Фотоэлектрическое устройство для измерения поперечных смещений относительно направления, заданного световым лучом Советский патент 1983 года по МПК G01C15/12 G01B11/26 

Изобретение, относится к инженерно-геодезическим измерениям, а точ нее к устройствам для измерения поперечных смещений при створных наблюдениях, контроле прямолинейности и плоскостности, а также при других видах определения взаимного положения объектов.

Известны устройства для измерения поперечных смещений относительно направления, заданного световым лучом, например, лучом лазера, установленного на одном конце задаваемой линии, с помоцью устанавливаемого в контролируемых точках прием:ного узла, регистрирующего положение оси светового луча (l3

В таких устройствах может предусматриваться как визуальная, так и фотоэлектрическая регистрация. Но даже и в.последнем случае точность определения ограничена нестабильностью положения энергетической оси задающего пучка.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее узел сообщения сканирующего движения и щелевой ансшизатор с фотоприемником, подключенным к регистрирукядему прибору

через последовательно соединенные резонансный усилитель, настроенный на частоту сканирования, и фазовый детектор. В таком устройстве с помощью фазового детектора, на который в качестве опорного напряжения подается напряжение управления узлом сканирования, определяется не только величина, но направление смеще10ния относительно оси сканирования задающего светового пучка L2J.

Но с подачей опорного напряжения на фазовый детектор связаны определенные затруднения, поскольку

15 необходимо или соединить подвижный щелевой анализатор с узлом сканирования кабельной связью, или какимлибо другим видом связи.

Цель изобретения - упрощение опре

20 деления направления измеряемого смещения.

Для достижения цели в устройстве к выходу фотоприемника дополнительно подключен резонансный усилитель,

25 настроенный на удвоенную частоту сканирования и соединенный с вторым входом фазового детектора через дополнительный делитель частоты на 2.

Кроме того, с целью обеспечения

30 текущей калибровки и настройки прибора хотя бы одна из шторок щелевого анализатора сделана подвижной. На чертеже приведена функциональ ная схема устройства,,

Ус.тройство содержит последовательно установленные формирователь 1 опорного пучка, узел 2 сканирования и измеритель 3 в виде щелевого анализатора, установленного за ним фотоприемника 4 и последовательно соединенных резонансного усилителя 5, настроенного на частоту сканирования пучка, фазового детектора 6 и регистрирующего прибора 7. В измеритель также введен формирователь опорного напряжения, подключенный к выходу фотоприемника 4 и состоящий из последовательно соединенных дополнительного резонансного усилителя 8, настроенного на удвоенную частоту сканирования пучка,и делителя 9 частоты, вьход которого подключен к входу фазового детектора 6.

При попадании светового сканируемого опорного пучка,в входное отверстие щелевого анализатора 3 на выходе фотоприемника 4 возникает периодический сигнал с частотой сканирования ffj . При совпадении оси сканирования пучка с центром щелевого анализатора 3 амплитуда первой гармоники напряжения на выходе фотоприемного устройства равна нулю, а второй - максимальна. При смещении оси сканирования пучка относительно центра щелевого анализатора 3 в спектре выходного сигнала фотоприемника 4 появляется гармоника с частотой д, амплитуда которой пропорциональна величине смещения, а фаза изменяется на 180° при изменении направления смещения. При этом амплитуда второй гармоники изменяется незначительно, и фаза ее остается неизменной. Напряжение первой гармоники сигнала на выходе фотоприемник 4 выделяется резонансным усилителем 5, настроенным на частоту f, и поступает на сигнальный вход фазового детектора 6. Напряжение второй гармоники на выходе фотоприемника устройства вьщеляется дополнительным резонансным усилителем 8, настроенным на частоту 2 f, и поступает на вход делителя 9 частоты, выполненный например, на триггера, на выходе которого образуется сигнал с частотой fо. Этот сигнал подается в качестве опорного напряжения на фазовый детектор б, выходное напряжение которого измеряется регистрирующим прибором 7. Поскольку при изменении знака направления смещения оси сканирования пучка относительно центра щелевого анализатора 3 фаза первой гармоники напряжения на выходе фотоприемного устройства изменяется на

180

а фаза второй гармоники остается постоянной, то показания регистрирующего прибора 7 изменяют знак.

Следовательно, предложенное устройство позволяет определить как величину, так и направление поперечного смещения центра щелевого анализатора 3 относительно опорного направления, заданного осью сканирования светового пучка. В момент включения прибора делитель частоты, выполненный на триггера, может устанавливаться в произвольное положение, что может привести к изменению |Ьазы опорного напряжения на 180 от включения к включению и, следовательно, нарушить соответствие между знаком смещения и направлением отклонения стрелки регистрирующего прибора 7. Для устранения этого недостатка одна из щторок щелевого анализатора 3 сделана подвижной. При смещении ее происходит смещение в целом щелевого анализатора на определенную величину, и в определенном направлении. Сопоставляя изменение показаний регистрирующего прибора 7 при смещении шторки, можно установить соответствие между направлениями смещения щелевого анализатора 3 и показанием регистрирующего прибора 7, и одновременно осуществить калибровку устройства, так как смещение одной из шторок эквивалентно смещению центра щелевого анализатора 3 на известную величину.

Предлагаемое устройство может работать как в качестве концевого измерителя поперечных смещений, так и промежуточного.

Известно, что при проведении измерений на трассах 100 м и более, объем подготовительных работ составляет 60% от общего объема времени. Использование предлагаемого устройства позволит сократить объем подготовительных работ до 35-40% за счет исключения кабельной связи между сканирующим устройством,установленным в начале трассы, и фазовым детектором измерителя, расположенным

на контролируемой трассе. Кроме того, значительно облегчается и упрощается организация измерений в труднодоступной местности, где вообще не удается проложить кабельную связь (например, водные преграды, расщелины пропасти и т.п.).

Таким образом, устройство позволяет повысить производительность труда и оперативность выполнения измерений.

Формула изобретения

1. Фотоэлектрическое устройство 65 для измерения поперечных смещений

отнсюительно направления, заданного световым лучом, содержащее узел сканирующего смещения луча и щелевой анализатор с фотоприемником, подключенным к регистрирующему прибору через последовательно соединенные резонансный усилитель, настроенный на частоту сканирования, и фазовый детектор, отличающееся тем, что, с целью упрсШ1ения определения направления измеряемого смещения, к выходу фотоприемника дополнительно подключен резонансный усилитель, настроенный на удвоенную частоту сканирования и соединенный с вторым входом фазового детектора через дополнительный делитель частоты на 2.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения текущей калиброаки и настройки регистрирующего прибора, хотя бы одна из шторок щелевого анализатора выполнена подвижной.

I

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Методы и приборы высокочастотных геодезических измерений в строиНедра

тельстве. М.,

1976, с. 248-249.

2. Плошай Л.Л. и др. «выбор оптимальных плрёилетров устройства для измерения прямолинейности i-Оптико-механическая промьтшенность, 1978, №9.

Л

-{IhHIbEKil

п