Фотоэлектрический преобразователь угла крена объекта Советский патент 1986 года по МПК G01C9/06 

Изобретение относится к устройствам для измерения геометрических величин и может быть использовано в системах, автоматики и контроля для определения положения объекта в пространстве.

Цель изобретения - повышение точности измере О1Й путем исключения погрешности, обусловленной наличием и дрейфом темновых составляющих сигналов фотоприемников, а также путем получения сигнала, пропорционального углу наклона объекта.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Фотозлектрический преобразователь угла крена объекта состоит из светоизлучателей 1 и 2, клеммы источника постоянного напряжения 3, первого и второго фотоприемников 4 и 5, емкости 6 с полупрозрачной жидкостью 7, усилителя постоянного тока 8, перекидного ключа 9, первого ключа 10, конденсатора И, второго ключа 12, первого запоминающего устройства 13, инвертирующего интегратора 14, третьего ключа 15, неииверти- рующего интегратора 16, второго запоминающего устройства 17, четвертого ключа 18, пятого ключа 19, шестого ключа 20, дешифратора 21, мультивибратора 22, счетного триггера 23 и компаратора 24. Первые выводы светоизлучателей 1 и 2 подключены к клемме источника постоянного напряже1шя 3, вторые их выводы через перекидной ключ 9 соединены с общей шиной схемы, фотоприемники 4 и 5 соединены последовательно и чере подвижный и первый неподвижный контакты , первого ключа 10 включены в цепь параллельной обратной связи усилителя постоянного тока 8, вход которого соединен с клеммой источника постоянного напряжения 3, параллельно фотоприемникам через второй неподвижный контакт первого ключа 10 присоединен конденсатор 11, третий неподвижный контакт первого ключа 10 объединен с точкой с) мми{ювания входного сигнала и сигнала обратной связи усилителя 8, подвижный контакт первого ключа 10 соединен также с первым неподвижным контактом второго ключа 12 и входом первого запоминающего устройства 13, выход которого является выходом всего преобразователя, второй неподвижный контакт второго ключа 12 объединен с клеммой источника постоянного напряжения 3, а через свой подвижный контакт, инвертирующий интегратор 14, третий ключ 15 и неинвертирующий интегратор 16 - с третьим неподвижным контактом второго ключа 12, выход инвертирующего интегратора 14 объединен также с первым неподвижным, а через второе запоминаю

5

0

5

0

щее устройство 17 - - вторым неподвижны. контактами четвертого ключа 18, подвижный контакт которого подключен к дополнительному суммирующему входу инвертирующего интегратора 14, а через пятый ключ 19 - к вычитающему входу неинвертирующего интегратора 16, суммирующий вход которого через шестой ключ 20 объединен с общей шиной схемы, управляющие входы первого 10, второго 12, третьего 15, четвертого 18. пятого 19 и щестого 20 ключей, а также первого 13 и второго 17 запоминающих устройств через деишфратор 21 подключен к парафаэ- ным выходам мультивибратора 22, соединенного с ним счетного триггера 23 и компаратора 24, один из входов которого соединен с общей щиной схемы, а второй - с выходом неинвертирующего интегратора 16.

Преобразователь работает циклически, причем длительность цикла равна двум периодам выходного напряжения мультивибратора или четырем его полупериодам, из которых два полупериода используются на получение иифор- .мации с фотоприемников, третий полупериод отводится на установку начальных условий интеграторов, а в четвертом производится вычисление угла наклона.

Пусть в первом полупериоде ключ 9 находится в левом по фиг. 1 положении, при зтом освещается левый фотоприемник 4. Ключ 10 в течение двух первых полупериодов находится в верхнем положении. Для напряжения на выходе усилителя 8 при зтом справедливо соотношение

35

8,,.и,,

(1)

40

45

SS

50

где II д - напряжение на выходе 8 в первом

полупериоде;

11п4 полезная (зависящая от светового потока) составляющая напряжения фотоприемника 4;

UT.UTE- темновые (в отсутствие светового потока) составляющие напряжений фотоприемников 4 и 5. Во втором полупериоде световой поток создается лишь излучателем 2 и на выходе усилителя 8 напряжение имеет величину

(2)

В течение зтих полупериодов ключи 10 и 12 находятся в верхнем положении, ключ 19 - в нижнем, ключи 15 и 20 замкнуты, ключ 18 в первом полупериоде находится в верхнем, а во втором полупериоде - в нижнем положении, запоминающее устройство 17 запоминает напряжение

iJa/i.-Ue,,

где К, - коэффициент передачи усилителя постоянного тока (на основе интегра- тора 14) с параллельной обратной связью Во втором полупериоде на выходе этого же

уснлителя действует напряжение

Ui,-,-U8, ,

а на выходе усилителя интегратора 16 - разностное напряжение

Uir i- i(U8rU8j, где kj - коэффициент усиления усилителя на

основе интегратора 14.

С учетом выражений (1) и .(2) напряжение и ,g имеет величину,.

U,,k,-k,(u -Un5b

т.е. оказывается пропорциональным разности световых потоков, определенной разностью слоев жидкости для пар 1,4 и 2,5, и не содежит темновых составляющих t , И т j

В третьем полупериоде ключи 15 и 20 раз- мыкаются, ключ 19 переводится в верхнее, положение, поэтому интегратор 16 переходит в режим памяти. Одновременно ключ 10 переводится в нижнее положение, конденсатор . 11 разряжается (на нем существует напряжение предыдущего такта, как это видно из временных диаграмм на фиг. 2). Ключ 12 переводится в среднее положение, ключ 18 - в верхнее, и в интегратор 14 записывается напряжение

U,k,. и,

где U - напряжение источника постоянного

напряжения 3 ,

В четвертом (вычислительном) полупериоде ключ 12 переходит в нижнее положение, ключ 18 размыкается, ключ 15 замыкается, ключи 19 и 20 сохраняют свое состояние. Интеграторы 14 и 16 с введенными начальными условиями и, и U,g при этом образуют замкнутый контур. Выходное напряжение интегратора 16 меняется по закону

U,(,,, (3)

где с) - частота, определяемая постоянными и, и Ui интеграторов 14 и 16.

СО Преобразуя выражение (3), полу(аем

11.а)лГиТТ -51п со1-СХГ.Ч .

Момент i , соответствующий определяется из соотношения

- i . « ut arclg -.

Отсюда, используя выражение

U,6

15

20

р

30 35

о 5

50

55

d U,

С началом четвертого такта ключ 10 переводится в среднее положение, и на выходе усилителя 8 имеет место линейно нарастающее напряжение

Ug(-t) k.t,

где - коэффициент передачи интегратора, образованного на основе усилителя 8 и конденсатора 11.

В момент t оно оказывается пропорциональным величине

arctc

и

11 U,

Момент t фиксируется компаратором. 24. В момент перехода сигнала U (t) через ноль напряжение U (f) запоминается запоминающим устройством 13.

Это напряжение .будет пропорционально углу крена объекта.

На фиг.. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя при разных углах наклона объекта.

Временные диаграммы на фиг. 3 поясняют работу устройства в вычислительном такте (см. выделенные участки диаграмм) при введении начальных услови 11( разных знаков.

Таким образом, предлагаемое устройство вырабатывает сигр1ал, пропорциональный углу крена объекта и не содержащий составляющей, обусловленной наличием и дрейфом темновых составляющих фотоприемников.

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь угла крена объекта, содержащий два светоизлучате- ля, первые выводы которых объединены с клеммой источника постоянного напряжения, два фотоприемника, емкость, частично заполненную полупрозрачной жидкостью, усилитель постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерений путем исключения погрещности, обусловленной наличием и дрейфом темновых составляющих сигналов фотопрнемников, а также путем получения сигнала, пропорционального углу наклона объекта, он снабжен перекидным ключом, конденсатором, шестью ключами, двумя запоминающими устройствами, дешифратором, инвертирующим и неинвертирующим интеграторами, мультивибратором.

триггером и компаратором, причем вторые вьшоды светоизлучатепей через перекидной ключ соединеиы с общей ишной схемы, фото- приемники соединены последовательно и через подвижный и первый неподвижный контакты первого ключа включены в цепь параллельной обратной связи усилителя постоянного тока, вход которого соединен с клеммой источника постоянного напряжения, параллельно фотоприемникам через второй неподвижный контакт первого ключа присоединен конденсатор, третий неподвижный контакт первого ключа объединен с точкой суммирования входного сигнала и сигнала обратной связи усилителя постоянного тока, подвижный контакт первого ключа соединен также с первым неподвижным контактом второго ключа и входом первого запоминающего устройства, второй не подвижный контакт второго ключа объединен с клеммой источника постоянного напряжения, а через свой подаижный контакт, инвертируюS

1 П П г П П в г .

идай интегратор, третий ключ и неинвертирующий интегратор - с третьим неподвижным контактом второго ключа, выход инвертиру- ющего интегратора объединен также с первым неподвижным, а через второе запоминающее устройство - с вторым неподвижным контактами четвертого ключа, подвижный контакт которого подключен к дополнительному

суммирующему входу инвертирующего интегратора, а через пятый ключ - к вычитающему входу неинвертирующего интегратора, суммирующий вход которого через шестой ключ объединен с общей щиной схемы, управляющие входы первого, второго, третьего, четвертого, пятого, щестого ключей, первого и второго запоминающих устройств через дешифратор подключены к парафазным выходам мультивибратора, соединенного с ним счетиого

триггера и компаратора, один из входов которого соединен с общей шиной схемы, а второй - с выходом неинвертирующего интегратора

.

C«W ,Фиг.З

Редактор А, Огар

Составитель М. Васильев

Техред И.ПоповичКорректор А, Обручар

Заказ 1938/37 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий M303S, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерению гео- иетрических величин и может найти применение в системах автоматики и контроля для определения положения объекта в пространстве. Пель изобретения - повышение точности измерений. Устройство содержит светоизлучатели 1 и 2, фотоприемники 4 и 5, емкости 6 с полупрозрачной жидкостью 7, усилитель постоянного тока 8. Устройство содержит также перекидной ключ 9, ключи 10, 12, 15, 18, 19 и 20, запоминающие устройства 13 и 17, конденсатор 11, инвертирующий 14 к неинвертируюм ший 16 интеграторы, дешифратор 21, мультивибратор 22, счетный триггер 23 и компаратор 24. Введение новых элементов и образо- вание новых связей между злементами устройства позволяет вырабатывать сигнал, про- порщ{онапьный углу крена объекта и не содержащий составляющую, обусловленную наличием и дрейфом темновых составляющих фотоприемников. 3 ил. (Л / Линия горизонта -- Фиг1