Устройство для определения положения светового пятна на плоскости

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Со>оз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Зависимое от авт. свидетельства(22) Заявлено 05. IO. 7Д21) I836928/IB-24 (51) М. Кл. а 06> 9/00

Гаударатаенный ианитет

Сааета тлинистраа СССР аа далев изабретений и аткрьпий с присоединением заявки(32) ПриоритетОпуоликовано 25.I074 Ьюллетень №

Дата опубликования описания I5. I2.74 (5З) У3К 62I. 384.39 (088. 8>

Л.Н. Преснухин, Н.В. Воробьев, Л.М. Жаворонков и

А.А. Шишкевич

i i 2) Авторы изооретения

Московский институт электронной техники

iil) Заявитель (54> УСТРОИСТВО;цЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СВЕТОВОГО

ПЯТНА HA ПЛОСКОСТИ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки электромагнитного излучения и определения положения точечных ис- б точыиков света.

Известны устройства для определения положения светового пятна

ыа плоскости, содержащие фотодиодный позиционйо-чувствительный при- !о емник излучения, выходами соединенный с соответствующими входами сумматора, координатные и опорный выходы которого подключены соответственно к входам координатных и опор- то ного усилителей, подключеннцх выходами к первым входам соответствующих коордиыатных и опорного преобразователей "амплитуда-потенциал", вторые входы которых соединены с 2о выходом распределителя управляющих импульсов, связанного тем же выходом с первым входом индикатора рассогласования, два других охода которого соединейы соответственно с вы- ю

2 ходом опорного усилителя и выходом источника эталонного напряжения, два выходных блока вычитания, подключенных первыми входами к выходам координатных преобразователей, а вторыми входами — к выходу опорного преобразователя реверсивный счетчик, сумиирующи и вычитающий входы которого соединены с соответствующими выходами индикатора рассогласования, выход старших разрядов реверсивного счетчика связан через преобразователь кодов с первыми регулировочными входами опорного и координатных усилителей, вторые регулировочные входы которых соединены с выходоы младших разрядов реверсивного счетчика.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в него введен блок нелинейной коррекции усиления, управляющий вход которого соединен с выходом распределителя управляющих импульсов, а опорный и регулировочыый входы йодключены со447727

3 4 ! ответственно к опорному выходу сум- "- Опорный сигнал а, пропорциоматора и выходу преобразователя ко- нальный суммарной энергии лучистого дов, кодовые выходы блока нелинейной, потока, падающего на <ротоприемник I, коррекции усиления соединены с одно- поступает с выхода сумматора 2 на именными входами преобразователя ко- 5 вход опорного усилителя 5 и усилидов, а корректирующий выход подклю- теля отсчета Гг опорного сигнала. чен к счетному входу реверсивного Значение отсчета опорного сигнала счетчика. Кроме того, блок нелиней- запоминается в регистре I8. Коэффиной коРРекции УсиленйЯ содеРжит Уси- циент пеРедачи Ко опоРного Усилилитель отсчета, входы которого со- 1о теля 5 определяется двоичным кодом единены с опорйым и регулировочным числа, хранящегося к атому моменту входами блока, два регистра, первый в реверсивном счетчике 14. Амплитуда опорного сигнала, появившегося и которых соединен входами с выхо- на выходе опорного ус лите 5, 5: йоминается опорным преобразоватевходом с основным выходом первого

РегистРа, анализатоР огибаюЩей ОпоР- дикаторе рассогласован Ю. ного сигнала, два входа которого Величина ослабления, вйосимая подключены к выходам Регистров, а выходн м аттенюатором опо рного уситретии вход св з н с УпРа лЯющим о лителя 5 непосредственно зависит от входом блока, схему сравнения ко- о о н я „,, „ ве дов, кодовые входы котоРой соедине- си ного счетч ка 14, а ослабление, ны с соответствующими выходами пе вносимое входным аттенюатором опорвого Регистра, а выходы подключ ного усилителя 5, зависит от числок кодовым выходам блока, схему вы -импульсного кода на выходе питео боРа шага коРРекции УсилениЯ, пер- 5 зователя „Одов Lb вый вход которой соединен с выходо свою очередь, зависйт от состтояния анализатоРа огибающей опорного сиг- 5 старших р зрядов реверс нного нала, второй — с выходом схемы сравнен Й кодов а в ход — подк ючен к Н вде преобразователя кокорректирующему выходу блока. зо, дов Х5 появляется М-разрядный код, Такое выполнение УстРойства который поразрядно сравнивается в позволило повысить быст одействие схеме сравнения кодов 2 с содержии РасшиРить Динамическая Диапазон мым регистра Ig. Схема сравнения

его работы. кодов формирует пакет импульсов, 35 число которых равно числу обнар енройства. ных несовпадений в сравниваемых коустройство сОДер*ит ФОТОДиОД дах, 3то число запоминается в схе ныл позипионно-ч вствительный пРи- Ме 22 Hgoya g a BopyeKD усиле емник излучения 1, сумматор 2, координатные 3, 4 и ойорный 5 усилители, 4о Наибольшему числу в схеме выбокоординатнйе 6, 7 и опорнм Ц пфеоб- ра шага коррекции соответствует боамплитуда отенциал лее высокая частота импульсов, котоРаспределитель 9 УпРавлЯющих импУль рые с его выхода поступают на счетсов, индикатоР Ю РассогласованиЯ ный вход реверсивного счетчика 4 источник П эталонного нап яжен ы, 45 Выбор шага коррекции усиления завйвыходные блоки вычитания > и з сит также от чи несовп ю реверсвнй счетчик Х4Ф реобр йзо-й поз И кодов в текущем периоде. От ватель кодов 15, блок 6 нелинейной на ен„ уб О и ного коррек усиления 7"лжельн оитсзчае- сигнала сде ного в пред дущем та 7, регистры 18, 9 и o "8 2OS бо периоде и хранящегося в регистре I9, тор огибающей опоРного сигнала 20 и от знаков и величины приращений схему сравнения кодов 2 и с"ему 2. грубых отсчетов. Сравнение грубых выбора шага коррекции УсилениЯ- отсчетов выполняеет анализатоР оги

УстРОйство Работает слеДУЮЩим бающЩ опорного сигнала 2Q Ясли образом. 55 отсчеты отличаются друг от ggóãà на

Распределитель УправлЯющих им- вели ину, превышающ ю за нный попу oo odecaezmsaex pmzmecrcyo рог то в 3 ис Ости От зн Раз»

РаботУ, ДЛЯ чего в кажДом Цикле вы- ности этих отсчетов записывается ает в его блоки импульсы "Сброс", единица. ансли разность отсчетов не

СтРоб", "За сь знаков серию им- превышает поро, то сохраняются пульсов Опроса схемы сравнения коИз 16 возможных комбинаций пе рассогласования IO„ ременных, представленных единичными

5 и нулевыми состояниями анализатор огибающей опорного сигнала выбирает четное, при которых на его выходе появляется сигнал сброса схемы 22 выбора шага коррекции усиления,бла- 5 годаря этому выбирается наименьший шаг коррекции. Лве из четырех комбинации соответствуют случаям,когда средний из трех последовательных, грубых отсчетов опорного сигнала то больше или меньше соседних на величину, превышающую заданный порог.

Еще две комбинации соответствуют случаям резкого скачка опорного сигнала, возникающего при пропа- ы дании сигнала или при его первом появлении. В этих случаях выбор большого шага коррекции задерживается до подтверждения уровня сигнала в следующем грубом отсчете опор- о ного сигнала. Работающий таким образом анализатор огибающей сигнала увеличивает запас устойчивости контура автоматическои регулировки усиления при случайных одиночных ы возмущениях огибающей опорного сигнала и при наличии импульсных помех, По окончании процессов, связанных с анализом огибающей опорного сигнала и выбором шага коррекции зо усиления, распределитель управляющих имтульсов 9 выдает импульс опроса индикатора ХО рассогласования, и с этого момента начинается собственно коррекция усиления. Для этого момента в индикаторе рассогласования хранился потенпиал, равный амплитуде опорного сигнала на выходе опорного усилителя 5. В зависимости от того. каков этот потенциал 40 по сравненйю с эталонным напряжением индикатор рассогласования разрешает прохождение ивпульса опроса на вход реверсивного счетчика Ха и предписывает ему Режим вычитания,в 4> соответствии с чем содержимое реверсивного счетчика будет уменьшено на число импульсов, укладывающихся в определенном интервале времени,причем частота заполнения интервала определяется ранее выбранным шагом 9 коррекции усиления. !1ри уменьшении числа, хранящегося в реверсивном . счетчйке J4, уменьшается величина ослабления в аттенюаторах опорного усилителя 5 и, тем самым, на его выходе увеличйвается опорный сигнал.

Если же амплитуда опорного сигнала больше эталонного напряжения, потенциал преобразования в индикаторе рассогласования ХО будет уменьшен о величины эталонного напряжения. ри этом будет разрешен режим сложения в реверсивном счетчике Х4, и

6 в опорном усилителе 5 будет введено дополнительное ослабление. Амплитуда опорного сигнала удержйвается, таким образом, на уровне эталонного напряжения, причем число иытульсов поправки содержимого реверсивного счетчика Х4 в каждом цикле тем больше, чем больше амлитуда опорного имйульса отличается от заданного уровня.

Синхронно с изменениями ослабления в аттенюаторе опорного усилителя 5 происходит регулировка сопротивлений нагрузки диодов фотоприемника I. При увеличении интенсивности лучйстого потока сопротивление нагрузки уменьшается. При этом в усилителе отсчета Х7 опорного сиг- нала уменьшается ослабление. Благодаря этому обеспечивается постоянство порогов срабатывания регистра

Х8.

Поскольку аттенюаторы корректирующих 3, 4 и опорного Ь усилителей переключаются одновременно, коэффициенты усиления сигналов смещения пятна К и К оказываются равными коэффициенту усиления Ко опорного сигнала. Амплитуды усиленных импульсов зайовинаются в виде потенциалов в координатных б, 7 и опорном 8 преобразователях.

uo — K оао

Uf х х

IJ - К„ау- К ау

Выходные блоки вычитания Х2 и

13 обеспечивают на выходе напряжения U и 0„, которые не зависят от величины лучистого потока и характеризуют только величину и знак смещения пятна по координатным осяме

Грубая и точная коррекция усиления в контуре автоилической регулировки усиления (АРУ) осуществляется неодновременно. Большие поправки грубой коррекций вводятся в реверсивный счетчик Х4 тогда, когда опорный сигнал на выходе опорного усилителя 5 либо мал, чтобы преодолеть амплитудный порог индикатора рассогласования ХО, либо настолько велик, что ограничйвается опорным усилйтелем 5. В этом случае индикатор рассогласования указывает только знак рассогласования опорного сигнала с эталонным напряжением, а величину рассогласования определяет схема сравнения кодов 2Х. ilpa этом импульс на выходе индикатора рассогласования имеет постоянную s

727 входы которых соединены с выхсщои распределителя управляющих импульсов, связанного тем же выходом с первым входом индикатора рассогласования, два других входа которого соединейы соответственно с выходом опорного усилителя и выходом источника эталонного напряжения, два выходных блока вычитания, подключенных первыми входами к выходам координатных преобразователей, а вторыми входами — к выходу опорного преобразователя, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с соответствующи= ми выходами индикатора рассогласования, выход старших разрядов реверсивного счетчика связан через преобразователь кодов с первыми регулировочными входами опорного и координатных усйлителей, вторые регулировочные входы которых соединены с выходом младших разрядов реверсивного счетчика, отличающееся тем, ;что, с целью повйшени,". быстродействия и расширения динамического диа:пазона работы устройства, в него введен блок нелинейной коррекции усиления, управляющий вход которого соедийен с выходом распределите.ля управляющих имтульсов, а опорный и регулировочный входы подключены COOT$8TCTB8HHO К ОПОРНОМУ ВЫХОДУ сумматора и выходу преобразователя кодоВ кодовые выходы блока нелинейно3 коррекции усиления соединены с одноименными входами преобразователя кодов, а корректир щий выход подключей к счетному входу реверсивного счетчика.

2. Устройство по и. I отличающееся тем, что блок йелйнейной коррекции усйления содержит усилитель отсчета, входы которого соединены ". Опорнйм и регулировочным входами блока, два регистра, первый из которых соединен входами с выхо дами усилителя отсчета, а второй— ,входом с основным выходом первого регистра, анализатор огибающей опор,.ного сигйала, два входа которого подключены к Выходам регистров, а третий вход связан с управляющим входом блока, схему сравнения кодов,,кодовые входй которой соединены с соответствующими выходами первого, регистра, а выходы подключены к кодовым выходам блока, схему выбора шага коррекции усиления, первый вход которой соединен с выходом ана лизатора огибающей опорного сигнала, .второй — с выходом схемы сравнения кодов, а выход — подключен к корректирующему выходу блока. максиьально возможную для него длительность, заданную скоростью коррекции потеншмла. Величина вводимой поправки пропорпиональна частоте импульсов на выходе схемы выбора шага коррекции усиления 22, а частота зависит от разности чисел на входе схемы сравнения кодов 2Х.

Грубая поправка вводится практически за одну коррекцию. Точная кор- 1о рекция усиления осуществляется при условии, что опорный сигнал больше амплитудного порога срабатывания индикатора рассогласования 10, но меньще напряжения ограничения опор- 15 ного усилителя 5. Это условие выполняется при равенстве кодов на входах схемы 2 сравнения кодов.

При этом схема выбора шага коррекции усиления 22 выбирает наимень- ю ший шаг коррекции. Частота импульсов на счетном входе реверсивного счетчика I4 оказывается постоянной и минимальной из всех частот, имеющихся в схеме выбора шага коррекции 5 усиления 22. Теперь пропорционально разности между опорным сигналом и эталонным напряжением меняется длительность импульса, указывающего знак рассогласованйя на выходе индикатора IG рассогласования.

Таким образом, поскольку шаг коррекции усиления сигналов неодинаков при точной и грубой коррекции заВисимость между Величиной вводимой поправки и величиной об, наруженного рассогласования в опор ном усилителе 5 оказывается нелинейной: чем больше рассогласование, тем больше приращение поправки.

Благодаря введению блока нелинейной коррекции усиления I6 предлагаемое устройство отслеживает изменения интенсивности лучистого потока за меньше8 число циклОВ 45 коррекции, чем в известных устройствах, что особенно важно при больших паузах между импульсами сигнала ф

ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I. Устройство для определения положейия светового пятна на плоскости, содержащее фотодиодный пози-. пионно-чувствительный приемник из-, лучения выходами соединенный с со- 55 ответствующими входами сумматора, координатные и опорный выходы кото-; рого подключены соответственно к входам координатных и опорного уси- лителей, подключенных выходами к первым входам соответствующих коор-. динатных и опорного преобразовате- . лей "амплитуда-потеняил", вторые

447727

Составитель Ю» КОЭЯОВ

Редактор Я»ppgggy ТехредКдраядвШО щ корректор Я.СтЕПаНОва

Заказ Щ3 Изд. М Тираж бк4 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

Москва, 1l3035, Раушская наб. ° 4

Предприятие «Патент>, Москва, Г-59, Бережковская н б., ак. 24