" и Оз 0, несущие измерительную и опорную фазы масштабного колебания, В связи с наличием перекоса камеры относительно здания машин фаза сигнала, прошедшего измерительной канал, будет несколько опережать фазу или запаздывать по отношению к фазе сигнала, прошедшегои о опорный канал, Поэтому пакеты Оз и Оз сдвинуты по фазе для моментов перехода через нуль мгновенных значений сравниваемых колебаний на величинугде р, - искомая разность фаз; гп - целоечисло фазовых циклов.Пакеты сигналов Оз" и Оз 0 поступают в цифровой фазометр 25, на входе которого имеется формирователь 26, представляющий собой нуль-орган, действие которого сводится к генерированию коротких импульсов О 4 в моменты перехода мгновенных значений напряжений Оз через нуль. С выхода формирователя импульсы О 4 поступают на две схемы 27 и 28 совпадения. Схемы совпадения срабатывают поочередно от генератора 29, На второй вход схемы 27 подается импульс О 5. Импульс присутствует на входе схемы 27 совпадения в интервале времени, в течение которого на первом входе той же схемы совпадения имеет место пакет импульсов Ози, задаваемых световым сигналом, поступившим из измерительного канала. Начало импульса О 5 приходится на середину пакета Оз",На второй вход схемы 28 совпаденияподается импульс О 6, действующий уже в5 интервале времени, в течение которого насхему 28 приходит пакет импульсов Оз 0, задаваемых световым сигналом, поступившим с опорного канала. Начало импульса Обприходится на середину пакета Оз 0, За вре 10 мя действия импульса 05 через схему 27совпадения пройдет пакет импульсов О 7; завремя действия импульса О 6 через схему 28совпадения пройдет пакет импульсов Ов,Первый импульс пакета О 7 переключит триг 15 гер 30 и положит начало импульсу Оя, апервый импульс из пакета Ов снова переключит триггер 30 и закончит импульс Оя.Импульс Оя отпирает ключ 31, который пропускает от генератора 32 счетных импульсов20 определенное число импульсов О 10. Количество М в последовательности определяетсявыражениемТК = гп Й 1+ пх = п - + пх,ггде в - целое число; М 1 - количество счетных импульсов, сумма периодов повторения которых равна одному периоду 30 колебаний низкой (разностной) частоты; Т -период колебаний разностной частоты; гпериод следования счетных импульсов; и- число счетных импульсов, пропорциональных р (Опхйц.35 Последовательность импульсов М поступает на счетчик 33 числа импульсов. Так как емкость счетчика равна М 1, то он производит пересчет числа импульсов вй 1 и в момент остановки запомнит только число 40 импульсов п. Со счетчиком 33 связан цифровой индикатор 34, на котором отражается разность фаэ рх в дискретной цифровой форме. Цифровой код, записанный в счетчике 33, поступает в цифроаналоговый преоб разователь 35. Выходной сигнал преобразователя, несущий информацию о величине и знаке перекоса, управляет исполнительным механизмом 36, корректирующим перекос камеры за счет регулирования 50 режима работы двигателей подъемных машин судоподъемника,Для обеспечения работы цифрового фазометра 25 в одноканальном режиме, необ ходима кратность между собой разностнойчастоты О 2, частоты коммутации каналов О 1 и частоты повторения импульсов Об и О 7.Для этой цели на вход генератора 29 управляющих импульсов с выхода фотоприемника 23 поступает непрерывный сигнал разностной частоты.При масштабной частоте 15 МГц, разностной частоте 1,5 кГц и счетной частоте 15 МГц, погрешность считывания составит +1 мм.При частоте коммутации 50 Гц продолжительность одного измерения 0,2 с и погрешность измерений +10 мм. При применении в качестве излучателя полупроводникового непрерывного лазера на арсе- ниде галлия дальность действия составит 1000 м.В качестве триггера 30 может быть использован, например, триггер, который срабатывает при подаче на один его вход только первого импульса; его состояние от других импульсов на входе не изменяется, а импульс Ов появится только через целое число периодов промежуточной частоты,В тексте описания, в части раскрытия формулы общей последовательности импульсов М, указано: "последовательность импульсов поступает на счетчик 33 числа импульсов, Так как емкость счетчика равна И 1, то он производит пересчет числа импульсов пМ 1 и в момент остановки запомнит только число импульсов пх".Схема совпадения воспринимает с триггера 30 либо положительный сигнал (при рх О), либо инвертированный (при р О), О 9,Таким образом, на счетчик ЗЗ начнут поступать импульсы с переходом из "0" в "1" - в первом случае и с "1" в "0" - во втором. Индикатор 34 состоит из полупроводниковых светодиодных индикаторов с дешифраторов кода счетчика 33,Предполагается, что счетчик 33 позволяет срабатывать как по положительным, так и по отрицательным периодам передаваемого на него напряжения и тем самым определять знак уЪ,П р и м е р. Судовозная камера, например Богучанского судоподъемника, имеющая ширину около 60 м, допускает перекосы до 30 см (допускаемый угол перекоса а нормируется по аналогии с мостовыми кранами, для которых ща 1/5000).Для раскрытия конкретного содержания исполнительного механизма 36 приведена принципиальная схема судоподъем- ника (фиг, За, Зб), где приняты следующие обозначения; канатоведущий орган 1 много- канатной машины фрикционного типа, редукторы 2, подъемные двигатели 3, противовес 4, подъемные канаты 5. судовозная камера 6,Исполнительный механизм 36 представлен на фиг, 4. Здесь подробно представлена структурная схема для привода ЛЬ 1 (счетырьмя электродвигателями, соединен 5 ными последовательно и параллельно). Аналогично выполнена схема привода М 2, Нафиг, 4 обозначены отдельные элементы, которые входят в стандартизированную систему УВСР/АИ: датчик скорости (ДС);10 задатчик интенсивности (ЗИ); регуляторскорости (РС); регуляторы тока (РТ 1, РТ 2);датчик тока (ДТ); тиристорный преобразователь (ТП); двигатели привода М 1 - М 4; тахогенератор (ВЯ); напряжение, пропорцио 15 нальное отклонению по пути О ; напряжение задания скорости О 3 яд.Система управления выполнена попринципу подчиненного регулирования инастраивается на технический оптимум, для20 которого характерна ошибка регулирования, не превышающая 5 ,Корректирующая связь по пути с цифроаналогового преобразователя 35 складывается с сигналом задания скорости (РС),25 поступающим на регулятор скорости второго привода.Формирователь 26 состоит из компаратора напряжения и одновибратора,что позволяет сформировать из синусоидального30 сигнала импульсный сигнал (выполнен наодной микросхеме).Генератор 29 управляющих импульсовпредставляет собой делитель частоты и схемы совпадения.35 Напряжения на схемах совпаденияполучают с помощью различных комбинаций выходов делителя частоты точки ЦАП 35представляет собой цифроаналоговый преобразователь, например, серии К 572.40 Формула изобретенияУстройство для измерения и коррекцииперекоса камеры судоподьемника, содержащее последовательно соединенные генератор масштабной частоты и излучатель, а45 также первый расщепитель, коммутатор ипоследовательно соединенные гетеродин,первый фотоприемник и цифровой фазомер, содержащий формирователь управляющих импульсов, генератор счетных50 импульсов, первый элемент И, последовательно соединенные формирователь управляющих импульсов, генератор счетныхимпульсов, первый элемент И и последовательно соединенные формирователь управ 55 ляющих импульсов, генератор счетныхимпульсов, первый элемент И и последовательно соединенные формирователь фазовых импульсов, второй элемент И, триггер,ключевой элемент, счетчик и цифровой индикатор, причем первый и второй выходы1735804 10 ГС, Л путь пдъси к формирователя управляющих импульсов связаны с вторыми входами соответственно первого и второго элементов И, выход генератора счетных импульсов связан с управляющим входом ключевого элемента, первый элемент И подключен своим выходом к второму входу триггера, а первым входом - к выходу формирователя фазовых импульсов, третий выход формирователя управляющих импульсов подключен к входу коммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит первый и второй световоды, установленные на камере судоподъем- ника, первый и второй передающие объективы, установленные на здании подъемных машин, первый и второй приемные объективы, третий и четвертый световоды, второй расщепитель, второй фотоприемник, оптический переключатель, цифроаналоговый преобразователь и исполнительный механизм, причем выход излучателя через первый расщепитель оптически связан с входами первого и второго световодов, выходы которых соответственно через первые передающий и приемный и вторые передающий и приемный объективы оптически свя заны с входами третьего и четвертогосветоводов, выход третьего световода связан с первым входом оптического переключателя, выход которого связан с оптическим входом первого фотоприемника, выход чет вертого световода связан с оптическим входом второго фотоприемника через второй расщепитель, второй выход которого соединен с вторым входом оптического переключателя, выход второго фотоприемника 15 подключен к входу формирователя управляющих импульсов, управляющий вход оптического переключателя связан с выходом коммутатора, второй выход гетеродина связан с электрическим входом второго фото приемника, а управляющий выход счетчикачерез цифроаналоговый преобразователь подключен к входу исполнительного механизма.