Фотоэлектрическая геодезическая рейка

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле и монтаже высокоточного технологического оборудования. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет привязки к 1-му моменту от энергетического распределения лазерного пучка. Устройство содержит линейку 1 с нанесенными штрихами, каретку 3 с фотодиодной линейкой 4, счетный блок 5 виде источника и приемника излучения, блок обработки информации 6, индикатор 7 и двигатель. При этом блок обработки информации 6 включает в себя два блока преобразователей ток-напряжение 9 и 9<SP POS="POST">1</SP>, длва блока масштабирующих резисторов 10 и 10<SP POS="POST">1</SP>, номиналы которых пропорциональны координатам положения соответствующих ячеей фотодиодной линейки, сумматор 11, синхронный детектор 12, нуль-компаратор 13 и одновибратор 14. Одна половина ячеек фотодиодной линейки 4 соединена с входом первого блока преобразователей 9, а вторая - с входом второго блока преобразователей 9<SP POS="POST">1</SP>, выходы которых соответственно соединены с входами первого и второго блоков масштабирующих резисторов. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 С 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ. г Фб .

3Ь Ер,оС гтт

np apus

71, Фиг г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4435385/24-10 (22) 03.06.88 (46) 15.!0.90. Бюл. № 38 (71) Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (72) В. В. Тарасов, А. А. Аджян, А. П. Шистко, С. Н. Егоров, Д. Б. Гавриленко, В. Е. Бублик и А. А. Пасальский (53) 528.024.1-187.4 (088.8) (56) Камеи Х. Электронные способы измерений в геодезии. N. Недра, 1982, с. 108, Авторское свидетельство СССР № 464779, кл. G 001 1 С C 55//0000, 19.12.72. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ РЕЙКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле и монтаже высокоточного технологического оборудования. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет привязки к I-му моменту от

„„SU„„1599653 д 1 энергетического распределения лазерного пучка. Устрйство содержит линейку 1 с нанесенными штрихами, каретку 3 с фотодиодной линейкой 4, счетный блок 5 в виде источника и приемника излучения, блок обработки информации 6, индикатор 7 и двигатель. При этом блок обработки информации 6 включает в себя два блока прсобразователей ток— напряжение 9 и 9, два блока масштабирующих резисторов 10 и 10, номиналы которых пропорциональны координатам положения соответству:ощих ячеек фотодиодной линейки, сумматор, 11, синхронный детектор

l2, нуль-компаратор 13 и одновибратор 14.

Одна половина ячеек фотодиодной линейки

4 соединена с входом первого блока преобразователей 9, а вторая -- с входом второго блока преобразователей 9, выходы ко- g торых соответственно соединены с входами первого к второго блоков мвештвбвруюшвк Щ резисторов. 4 ил. (:!

599653

Изобретение относится к измерительной т,:хнике и может быть использовя но„например, при контроле, установке и монтаже высокоточного технологического оборудования, при провелении высокоточных створных изм рений и нивелирования.

Целью изобретения является повьпцеиие точности измерений.за счет реализации привязки к. лазерному пучку путем опрелеления 1-го момента от энергетического распределения пучка.

11а фиг. l представлена принципиальная, сх«мя преллагаемого устройства; на фиг. 2— принципиальная электронная схема устройства обработки информации; на фиг. 3 схема проведения BhlcoK(>To»íîãî нивелирования с помощью предлагаемого устройства; на фиг. А — принципиальная схема блоков преобразователей ток --напряжение и масштябирующих резисторов, Фотоэлектрическая геодезическая рейка

«олержит (фиг. 1) линейку 1, например

«теклянную, с нанесении>ми штрихами, направляющие 2, каретку 3, установленную с в<>зможностью перемещения по направляю. щим. Н3 которых установлена фотолиолная линейка 4, счетный блок 5. блок обработки информации 6, индикатор 7 и двигатель 8, кинематически связанный с направля>ощими.Блок обработки информации (фиг. 2) содержит лва блока преобразователей ток-напряжение 9 и 9, двя блока масштабирующих резисторов 10 и 10, сумматор 11, синхронный детектор 12, нуль-компаратор 13, одновибратор .! 4. б>лок определения няправл«ния движения каретки 15, реверсивный

«четчик !6, фиксатор состояния счетчика

17 и дешифратор 18. На фиг. 2 прелставлепы: фотодиодная линейка 9, индикатор 20 . и счетный блок 21:

Фотоэлектрическая геодезическая рейка работает слелующим о6разом, Световой поток от лазерной коллимирующсй системы, задающей референтное направление, относительно которого производятся измерения, распространяется вдоль контролируемой трассы (фиг. 3). Для реализации высокоточной привязки к лазерному пучку необходимо, чтобы фотоприемный блок регисгрировал расстояние 1 от опорной точки Л до координаты 1-го момента от энергетического распределения лазерного пучка, задающего референтное направление. Существует физическая реализация лазерного пучка в виде прямой линии, основанная йа определении и привязке к 1-му моменту от энергетического распрелеления освещенности в световом пятне

5 !1) (х)! xdx (- ю

TiU (х)! dx

> ле J (x)J = Т (х) -- распределение освещенностии в сечении лазерного пу Фа;

x -- коорлината в этом сечении, Х> -- коорлината 1-го момента энергетического rt рофиля.

Геометрическое место точек этой характеристики светового пучка представляет собой абстрактный световой луч, распространяющийся по законам геометрической оптики.

При этом при отсутствии влияния атмосфе10 ры перераспределение энергии в пятне не влияет на координату 1-го момента энергетического профиля в пучке лазера.

В фотоэлектрическ:>и геодезической рей>.е этот процесс о«у е«тпляется следующим образом.

Перемещаясь вдоль линейки с нанесенными через 0,05 мм птрихами по направлякпцим, каретка с фотолиодной линейкой входит в зону, освсщс ну>о лазерным пучком.

Следует отметить, что с целью улучшения

20 помехозащигцен ности устройства используется модулированное лазерное излучение, с послелующим синхронным детектированием сигнала. Фотодиодная линейка 19, содержащая 2п элементов, разлелена на две части, относительно середины, являющейся началом системы координат XY (фиг. 2). Сигналы от ячеек кажлой из половин фотодиолной линейки, пропорциональные световому потоку, попадающему на соответствующий элемент линейки, поступают на блоки преобразователей ток — напряжение 9 и 9, на вы;

30 ходах которых формируются сигналы, амплитуды которых пропорциональны освещенности на соответствуюьцей ячейке фотолиодной линейки. Затем сигналы поступают на блоки масштабирующих резисторов, которые использованы для осуществления привязки кажлой из ячеек к выбранной системе коорлинат. Выходные сигналы с блоков 10 и 10 соответственно описываются выражениями

К = Х1;(х) х,, 40 и<

)(11, (х) x„ гле l; — освещенность i-й ячейки блока масштабирующих резисторов, пропор45 циональная величине масштабируюдего со п рот и влени я;

x; -- координата ячейки в системе коорлинат XY.

Принципиальная схема блоков 9.9 и

10,10 представлена на фиг. 4. Блок преобразователей ток — -напряжение состоит пз и одинаковых каналов, каждый из которых представляет собой усилитель с обратной, связью, а блок масштабирующих резисторов представляет собой матрицу резисторов,.номиналы которых, пропорциональны номеру ячейки от начала системы коорлинат XY.R,=—

=iRo, гле i = 1,2 ...и. Причем численное значение сопротивления Н, пропорционально в«личине х;. Выходи резисторов объединены и поступают на вход сумматора. В копкретНоМ случае совср<пенно llo- обязательно вычислять тску<цую координату 1-го момента от энергетического распределения в пятне лазера, а достаточно лишь определить положение фотодиодной линейки относительно рейки, при котором координата I и> момента совпадает с центром линейки, при этом сигналы

К) и К2 становятся равными, а их разность

К=К) — К становится равной О. Сигналы с блоков 10 и !О поступают соответственно на инверсный и прямой входы сумматора

1l, с помощью которого выполняется операция вычитания вхолных сигналов К=К) — Kz.

Далее разностный сигнал поступает на синхронный детектор 12, который предназначен для увеличения помехозащи щенности устройства и повышения надежности результатов измерений. Продетектирг>ванный сигнал поступает на нуль-компаратор 1З, состояние выхола которого изменяется при прохождении входного сигнала чсрез О, что со ответствует совпалс ни<о координаты I -го момента с . центром фотолиоч ной линейки.

Импульс с выхола нуль-к(>мпаратора поступает на олновибратор 14, формиру<ощий импульс постоянной лл ительиосч и, KoToph! й, возлействуя на Bxoll, разре11<сния записи фиксатора состояния счетчика,:<апре<пает запись, Счетный блок 21 представляет собой расположенные под углом друг к другу HcTo÷НИК И ПРИЕМНИК «ЗЛУ:<ЕНИЯ. <"<г>ЛУЛИРОваННО( излучение источника излучения формируется

В УЗКИЙ CÂÅòÎВОH ПУЧОК И НаиРЗВЛЯЕтСЯ Н3 ЛИнейку с зеркальными штрихами, нанесеннь<ми с шагом 0,05 мм (или непрозрачными, если счетная система работает на просвет). 11ри попадании пучка на мерный зеркальный штрих световой поток огра>кается и попадает на фоточувствительный сл ><1 приемника излучения, н3 выхоче которо<0 <1. рмируется сигнал. При попадании св(тоноп> пу lка между мерными штрихами сип<ал «а выходе приемника излучения отсутствует. Таким образом, при ffepe (.!»(IIHH K«peTI(ff со счетным устройством иа выходе прием><ика излучения возникает посл(i<«13 ге.<ьно TI, счетных импульсов, число которы:; ран<и> К<>личеству пройденных штрих<>н и п1)(>II(>pff ffoнально расстоянию от опорной го IKH ло центра фотодиодной линейки. г ICI.!Ih!c I!;< пульсы, являюшиеся входным сиги<алом бл<>ка обработки информации, поступают «3 вход блока опреЛеления «3ï!>3âëå.l;I. ДнжеHèÿ каретки, перелаlощего счет lhl(импульсы на вход прямого или О61);п но«с> c<1(га реверсивного счетчика !6, ных(>ль< к<>гороно и >лключены к входам фиксатора состояния с >сгчика 17, который фиксирует состояние

c÷(ò÷HK3 на момент совналеHHH координаты

1-го момента энергетического профиля с центром фотодиодной линейки. Д(1))ее сигналы посгупают на дешифратор 18, ны одная шина которого является выходом блока обр,If>oTKH информации, Состояние счет.<ика в десятичном ниле отображается на индикаторе 20. Значение отображенной <нформации соответствует p3ccTn»H»fo I.. от точки А

Jl(> координаты I-го и<> .нта лазерного пучка (фиг. 31.

Фо рм цла из обре тен ия

Фотоэлектрическая г(o!<(зическая рейка, содержащая штангу, фотоприемный блок, выполненный с возможностью перемещения по высоте, датчик положения фотоприемноГг> го блока, двигатель и блок обработки информации, соединенный с инликатором, отлача<ои(аяся тем, что, с целью повышения точ«осги измерений, фотопри<. Мный блок выполнен в виде фотодиолной лин .йки с кареткой, блок обработки информации выполнен в виде двух блоков преобразователей ток-—

lf3пряжеffH(.. двух блок(>3 мас п<тдбиру>ощих резисторов, последопательн<> соединенных сумма гора, синхронного детектора, нуль-комин ратор3 и одHoвибратoра и f1 îñëåëîâàòåë ьно соединенных блока определения направления движения фотодиолной линейки, реверсивного счетчика, фиксатора состояния счетчика и лешифратора. ла гчи< положения

>КесТКо cKPPI1Jf(H с (f)0ToiI I<(>ли<>Й линейкой

И ВЫПОЛНЕН В ВИДЕ ИС1О<1 <ПК;! И ПРИЕМНИК 3 И 3 Л У V (. и и Я, В Ы ХОД K < > 1 О Р < > I < > С O (Д И I ГЕ и С

Входом блока определс«<>я Ii f1;<-Hf лен IR лвижения фотолиолной линейки. c: иа половина ячеек фотодиолной ли1>ейl:и относитечьно ее середины соединена. с <><>T!1(тсгнующим входом первого блока и р(",п>разонателей

<111 ток--напряжение, выхольl 11<. рвот > и второго блоков преобразователей «.и ли<<-.ны с соотн«.". ÑTÂ> Ioùèì входом пе1. <)ого и н го!>ОГО блоков масштабирующих рези<.1«:р<>п, номиналы которых равны г>рпизвелени«> 1(ом(ра ячейки иа всчичинч номинала м!c "IT361<рующего

4 > резистора первой ячейки, «: i<>3h! первого и второго блоков масц>т>>б>иру«1<1«.. р<..<асторов соединены соответственно " !Iр<<х<1.<м и инверсным входом сумм31<>р", вход однонибратора соедин H с нх<>:1О>1,::-. I,!!I(Hèÿ записH фиксатора состои 1(я

1599653 !

///

1599653

Составитель ii Назаров

Редактор X. Kiry!rr rrrra Техред А. Кравчук . Корректор M . Шарошн

Заказ 3133 Тираж Çßá Подписное

I3I1И1! ПН Г ir i,;r>рст:",сн! r. r. r riчигг га нгг изоб1н. геч. ни и о глрыг ни и нрн ГКНТ Сt.(.Ð

I О3» . 1 (сь и н, гК 3о, !ах IIILK r н !инг . д. 4/5

i ip»rrs:«r;rr тнг ннн-,: r ги г .!» rr r r,чг3ини г «11ггтс нг.", i, Ул город, i.ç. Гагарина. III I