УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ Российский патент 1997 года по МПК G01C1/00 

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, но может быть использовано и в других областях приборостроения, где применяется фотоэлектрический способ считывания информации с круглых и линейных штриховых шкал, а также измерения или преобразования аналоговых величин в цифровой код.

Изобретение позволяет упростить конструкцию и повысить помехозащищенность считывающих оптоэлектронных систем.

Известное устройство для снятия отсчетов по кодовым лимбам содержит источник излучения, конденсор, лимб с кодовыми дорожками и штрихами радиального растра, блок сканирования, блок формирования изображений диаметральных участков растра в плоскости сканирования, в которой размещена штриховая решетка, блок грубого отсчета, генератор опорного напряжения и блок управления /1/.

Известное устройство для декодирования отсчетов по кодовому лимбу, решающее аналогичную задачу, содержит оптико-механический блок, блок датчиков, сканирующий блок, блок усреднения прямого и диаметрально-противоположного точных отсчетов, счетно-логический блок, дешифратор и цифровое табло /2/.

Таким образом, известные устройства для снятия отсчетов фотоэлектрическим способом имеют сложную оптико-механическую схему и электронный блок. Кроме этого, в эти устройствах оптоэлектронная система работает "на просвет", т. е. излучатель и фотоприемник расположены по разные стороны лимба, что ограничивает разрешающую способность системы, т.к. материал лимба рассеивает луч, а также снижается помехозащищенность из-за боковых засветок фотоприемника.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения углов /3/, имеющее цилиндр, на внутреннем периметре которого с интервалом 2 мкм нанесены десять дорожек в виде пятен диаметром 1 мкм, сдвинутых одно относительно другого на отдельных дорожках на 0,1 мкм. На одной дорожке расположены 200000 пятен и 200000 световых полей, отражающих лучи десяти оптоэлектронных систем, каждая из которых содержит полупроводниковый лазер, призму с полупрозрачным слоем, фокусирующую линзу и фотодетектор, принимающий луч лазера, отраженные от полей цилиндра.

Недостатком данного устройства является механически сложная конструкция, из-за большого количества оптоэлектронных систем.

Цель изобретения упростить конструкцию и повысить помехозащищенность считывающих оптоэлектронных систем.

Поставленная цель достигается тем, что в считывающее устройство, содержащее источник излучения, кодовый лимб, фотоприемник и электронный блок включен волоконно-оптический элемент.

Сущность изобретения заключается в том, что светодиоды волоконно-оптического элемента на одном конце попарно объединены посредством градиентных стержневых линз, а свободные концы светодиодов подключаются, соответственно, на фотоприемник и источник излучения.

При этом количество пар светодиодов и каналов фотоприемника соответствует количеству дорожек кодового лимба, а источник излучения является общим для всех дорожек.

Такое техническое решение позволяет упростить конструкцию оптоэлектронной системы, так, из оптоэлектронной системы устройства (3), решающего аналогичную задачу исключаются фокусирующие линзы, призмы с полупрозрачным слоем, а также девять осветителей (полупроводниковых лазеров). Т.е. один волоконно-оптический элемент из 20-ти светодиодов, в устройстве выбранным за прототипа может заменить десять фокусирующих линз, десять призм, и девять полупроводниковых лазеров. Добиться такого эффекта в прототипе без введения дополнительных оптических усложняющих устройств не удается, т.к. для работы устройства необходимо производить фокусировку луча на каждой дорожке.

Повышенная помехозащищенность считывания информации в предлагаемом устройстве достигается за счет того, что весь путь лучей проходит по световодам, где потери в два-три раза меньше, чем в атмосфере. Кроме этого, прямой луч на кодовый лимб, и отраженный на фотоприемник, проходит по разным световодам, а выходные торцы световодов, объединенные с градиентной линзой, расположены на расстоянии долей мм от кодового диска, что исключает возможность боковых и других паразитных засветок т.е. увеличивает отношение "сигнал/шум".

Изобретение обладает существенно новым качеством, а именно позволяет пространственно разнести измерительный прибор с кодовой шкалой и электронный блок на расстояние в несколько метров, причем измерительный прибор и электронный блок соединяются между собой только волоконно-оптическим элементом, без электрических проводов и индивидуальных источников питания в приборе.

Кроме этого, такое устройство обладает высокой технологичностью производства, т.к. изготовление всех узлов легко наладить на специализированных и уже существующих участках.

Функциональная схема изобретения представлена на фиг. 1.

Устройство может быть как одноканальное, так и многоканальное. Для простоты на фиг. 1 показано только два канала, т.е. отсчеты снимаются с двух дорожек кодового лимба, что не меняет сущности устройства. Также необходимо учесть, что снятие отсчетов предлагаемым устройством может осуществляться и с линейной шкалы, изготовленной по технологии кодового лимба.

Устройство содержит кодовый лимб 1 с металлизированными делениями 2, световоды 3 и 4 с градиентными линзами 5, источник излучения 6 - полупроводниковый лазер, коллиматор 7, фотоприемник 8, электронный блок 9.

Устройство работает следующим образом: луч лазера 6 через коллиматор 7 поступает на граданы 10, далее по световодам 3 на градиентные линзы 5 и кодовый лимб 1, отразившись от металлизированных делений 2, луч попадает на градиентные линзы 5, которые направляют его в световоды 4 и далее на фотоприемники 8, где преобразуются в электрические сигналы и подаются в электронный блок 9.

Электронный блок 9 декодирует электрические сигналы и высвечивает результат считывания на цифровом табло.

Устройство кодового лимба не является оригинальным решением и подробно описано в научно-технической литературе. Незначительное отличие заключается только в расположении дорожек и конфигурации пят, что определяется типом конкретного измерительного пpибора, где будет использоваться заявляемое считывающее устройство.

Способ ввода и вывода излучения в волоконно-оптическом элементе также известны, при этом необходимо учесть, что градиентные линзы позволяют сфокусировать параллельный пучок на делениях кодового лимба.

Конструкция фотоприемника и электронного блока определяется типом конкретного измерительного прибора (теодолита, планиметра и т.д.) и строится известны способом, учитывая, что числу кодовых дорожек должно соответствовать количество каналов фотоприемника, а принципиальная электрическая схема электронного блока строится в зависимости от вида и количества разрядов снимаемой информации.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в более простой конструкции считывающих устройств измерительных приборов (теодолитов, планиметров и т.д.), т.е. сокращаются расходы на изготовление прибора.

Использование: геодезическое приборостроение. Сущность изобретения: устройство содержит кодовый лимб с дорожками металлизированных делений, источник излучения, коллиматор, фотоприемник, электронный блок, пары световодов и градиентные линзы. В каждой паре выходные торцы световодов объединены и сопряжены с градиентной линзой, входной торец одного световода сопряжен с источником излучения, входной торец второго световода соединен с фотоприемником. Количество пар световодов и количество фотоприемников соответствуют количеству дорожек кодового лимба. 1 ил.

Устройство для измерения углов, содержащее кодовый лимб с дорожками металлизированных делений, источник излучения, коллиматор, фотоприемник и электронный блок, при этом количество фотоприемников соответствует количеству дорожек кодового лимба, отличающееся тем, что в него введены пары световодов и градиентные линзы, причем в каждой паре выходные торцы световодов объединены и сопряжены с градиентной линзой, входной торец одного световода сопряжен с источником излучения, входной торец второго световода соединен с фотоприемником, а количество пар световодов соответствует количеству дорожек кодового лимба.