Светопроекционный дальномер Советский патент 1984 года по МПК G01C3/08 G01C3/10 

11093892

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для измерения расстояний и перемещений объекта, преимущественно от метра до нескольких десятков метров, в опти-5 ческом приборостроении и других областях науки и техники, в частности, для измерения волнения водной поверхности. Известен светопроекционный дально- ю шение

мер, содержащий передающую и приемную ветви с параллельными оптическими осями, в первую из которых входит источник излучения, а во вторую - объектив с -фотоприемником и измерительным is блоком.

В зтом дальномере фотоприемник выполнен в виде линейки фотодиодов, а измерительный блок представляет систему определения конкретного фотодиода, 20 на который проектируется изображение источника Г 3« Однако при разрешении по дальности порядка 10-10 элементов измерительный блок становится чрезмерно сложным 25 И громоздким, что одновременно ведет к снижению эксплуатационной надежности. Кроме того, в этом дальномере зависимость выходного сигнала от рас стояния до объекта является нелинейной, что требует (при указанном разрешении по дальности) дополнительной обработки информации, еще более усло няя конструкцию и эксплуатацию. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство, содержащее передающую и при ную оптические ветви, в первую из ко торых входит источник излучения, а во вторую - объектив,модулирующий диск с профилированным отверстием, фотоприемник и измерительный блок. В известном устройстве оптические оси приемной и передающей ветвей установлены перпендикулярно друг дру гу, профилированное отверстие имеет форму.спирали Архимеда, а выходной сигнал (угол поворота диска) линейно связан с измеряемым расстоянием, что удобно для проведения измерений Г 2. Однако в силу перпендикулярности осей приемной и передающей ветвей база прибора в несколько раз больще измеряемого расстояния, т.е. для измерения расстояний до нескольких десятков метров база должна также состаапять десятки метров, что приводит к слишком большим габаритам дальномера, вследствие чего сразу ограничивается область его применения. Кроме того, в полевых условиях величина столь большой базы будет измешение габаритов за счет уменьшения базы дальномера.

Указанная цель достигается тем, что в светопроекционном дальномере, содержащем передающую ветвь с источником излучения и приемную ветвь с объективом, в фокальной плоскости которого перед фотоприемником установлен вращающийся диск с профилиро-: няться во времени за счет вибраций. изменения температуры и т.д..приводя к соответствующим погрешностям измерений. Целью изобретения является уменьпогрешностей измерений и уменьванным отверстием, оптические оси передающей и приемной ветвей расположены параллешьно профиль отвергстия диск образован дугой окружности, ограниченной симметричными ветвями гиперболической спирали, центр которой совмещен с центром окружности и диска, лежащим на оптической оси приемной ветви. В результате и при параллельных осях-передающей и приемной ветвей (т.е. при малой базе прибора) зависимость выходного сигнала от расстояния до объекта оказывается линейной, что упрощает измерения и уменьшает их погрешности. На фиг. 1 представлена схема предлагаемого дальномераJ на фиг. 2 и 3 варианты построения диска. Дальномер (фиг. 1) содержит источник 1 излучения (например, ОКГ), объектив 2, оптическая ось которого параллельна оптической оси источника 1 и смещена относительно последней на некоторую величину Н (базу прибора), диск 3 (с приводом, обеспечивающим вращение диска с постоянной угловой скоростью Ц)), установленный в фокальной плоскости объектива 2, и измерительный узел 4, состоящий из фотоприемника, измерителя длительности импульсов и регистратора. Исследуемый объект 5 расположен на расстоянии L от объектива 2. Величину Н выбирают,исходя из величины угла ci-Q объектива поля зрения dn объектива 2 и минимальпого измеряемого расстояния L объекта, а фокусное расстояние f объектива 2 выбирают заведомо больше Lpiin в известном устройстве ftigx где -wax максимальное расстояние до объекта,т.е. база заве домо больше, чем в предлагаемом даль номере, поскольку для обычных объективов рад, а L,. Модулирующий диск (фиг. 2) имеет профилированное от верстие ABC, причем линии АВ и ВС представляют участ ки гиперболических спиралей, а линия АС - дугу окружности с радиусом 2 .. 35), при чем центры спиралей и центр окружности совпадают с центром диска, лежащим на оптической оси объектива. Угл определяют положения асимптот, углы ± - угловой размер соответствующих спиралей. Максимальный угло вой размер отверстия равен 2(), а величины , и R ,„ определяют пределы измерения расстояния светово го пятна от оси объектива и связаны сЧдИ Ч следуюп1ими соотнощениями: телу. , У-1 (для фиг. 2) , Rmin o R I/ №О1И о (для фиг. 3). Для некоторого значения R радиаль ной координаты светового пятна величина соответствующей дуги ДЧ(соединяющей линии АВ и ВС внутри отверстия) имеет вид. 4%-- о) (дпяфиг. 2а). 2( (для фиг. 25). Таким образом, для отверстия, изо раженного на фиг. 2, л убывает с возрастанием R, а для отверстия, изображенного на фиг. 3 - возрастает (в обоих случаях линейно). Дальномер работает следующим обазом. Излучение от источника 1 попадает а объект 5 и диффузно отражается от его, при этом часть отраженного изучения фокусируется объективом 2, одулируется диском 3 и попадает на змерительный узел 4, измеряющий лительности If импульсов, возникающих ри модуляции излучения. Эти длительности линейно Связаны с расстоянием о объекта. Если световое пятно в плоскости иска 3 имеет радиальную координату R, то объект находится от объектива 2 на расстоянии L«,HI/R . При этом f Ai. - Г (для фиг. (-,-Ji (для фиг. V I min R минимальные и максимальные измеряемые расстояния до объекта. При изменении Н изменяется диапазон измерений (L , miгl Р неизменности остальных параметров дальномера. Положительный эффект состоит в уменьшении погрешностей и уменьшении габаритов за счет уменьшения базы прибора и неизменности остальных его характеристик (база прибора в предлагаемом дальномере не превосходит 1 м, а в известном - десятки мет ров). Кроне того, уменьшение базы прибор упрощает его эксшауатацию и расширяет область его применения (в частности, дальномер может использоваться для измерения рассто НИИ с носителей, имеющих малые размери для полезной нагрузки, HanpHft ep катеров и т.д.),

СВЕТОПРОЕИШОННЫЙ ДАЛЬНОМЕР содержащий передающую ветвь с источником излучения и приемную ветвь с фиг./ объективом, в фокальной плоскости Которого перед фотоприемпиком размещен вращающийся диск с профилированным отверстием, отличающийся тем, что, с целью уменьшения базы дальномера при сохранении точности и линейности показаний, оптические оси передающей и приемной ветвей расположены параллельно, профиль отверстия диска образован дугой окружности, ограниченной симметричными ветвями гиперболической спирали, центр которой совмещен с центром окружности и диска, лежащим на оптической оси приемной ветви.