Оптико-электронное устройство пространственного позиционирования Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и служит для бесконтактного пространственного позиционирования различных объектов относительно заданной в пространстве отсчетной базовой плоскости, а также для управления прямолинейным перемещением различного типа машин и при бесконтактном высокоточном взаимном автоматическом позиционировании различных узлов и блоков.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости путем формирования опорного сигнала по интегральной оценке фазы нормирующего сигнала, частота которого в два раза ниже частоты основного сигнала, и фазовой автоподстройки частоты.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Оптико-электронное устройство пространственного позиционирования содержит прожектор 1 с двумя управляемыми источниками 2 излучения и оптическим блоком 3, блок 4 питания прожектора 1, состоящий из генератора 5 противофазных импульсов и генератора 6 синфазных импульсов, выходы которых подключены к управляемым источникам 2, приемный блок 7, содержащий последовательно включенные приемник 8, излучения, управляемый делитель 9, широкополосный предварительный усилитель 10, избирательный усилитель 11, основной синхронный детектор 12, пиковый детектор с схемой 13 сравнения и источником 14 напряжения сравнения.

Устройство содержит также счетный триггер 15, включенный между генераторами 5 и 6. В приемный блок входят также счетные триггеры 16 и 17, подключенные к основному синхронному детектору 12, дополнительные синхронные детекторы 18 и 19, соединенные между собой и с выходом усилителя 10, фильтры 20 и 21 нижних частот, включенные соответственно после детекторов 18 и 19, управляемый генератор 22, включенный между фильтром 20 и триггером 16 и фазовращатель 23, включенный между триггером 17 и детектором 19.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал А ( и Асо°) генератора 5 используется для формирования равносигнальной зоны в пучке лучей прожектора 1, а выходной сигнал (соо), причем , генератора 6 синфазных импульсов используется для формирования в пучке лучей прожектора 1 нормирующего сигнала, из которого в приемном блоке 7 выделяется опорный сигнал, необходимый для работы основного синхронного детектора 12. В соответствующих шинах питания В и Г управляемых источников 2 излучения формируются два импульсных тока: Л(2шо + , Л(2ю°) + ((оо).

После прохождения модулированного излучения через оптический блок 3 на оптическом выходе прожектора 1 формируется поток лучей, обладающий равносигнальной

зоной с нормирующим сигналом. Приемник 8 излучения, находясь в области пучка лучей прожектора 1, преобразует энергию модулированного излучения во временной

электрический сигнал Д, имеющий вид

У(0д ,/гЛ(2(оо) +/,fi(o)o) + 5ш, где 7 - коэффициент передачи энергии по

оптическому тракту; /I- информативный параметр, величина и знак которого зависят от величины и направления смещения

приемника 8 излучения по отноще- нию к равносигнальной зоне; 8ш- сигнал помехи (щума). Сигнал {/(/)д через управляемый делитель 9, широкополосный предварительный усилитель 10, избирательный усилитель 11 поступает на основной вход основного синхронного детектора 12. Для работы основного синхронного детектора 12 необходимо на его опорный вход подать опорный сигнал,

формируемый из нормирующего сигнала (меандра), частота которого ниже в два раза, чем основной сигнал Е. Это позволяет осуществить его помехоустойчивое формирование, а следовательно, и помехоустойчивое выделение информативного параметра Л.

При этом также осуществляется синхронное детектирование нормирующего сигнала, что обусловливает помехоустойчивую стабилизацию коэффициента ki, осуществляемую контуром стабилизации нормирующего сигнала, включающего в себя схему 13 сравнения, источник 14 напряжения сравнения, управляемый делитель 9, широкополосный предварительный усилитель 10, второй синхронный детектор 19, второй фильтр 20 нижних частот.

Помехоустойчивое выделение опорных сигналов Ж и Е для второго и основного синхронных детекторов 19 и 12 осуществляется благодаря введению контура фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), содержащего первый синхронный детектор 18, выход

0 которого через первый фильтр 20 нижних частот, управляемый генератор 22, второй 16 и третий 17 счетные триггеры подключен к своему опорному входу. Контур ФАПЧ обладает высокой помехоустойчивостью, обусловленной наличием в его составе фильт ры 20 нижних частот, что позволяет значительно уменьшить влияние помех на частоту сигнала управляемого генератора 22, а следовательно, и на частоту опорных напряжений, которые формируются с помощью втоQ рого 16 и третьего 17 счетных триггеров и фазовращателя 23.

Рассмотрим работу контура ФАПЧ. Предположим, что приемник 8 излучения находится в равносигнальной зоне пучка лучей прожектора 1, тогда в его выходном сиг5 нале U(t) будет содержаться только нормирующий сигнал (шо) совместно с сигналом шума 5ш. Этот сигнал через управляемый делитель 9 и щирокополосный усилитель 10 поступает на основной вход пер0

5

вого синхронного детектора 18. Первый синхронный детектор 18 сравнивает частоту нормирующего сигнала с частотой выходного сигнала Л третьего счетного триггера 17 и формирует сигнал фазового рассогласования. Если частота соо и частота сигнала Л не равны, то сигнал фазового рассогласования после прохождения через первый фильтр 20 нижних частот воздействуют на управляемый генератор 22, приближая частоту сигнала Л к частоте нормирующего сигнала юо. В нормальном режиме обратная связь в контуре ФАПЧ поддерживает постоянный фазовый сдвиг между частотой нормирующего сигнала и частотой сигнала Л равный 90°. Опорный сигнал Е формируется на выходе второго счетного триггера 15, причем он находится в фазе или противо- фазе с основным сигналом. Для нормальной работы второго синхронного детектора 19 на его опорный вход необходимо подать опорный сигнал Ж, сдвинутый по фазе по отношению к нормирующему сигналу на О или 180° (с этой целью введен фазовращатель 23 на 90°, на первый вход которого поступает опорный сигнал Е, а на второй вход - опорный сигнал Л). Фазовращатель 23 может быть выполнен на логической схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, которая осуществляет логическое преобразование опорных сигналов Е и Л в опорный сигнал Ж согла,сно логическому уравнению Ж Е-Л+ ЕЛ, что эквивалентно дополнительному сдвигу по фазе опорного сигнала Л на 90°). Второй синхронный детектор 19 осуществляет двухполупериодное выпрямление нормирующего сигнала (юо) и с помощью второго фильтра 21 нижних частот формирует его среднее арифметическое значение, что позволяет значительно умень- щить влияние S на стабильность работы контура стабилизации уровня нормирующего сигнала. Выходной сигнал второго фильтра 21 нижних частот через схему 13 сравнения поступает на параметрический вход управляемого делителя 9. Схема 13 сравнения осуществляет сравнение уровня выпрямленного среднего арифметического значения нормирующего сигнала с задаваемым уровнем источника 14 напряжения сравнения. Сигнал рассогласования, снимаемый с выхода схемы 13 сравнения, изменяет коэффициент передачи управляемого делителя 9 таким образцом, чтобы скомпенсировать изменение уровня нормирующего сигнала kiRE(). Благодаря этому стабилизируется коэффициент передачи энергии по оптическому тракту k и, следовательно, осуществляется помехоустойчивая стабилизация статической характеристики всего устройства.

5

Формула изобретения

Оптико-электронное устройство пространственного позиционирования, содержащее прожектор с двумя управляемыми источни0 ками излучения и оптическим блоком, блок питания прожектора, состоящий из генератора противофазных импульсов с тремя выходами и генератора синфазных импульсов с двумя выходами, соответствующие выходы которых подключены к двум управляемым источникам излучения, приемный блок, состоящий из последовательно соединенных приемника излучения, управляемого делителя, широкополосного предварительного усилителя, избирательного усилителя и основ0 ного синхронного детектора, пикового детектора со схемой сравнения и источником напряжения сравнения, параметрический вход управляемого делителя подключен к выходу схемы сравнения, первый вход которой соединен с источником напряжения

5 сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, оно снабжено тремя счетными триггерами, двумя дополнительными синхронными детекторами, двумя фильтрами нижних частот, управляемым генератором и фазовращателем, первый счетный триггер включен между третьим выходом генератора противофазных импуль сов и входом генератора синфазных импульсов, а основные входы первого и второго дополнительных синхронных детекторов соединены с выходом широкополосного предварительного усилителя, при этом выход первого дополнительного синхронного детектора через первый фильтр нижних частот подключен к входу управляемого генератора, выход которого через последова0 тельную цепь из второго и третьего счетных триггеров подключен к опорному входу первого дополнительного синхронного детектора и первому входу фазовращателя, выход которого соединен с опорным входом второго дополнительного синхронного де5 тектора, а второй вход связан с выходом второго счетного триггера и опорным в.хо- дом основного синхронного детектора, причем выход второго дополнительного синхронного детектора через второй фильтр

j нижних частот присоединен к второму входу схемы сравнения.

0

Вых од

Изобретение относится к измерительной технике и служит для пространственного позиционирования. Целью изобретения является повышение помехоустойчивости за счет того, что в приемном блоке предлагаемого устройства опорный сигнал формируется в результате интегральной оценки фазы нормирующего сигнала, частота которого в два раза ниже частоты основного сигнала, с помощью контура фазовой автоподстройки частоты ФАПЧ местного управляемого генератора непрерывных колебаний. Постоянная времени первого фильтра нижних частот, который является составной частью контура ФАПЧ, обусловливает время интегральной оценки фазы нормирующего сигнала по отношению к фазе опорного сигнала, формируемого на выходе третьего счетного триггера ФАПЧ, вход которого через второй счетный триггер соединен с выходом управляемого генератора. Фильтр нижних частот (ФНЧ) обладает памятью, т. е. постоянной времени, в результате чего при пропадании нормирующего сигнала на выходе ФНЧ некоторое время будет присутствовать сигнал оценки фазового рассогласования, и в результате частота и фаза выходного сигнала управляемого генератора, а следовательно, и опорных сигналов не успевают изменить своего значения. В прототипе в аналогичных условиях формирование опорного сигнала прекращается. 1 ил. S (Л го 4 4 4ib 00 СО