Устройство для вычисления координат светового пятна

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВМДаТЕДЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20.05.75 (21) 2142371/24с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано15.08.76.Бюллетень №30 (45) Дата опубликования описания 30.09.76

Союз Советскик

Социалистических

Республик (11) 525037 (51) М. Кл.

G 01 Б 3/78

Государственный комитет

Сонета Министроа СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.398

{ 088.8) (79) Авторы изобретения

Л.Н. Преснухин, Л.М. )Каворонков и В.Н. Лапенко (71) Заявитель

Московский инстчтут электронной техники (S4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ КООРДИНАТ

СВЕТОВОГО ПЯТНА

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и предназначено для применения в приборах для регистрации положения точечных источников света, в частности источников, излучающих однократные и редко повторяющиеся вспышки света.

Известны устройства для определения положения источников света, содержащие фотоприемники, усилители, элементы задержки, детекторы, блок обработки данных. 1О

Эти устройства обладают недостаточной точностью и аппаратурной сложностью.

Известны устройства для вычисления координат светового пятна, содержащие объектив, в фокальной плоскости которого распо- 15 ложен фотоприемник, выходы фотоприемника через блок усиления подключены ко входу первого блока задержки и ко входам распределителя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом блока пиковых детекторов, алгебраический сумматор, второй блок задержки и устройство автоматического регулирования усиления.

Вследствие запаздывания автоматической регулировки усиления (АРУ) по отношению к изменениям величины лучистого потока положение луча определяется с динамическими ошибками, возрастающими с уменьшением частоты вспышек. Из-за инерцианности устройства АРУ датчик не пригоден для измерения координат источников одиночных импульсов света. Прототип обладает, кроме того, статистическими погрешностями, обусловленными неидентичностью характеристик регулировки коэффициентов передачи четырех каналов усиления.

11елью изобретения является повышение статической и динамической точности вычисления координат светового пятна.

Это достигается тем, что в предлагаемое устройство введены пороговый блок, олок хранения порядков, блок сравнения порядков, блок разделения каналов, блок нормирования мантисс, блок выбора мантисс и цепочка из последовательно соединенщюх усилигелей-ограничителей, вход первого из которых подключен к выходу первого блока задержки, а выходы каждого соединены со входами второго блока задержки и порогового блока. выходы которого через блок хранения поряд525037 ков подклточэж к соответствующим Входам блока выбора мантисс и ко входам блока сравнения порядков, выходы которого подключены к управлятошнм входам блока.формирования мантисс, выходы второго блока задержки через последовательно соединенные блок выбора мантисс, блок разделения каналов, блок пиковых детекторов и блок нормирования мантисс подключены ко входу. алгебраического сумматора, выходы распре- 10 делителя импульсов соединень. ""-у,правляюшими Входами блока разделения каналов и блока хранения порядков, На фиг. 1 — показана структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — прину ципиальная схема блока выбора мантисс и блока разделения ка1талОВ> HG фиГ. 3 - Временная диаграмма раоот- 1 устройства.

Устройство для вычисления координат светового пятна (фиг, 1) содержит объек- 2О тив 1, позиционно-» увс житель;-ь :й фотоприемник 2 расположенный B йока:.и-ной плос— кости объектива и подключеннлй к Входам блока усилэния 3, Выходы которого соединены с входами первого блока задержки - и Q распределителя имт.у.тьсов 5, К Выходам блока задержки 4 подключен вход первого усНлителя-огрантгчителя 6. В ыходы кажцогo усилителя-ограничителя 6 соединены через второй блок задержки 7 с Входами блока A выбора мантисс 8.;, кроме того, непоседCTB8HH0 CO8giIÍeHbI C СООТВЕТСТВУЮШИМИ ВХ0дами порэгового блока 3. Выходы блска 8 связаны через блок разделения катталов 10 с блОком пиковых детекторов 1 1 „Выходы блОка 9с связаны с ВхОдами блока xpHHGHHH порядков 12 Выходы которого подключены

K ВхОдам управления ОттОК и Выоора мантисс

8 и к Входам,,лоха -,равнэттия порядков 1 3.

Управляющие ВхОды Слонов 1 0 1 1 „1 2 cÎ- 4О эдиттеH6! c BblxGHBIMli p ilclipBgcлитэля „-; Вь (Оды блока пикОВых детектОВОВ 1 1 пОдклюIBHbI к Входам Олока нормирования мантисс

1 4, сВязаннОГО >iiipûÁëÿþglliìH ВхОдами с Выходами Олок Я сраВИОнй(Я пбрядкОВ 1 3„1зыхО- @

gbl блока 14 c0cgHHBHbl с Входами алгебра, 5, Глужат Вбтхода." ти yc I ройс „ " BH Bbl ч тсления координат „

Блок Выбора мантисс 8 Выполнен (см„

Ъ фиг. 2, В виде анелогсвь1х ключей .I 6-20, управлятошие Входы которых соединены чезез Вэнтыти 21-2б с выходами ьлока хранения пОрядков 1 .. Сигнальные ВхОды клтОчей 16-20 подключены к Выходам блока задержки 7.

Ьток разделетптя каналов 10 Включает В себя (фиг. 2) буфэрн1й усилитель 27, вход которого связан с выходами ключей 16-20, 6 а его выход- с первыми Входами аналоговых ключей 28-31, вторые входы которых соединены с выходами. строб-импульсов рас. пределителя 5, 0K нормирования мантисс 14 представляет собой группу из четырех аттенюаторов с коэффициентами передачи, принимающими одно из трех фиксированных значений (1, 1/К и О, где К вЂ” коэффициент передачи усилителя — ограничителя 6 в линейной области) в зависимости от кода на выходе блока сравнения порядков 13, Устройство работает следующим образом.

Изображение источника света в момент вспышки проецируется объективом 1 на фотоприемник 2, Пятно света делится зонами раздела светочувствительных площадок фотоприемника 2 на четыре части. При этом на выходах фотоприемника 2 возникают одновременно четыре импульса, амплитуды которых пропорциональны площадям освещенных частей фотоприемника. Все четыре импульса проходят через блок усиления 3 и суммируются в распределителе 5 (фиг. За), который по сумматорному сигналу формирует импульс управления (Фиг. Зб). Предназначенный для установки в исходное состояние блока хранения порядков 12 и блока пиковых детекторов 11.

Блок задержки 4 обеспечивает развертку выходных импульсов блок.а 3 в последовательность из четырех равноотстоящих Ощ@н От gpyroro по времени импульсов (фиг. Зв), поступающих по одной шине на вход первого усилителя-ограничителя 6. На выходах усилителей — ограничителей 6 появляются импульсы с амплитудами: )ц= М

rge: I. — номер светочувствительной площадки фотоприемнтпса; (=1, 2, 3 4; j — порядковый номер усилителя 6; K - коэффициент передачи усилителя 6 в линейной области.

Если UIJ HpåBbiøàeò уровень ограниче— ния U амплитуды выходного напряжения усилителя 6, то на -Ом выходе порогойвго блока 9 в интервале времени. заданном и -ым строб-импульсом (фиг. Зг), появляется икатульс, записывающий единицу в 3 -ом разряде блока хранения порядков 12. Если ц ц<Ц,, то в J -Ом разряде блока 12 сохран ются цифра "О". В результате в олоке 12 запоминаетсч комбинация нулей и единиц, образуюш,ая единичный код Рт порядка 1 -го импульса, поступившего на л первого усилители- ограиичителя 6. Лмплитудьт имтгульсовтА запоминаияся в блоке задержки (на ьремя формирования кода порядка, а затем импульсыУй одновременно поступают на вхопы блока 8, который в

525037 соответствии с кодом порядка из них Выбирает олько один, а именно тот, который отвечает условию записи амплитуды Й форме с плавающей занятой в нормализованном виде: где: п4 — мантисса числа a, удовлетворяющая двум условиям: i=max U<>" i< Uo>

Р- — порядок числа а. „по модулю равный 1О номеру j -го усилителя 7, с выхода которого снимается импульс с амплитудой п ;;

Р; <О.

Выбор импульса я осуществляется в l5 блоке 8 следующим образом. Код порядка

P. поступает из блока 12 на входы вентилей 21-26 блока 8. Указанные вентили преобразуют единичный код порядка в код"один из " и тем самым открывают только один20 из ключей 16-20 для импульсов и . Импульсу, прошедшему через ключи 16-20, присваивается наименование Al . С помощью аналоговых ключей 28-31 блока 10 (фиг.

Зд, е, ж, и) импульсы ХИ распределяются по четырем каналам в соответствии с индексами и затем запоминаются в аналоговой или пифровой форме в блоке пиковых детекторов 11 (фиг. 3 к, л, м, н).

Для вычисления координат светового пят-ЗО на по результатам измерений импульсов 2< их амплитуды необходимо предварительно привести к одному порядку. С этой целью порядки Р, хранящиеся в блоке 12, поступают в блок 13, где выделяется наибольший З иэ них и определяются разности йр;,=.p-P;;

4 И Я.Я где р = — — Р„..

Обе операции выполняют путем логических сравнений, не прибегая к арифметическимО действиям, что позволяет получать результат практически одновременно с формированием кодов порядков.

Приведение мантисс к одному порядку выиолмяется в блоке 14 путем выбора коэффиВиантов передачи аттенюаторов в соответстии с выражением:

1, если Ьр.„= 0

M = 1/К, если hp =1 5О

0, если hР

Сигналы на выходах блока 14 имеют вид = ь а на выходах алгебраического сумматора 15 из них формируются напряжения (фиг. Зп, р), пропорциональж:е д прямоугольным координатам центра caerv uro пятна:

У "4 Й4 tiц )

"3 ц ч .Е:.),1=1 где Ki„" — масштабный коэффициент напряжения.

Благодаря тому, что для измерения амплитуд Всех четырех импульсов фотоприемника используются одни и те же усилители-ограничители, полностью устраняются статические ошибки, возникающие в прототипе из-за неидентичности коэффициентов передачи отдельных каналов усиления.

Благодаря наличию блока выбора мантисс, блоков формирования, хранения и сравнения порядков, а также блока нормирования мантисс, амплитуды импульсов фотоприемника измеряются дчя каждой Вспышки света при нулевых начальнь. х условиях, то есть независимо от результатов предыдуших измерений. Следовательно, отсутствует зависимость точности измерений от частоты вспышек, полностью устраняются динамические ошибки и обеспечивается возможность измерения координат пятна по одиночным вспышкам света.

Так как усилитель состоит из каскадов с фиксированными коэффициентами передачи, для обработки информации не требуется предВарительная ручная или автоматическая настройка усилителя на ожидаемый уровень сигнала H время Выхода на режим: устройство готово к работа сразу после включения пит""ния. Поскольку отсчеты амплитуд импульсов фотоприемника Выполняются в форме с плавающей запятой, обеспечивается работоспо— собность устройства в широком динамическом диапазоне изменения лучистого; отока.

Предлагаемое устройство более технологично по сравнению с прототипом, так как все аналоговые элементы (усилители и аттенюаторы) имеют фиксированные коэффициенты передачи, не нуждаются в дополнительной настройке при изготовлении. Благодап" этому, ожидается повышение надежности, снижение трудоемкости при сборке и уменьшение расходов на эксплуатацию устройства.

Формула изобретения

Устройство для Вычисления координат светового пятна. содержащее объектив, В фокальной плоскости которого расположен фотопрцамчик, выходы фотоприемника через блок усиления подключены кс входу первого блока задержки и ко входам распределителя импульсов„ выход которого соединен с управляющим входом блока пиковых детекто525037 ров, алгебраический сумматор и второй блок задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности вычисления координат, в устройство введены пороговый блок, блок хранения порядков, блок сравнения порядков, блок разделения каналов, блок нормирования мантисс, блок выбора мантисс и цепочка иэ последовательно соединенных усилителей-ограничителей, вход первого иэ которых подключен к выходу первого блока задержки, а выходы каждого соединены со входами второго блока задержки и порогового блока, выходы которого через блок хранения порядков подключены к соответствующим входам блока выбора мантисс и ко входам блока сравнения порядков, выходы которого подключены к управляющим входам блока цормирования мантисс, выходы второго блока задержки через последовательно соединенные блок выбора мантисс, блок разделения каналов, блок пиковых детекторов и блок нормирования мантисс подключены ко входу алгебраического сумматора, выходы распределителя импульсов соединены с управляющими входами блока разделения каналов и блока хранения порядков.