Сканирующее устройство

 

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для сканирования пространства небесной сферы, планет, Солнца с целью получения оптической (изобразительной) информации, а также для исследования отдельных технических объектов (фотопластинок, нагретых тел и т. п. ). Цель изобретения - повышение точности сканирования с постоянной линейной скоростью и шагом сканирования. Задатчик 1 параметров траектории сканирования задает сигналы, пропорциональные задаваемому минимально-возможному радиусу сканирования P_min, максимально - возможному радиусу сканирования P_max, шагу сканирования a, начальному радиусу сканирования p₀₀, задаваемой линейной скорости сканирования V₀. С помощью третьего умножителя 2, первого и второго сумматоров 3, 6, первого и второго квадраторов 4, 5, блока извлечения квадратного корня 7, блока деления 8, интегратора 9, инвертора 10 и электронного ключа 11 формируются сигналы, пропорциональные полярным углу ϕ и радиусу p, которые с помощью синусного и косинусного функциональных преобразователей 12, 13, первого и второго умножителей 14, 15 преобразуются в напряжения, являющиеся управляющими приводов 16 и 17, с помощью которых осуществляются разворот оптической оси объектива 21 по спирали с постоянными линейной скоростью и шагом сканирования в любой точке поля сканирования. 2 ил.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для сканирования пространства небесной сферы, планет, Солнца, а также для исследования отдельных технических объектов (фотопластинок, нагретых тел и т.д.). Целью изобретения является повышение точности сканирования с постоянными линейной скоростью и шагом сканирования. На фиг.1 представлена функциональная схема устройства со спиральной разверткой оптической оси в декартовых координатах; на фиг.2 вариант реализации электронного ключа 11. Здесь: 1 задатчик параметров траектории сканирования со следующими выходами: 1 по сигналу, пропорциональному минимально возможному радиусу сканирования ρ_min; 2 по сигналу, пропорциональному максимально возможному радиусу сканирования ρ_maх; 3 по сигналу, пропорциональному шагу сканирования а; 4 по сигналу, пропорциональному начальному радиусу сканирования ρ_o; 5 по сигналу, пропорциональному линейной скорости сканирования v_o; 2 третий умножитель; 3 первый сумматор; 4 первый квадратор; 5 второй квадратор; 6 второй сумматор; 7 блок извлечения квадратного корня; 8 блок деления; 9 интегратор; 10 инвертор; 11 электронный ключ, где 1, 2, 3 управляющие входы, где 4 выход ключа; 5, 6 входы ключа; 12 синусный функциональный преобразователь; 13 косинусный функциональный преобразователь; 14 первый умножитель; 15 второй умножитель; 16 привод по азимуту; 17 привод по тангажу; 18 внешняя ось карданового подвеса; 19 внутренняя ось карданового подвеса; 20 корпус сканирующего устройства; 21 объектив; 22 фотоприемник; 23 запоминающий блок (ЗБ), где слева блока (с 1-5) входы сигналов; 1 управляющий вход; 2 по сигналу, пропорциональному декартовой координате по азимуту у ρsinϕ 3 по сигналу, пропорциональным декартовой координате по тангажу х ρcosϕ 4 по сигналу, пропорциональному полярному углу ϕ; 5 по сигналу, пропорциональному полярному радиусу ρ; справа блока с (2-5) выходы сигналов соответственно по у, х,ϕ,ρ. 24 компаратор (K _min); 25 реле (R_min); 26 компаратор (K_max); 27 реле (R _max); 28 нормально замкнутый контакт реле 25 (R _min); 29 нормально разомкнутый контакт реле 27 (R _max); 30 нормально замкнутый (положение а) и разомкнутый (положение б) контакты реле 27 (R _max). В устройстве выходы задатчика параметров траектории сканирования (ЗПТС) 1 с 1 по 5 соответственно соединены с первым, вторым управляемыми входами электронного ключа 11, с первым входом третьего умножителя 2 и с входом первого квадратора 4, с первым входом первого сумматора 3, с входом "делимое" блока деления 8. Выход третьего умножителя 2 соединен с вторым входом первого сумматора 3, выход которого соединен с третьим управляющим входом электронного ключа 11, с пятым входом запоминающего блока (ЗБ), с вторыми входами первого 14 и второго 15 умножителей и с входом второго квадратора 5, выход которого соединен с первым входом второго сумматора 6, второй вход которого соединен с выходом первого квадратора 4. Второй сумматор 6, блок извлечения квадратного корня 7, блок деления 8 через вход деления и интегратор 9 последовательно соединены. Выход интегратора 9 соединен с входами синусного 12 и косинусного 13 функциональных преобразователей, с четвертым входом ЗБ 23, через нормально замкнутые контакты электронного ключа (ЭК) 11 непосредственно и через последовательно соединенные инвертор 10 и нормально разомкнутые контакты ЭК 11 с вторым входом третьего умножителя 2. Синусный функциональный преобразователь 12 через первый умножитель 14 соединен с приводом 16 и вторым входом ЗБ 23; косинусный функциональный преобразователь 13 через второй умножитель 15 подключен к приводу 17 и третьему входу ЗБ 23. Оптически соединенные объектив 21 и фотоприемник 22 установлены в двуосном кардановом подвесе, каждая из осей которого 18 и 19 соединена со своим приводом 17 и 16 соответственно. Выход фотоприемника 22 подключен к первому входу ЗБ 23, выходы которого со 2 по 5 являются выходами сигналов, пропорциональных декартовым координатам по азимуту и тангажу и полярным координатам по углу и радиусу соответственно. ЗПТС 1 задает постоянные напряжения, пропорциональные требуемым значениям параметров траектории сканирования ρ_min, ρ_max, a, ρ_o v_o Первый сумматор 3 формирует значение полярного радиуса, равного ρ=ρ_o+ aϕ, два квадратора 4 и 5, второй сумматор 6, блок извлечения квадратного корня 7 и блок деления 8 формируют значение угловой скорости сканирования, равное ω v_o/ Третий умножитель 2 формирует функцию f(ϕ)=aϕ, интегратор 9, инвертор 10 и ЭК 11 формируют значение полярного угла определенного знака, равного ϕ sign , которое подается на умножитель 2, с которого снимается сигнал, пропорциональный значению aϕ sign . Блоки с 12-17 составляют два канала управления корпусом 20 по азимуту и тангажу, включающих в себя соответственно синусный функциональный преобразователь 12, умножитель 14, привод 16 и косинусный функциональный преобразователь 13, умножитель 15, привод 17, которые формируют моменты управления соответственно пропорциональные MΨ=ρsinϕ (по азимуту) и М_э= ρ cosϕ(по тангажу). ЗПТС 1 может быть выполнен, например, в виде пяти потенциометрических задатчиков напряжений, устанавливаемых пропорционально задаваемым величинам ρ _min, ρ _max, aρ _o, v_o. Умножители 2, 14, 15, сумматоры 3, 6, квадраторы 4, 5, блок извлечения квадратного корня 7, блок деления 8, инвертор 10, интегратор 9 могут быть выполнены, например, в виде аналоговых вычислительных средств. ЗБ 23 может быть выполнен, например, в виде реле, управляемого от фотоприемника, с четырьмя парами контактов, позволяющих запоминать сигналы, подаваемые через них. ЭК 11 может быть выполнен, например, в виде двух компараторов 24, 26 и двух реле 25, 27, соединенных между собой по схеме, приведенной на фиг. 2. Компараторы и реле построены так, что при ρ <ρ _min включается реле R_min, при ρ >ρ _max включается реле R_min, где ρ _max и ρ _min- максимальное и минимальное значение полярного угла, задаваемого ЗПТС 1. С помощью ЗПТС 1 задаются сигналы, пропорциональные v_o,ρ _o, a, ρ _max и ρ _min, причем ρ _o должен соответствовать положению оптической оси в пространстве, т.е. ρ _o= x_о, ϕ_o= 0. Электронные блоки 2-11 формируют сигналы, пропорциональные полярным углу ϕ и радиусу ρ которые с помощью синусного и косинусного функциональных преобразователей 12, 13 умножителей 14, 15 преобразуются в напряжения, пропорциональные U_yρ sinϕ и U_x ρ cosϕ которые являются управляющими напряжениями соответственно приводов 16, 17, с помощью которых осуществляется разворот оптической оси объектива по спирали с постоянной линейной скоростью и постоянным шагом сканирования в любой точке поля сканирования. Если объект, излучение которого превышает порог чувствительности фотоприемника 2, попал в поле зрения объектива 21, то с выхода фотоприемника 22 подается импульс напряжения на первый вход ЗБ 22, который реагирует на него, запоминает в этот момент времени значения напряжений, пропорциональных координатам объекта в полярной ρ ϕ и декартовой х, у системах координат. С выходов блока 9 и 3 снимаются сигналы, пропорциональные полярным углу и радиусу сканирования, причем такие, что заданные линейная скорость и шаг сканирования постоянны в процессе всего времени сканирования. При достижении оптической оси положения, где ρ >ρ _max ЭК 11 замыкает контур, состоящий из блоков 2-9, который генерирует нисходящую ветвь спирали, затем при достижении оптической оси положения, где ρ <ρ _min, ЭК 11 срабатывает и замыкает контур, состоящий из блоков 2-10, который уже генерирует восходящую ветвь спирали. Таким образом, происходит циклический просмотр пространства, ограниченный минимальным и максимальным значением радиусов ρ _min и ρ _max, задаваемыми в ЗПТС 1. При ρ >ρ _min, ρ <ρ _max компараторы 24 (K_min) и 26 (K_max) электронного ключа 11 (фиг.2) выдают сигналы, соответствующие уровню 0, реле 25 R_min и 27 R_max обесточены, нормально замкнутый контакт 30 (положение а) реле 27 R_max замыкает цепь, соединяющую блоки 2-9 через вход 6 и выход 4 электронного ключа ЭК 11. При ρ >ρ _max компаратор 26 K_max выдает сигнал, соответствующий уровню 1, при этом срабатывает реле 27 R_max, самоблокируется контактом 29 и разрывается нормально замкнутый контакт 30 и замыкается нормально разомкнутый контакт 30, при этом замыкается цепь, соединяющая блоки 2-10 через вход 5 и выход 4 электронного ключа ЭК 11. При ρ <ρ _min компаратор 24 K_min выдает сигнал уровня 1, срабатывает реле 25 R_min, размыкается контакт 28, который разрывает цепь питания реле 27 R_max, которое обеспечивается, и нормально разомкнутый контакт 30 замыкает цепь блоков 2-9 через вход 6 и выход 4 электронного ключа ЭК 11. Таким образом, получено устройство, позволяющее обеспечить с высокой точностью сканирования поверхности по спирали с постоянными линейной скоростью и шагом сканирования.

Формула изобретения

СКАНИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее оптически соединенные объектив и фотоприемник, установленные в двухосном кардановом подвесе, каждая из осей которого соединена с приводом по тангажу и азимуту, синусный функциональный преобразователь, выход которого через первый умножитель подключен к входу привода по азимуту, косинусный функциональный преобразователь, выход которого через второй умножитель подключен к входу привода по тангажу, запоминающий блок, первый, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу фотоприемника, и выходу первого умножителя и к выходу второго умножителя, отличающееся тем, что, с целью повышения точности сканирования с постоянными линейной скоростью и шагом сканирования, введены первый и второй квадраторы, первый сумматор, третий умножитель, инвертор, электронный ключ и последовательно соединенные второй сумматор, блок извлечения квадратного корня, блок деления через вход делителя и интегратор, выход которого соединен с входами синусного и косинусного функциональных преобразователей, с четвертым входом запоминающего блока, через нормально замкнутые контакты электронного ключа непосредственно и через последовательно соединенные инвертор и нормально разомкнутые контакты электронного ключа с вторым входом третьего умножителя, задатчик параметров траектории сканирования с первого по пятый входы которого соединены с первыми управляющими входами электронного ключа, с вторым управляющим входом электронного ключа, с первым входом третьего умножителя и с входом первого квадратора, с первым входом первого сумматора, с входом "Делимое" блока деления соответственно, выход третьего умножителя соединен с вторым входом первого сумматора, выход которого соединен с третьим управляющим входом электронного ключа, с пятым входом запоминающего блока, с вторыми входами первого и второго умножителей и с входом второго квадратора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого квадратора, при этом с второго по пятый выходы запоминающего блока являются выходами сигналов, пропорциональных декартовым координатам по азимуту и тангажу и полярным координатам по углу и радиусу соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2