Способ определения момента достижения движущимся объектом заданного положения по дальности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для определения момента достижения движущимся объектом заданного положения относительно некоторой поверхности. Сущность изобретения заключается в следующем. Импульсный поток излучения от излучателя, коллимированный оптической системой, направляют на поверхность. Изобретение отличается тем, что формируют другой поток импульсного излучения от второго излучателя, несинхронизированный во времени по моменту начала излучения с первым импульсным потоком, колимированный второй оптической системой, который направляют на ту же поверхность, после отражения от которой оба импульсных потока фокусируют в плоскость диафрагмы, при этом каждый импульсный поток формирует на выходе фотоприемника сигнал, по соотношению амплитуд которых судят о моменте достижения заданного расстояния до поверхности. При изменении угла наклона отражающей поверхности относительно продольной оси объекта используют по крайней мере два идентичных приемопередающих канала. Технический результат заключается в повышении точности определения момента достижения объектом требуемого заданного положения. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в любых устройствах, предназначенных для определения момента достижения движущимся объектом заданного положения.

Известен способ определения момента достижения объектом заданного положения, реализованный в устройствах (см. патент ФРГ N PS 2608066, МКИ F 42 C 13/02; G 01 S 17/10 от 19.08.82 и патент ФРГ N PS 2056162, МКИ F 42 C 13/02; G 01 S 17/10 от 23.12.82), заключающийся в том, что импульсный поток излучения от излучателя направляется на поверхность, характеризуемую коэффициентом отражения R, положение относительно которой определяется. Отраженный от поверхности поток излучения воспринимается фотоприемным устройством, на выходе которого формируется сигнал напряжения некоторой амплитуды, который сравнивается с заранее установленным пороговым значением амплитуды, по равенству которых определяют момент достижения объектом заданного положения.

Недостатком способа является высокая погрешность в определении момента достижения заданного положения, вызванная зависимостью амплитуды выходного импульса напряжения от коэффициента отражения поверхности, положение относительно которой определяется.

Данное решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и взято в качестве прототипа.

Решаемой технической задачей предлагаемого изобретения является повышение точности определения момента достижения объектом требуемого положения относительно некоторой отражающей поверхности за счет исключения влияния отражающих свойств поверхности и уменьшения погрешности, вызванной зависимостью от угла наклона отражающей поверхности относительно продольной оси объекта.

Технический результат достигается тем, что в способе определения момента достижения движущимся объектом заданного положения до поверхности импульсный поток излучения от излучателя, коллимированный оптической системой, направляют на поверхность.

Новым является то, что формируют другой поток импульсного излучения от второго излучателя, несинхронизированный по моменту начала формирования импульсов излучения с первым импульсным потоком, коллимированный второй оптической системой, который направляют на ту же поверхность, после отражения от которой оба импульсных потока фокусируют в плоскость диафрагмы, установленной перед фотоприемником, при этом каждый импульсный поток формирует на выходе фотоприемника сигнал, по соотношению амплитуд которых судят о моменте достижения заданного положения относительно поверхности.

Устройство, реализующее способ, представлено на фиг. 1, 2, 3. Устройство, представленное на фиг. 1, содержит импульсные излучатели 1 и 1', коллимирующие объективы 2 и 2', объектив приемного канала 3, диафрагму 4, фотоприемник 5. Отражающая поверхность, относительно которой определяется заданное положение, в начальный момент времени обозначена как 6, а в момент времени t+Δt - как 6'. Расстояние между оптическими осями передающего и приемного каналов b; ΔL - интервал расстояния настройки; L1 и L2 - дальности до поверхности, соответствующие положениям поверхностей b и b'.

На фиг. 2 изображены зависимости изменения амплитуд выходных сигналов фотоприемника, вызванных первым и вторым излучателями, при изменении положения во времени. При этом зависимость 1 показывает изменение амплитуды выходного сигнала фотоприемника, вызванного первым излучателем; зависимость 1' - вторым, а зависимость 1+1' - изменение амплитуды выходных сигналов фотоприемника, вызванных обоими излучателями.

На фиг. 3 изображено устройство, реализующее описываемый способ и позволяющее также компенсировать влияние угла наклона продольной оси объекта относительно нормали к поверхности на точность определения момента достижения объектом заданного положения. Устройство на фиг. 3а иллюстрирует способ компенсации указанной погрешности при наклоне оси в одной плоскости, а устройство на фиг. 3б - при наклоне в двух плоскостях.

Импульсный излучатель 1 и фотоприемник 5 юстируются совместно таким образом, чтобы обеспечить на выходе фотоприемника сигнал максимальной амплитуды U1= U_max при достижении объектом положения L1. Импульсный излучатель 1' и фотоприемник 5 юстируются таким образом, чтобы обеспечить на выходе фотоприемника сигнал максимальной амплитуды U2=U_max при достижении объектом положения L2. Причем ΔL=L1-L2 есть величина допустимой погрешности.

Способ реализуется следующим образом.

При излучении обоих излучателей 1 и 1' на выходе фотоприемника присутствуют два импульсных сигнала, вызванных отражением от поверхности 6 импульсных потоков излучения от обоих излучателей 1 и 1', которые не суммируются по амплитуде, так как сдвинуты друг относительно друга во времени.

Из временных диаграмм на фиг. 2 видно, что в момент времени t1, соответствующий достижению объектом положения L1, амплитуда выходного сигнала, вызванного отражением от поверхности 6 потока излучения от излучателя 1, максимальна и равна U_max. Амплитуда сигнала, вызванного отражением от поверхности 6 (в конечном положении) излучения от излучателя 1' равна нулю или близка к нему. При изменении положения относительно поверхности 6 от L1 к L2 (конечное положение) происходит соответствующее изменение значений амплитуд выходных сигналов, вызванных потоками излучения обоих излучателей 1 и 1'. При этом в момент времени t2, соответствующий положению L2, получаем U2= U_max; U1=0, a в момент времени t1-Δt амплитуды сигналов от обоих излучателей 1 и 1' равны U1=U2, что соответствует достижению объектом заданного положения L_зад. Видно, что L_зад = L1 - ΔL/2 = L2 + ΔL/2 Меняя критерий момента определения положения (K=U1/U2=Var), можно учесть инерционность электронных схем фотоприемного устройства, а также схем принятия решения, что позволит еще больше снизить погрешность.

Снижение погрешности фиксации момента достижения заданного положения из-за изменения угла наклона отражающей поверхности к продольной оси объекта достигается тем, что используется соответствующее количество приемопередающих каналов. Так для снижения чувствительности к наклону отражающей поверхности в одной плоскости используются два идентичных приемопередающих канала (см. фиг. 3а), а для снижения чувствительности к углу наклона отражающей поверхности в двух взаимно перпендикулярных плоскостях используются четыре идентичных приемопередающих канала (см. фиг. 3б), расположенных попарно во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Преимущества применения данного способа: - более высокая точность определения момента достижения объектом заданного положения за счет независимости отражающих характеристик поверхности; - простота реализации и высокое быстродействие; - возможность построения устройств для определения момента достижения объектом заданного положения, точность работы которых не зависит от угла относительно отражающей поверхности.

При создании устройства, реализующего описываемый способ были применены: - в качестве импульсных излучателей полупроводниковые импульсные излучатели типа "ЛПИ-101"; - в качестве коллимирующих объективов передающего канала и фокусирующего объектива приемного канала специально корригированные оптические системы;
- в качестве фотоприемника использовался кремниевый фотодиод типа "ФД-256" с установленной перед ним диафрагмой с малым отверстием.

Проведенные экспериментальные исследования показали, что предлагаемый способ позволяет в диапазоне малых дальностей (до 15 метров) определять момент достижения объектом заданного положения с точностью плюс-минус 0,5 метра.

Формула изобретения

1. Способ определения момента достижения движущимся объектом заданного положения по дальности относительно поверхности, заключающийся в том, что импульсный поток излучения от излучателя, коллимированный оптической системой, направляют на поверхность, отличающийся тем, что формируют другой поток импульсного излучения от второго излучателя, несинхронизированный по моменту начала излучения с первым импульсным потоком, колимированный второй оптической системой, который направляют на ту же поверхность, после отражения от которой оба импульсных потока фокусируют в плоскость диафрагмы, установленной перед фотоприемником, при этом каждый импульсный поток формирует на выходе фотоприемника сигнал, по соотношению амплитуд которых судят о моменте достижения заданного положения до поверхности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при изменении угла наклона отражающей поверхности относительно продольной оси объекта используют, по крайней мере, два идентичных приемопередающих канала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3