Устройство для измерения смещения объекта Советский патент 1986 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения смещения объектов от первоначального положения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения смещения объекта от первоначального положения.

Иа фиг. 1 представлена функциональная схема устройства , на фиг. 2- функциональная схема блока управления; на фиг. 3 - принципиальная схема блока памяти} на фиг. 4 - временные диаграммы сигналов, форми- руемых на выходах отдельньк блоков и узлов устройства.

Устройство содержит оптически связанные источник 1 света, состоящий из излучателя 2 и диафрагмы 3, фотоприемник 4, вьшолненньй на основе прибора с зарядовой связью, блок 5 управления, выходы которого соединены с синхронизирующими входами фотоприемника 4, состоящий (фигь 2) из генератора 6, кольцевого счетчика 7, счетчика 8, формирователя 9 импульсов фазы сброса, формирователи 10 импульсов фазы разрешения, формирователя 11 импульсов фазы фото- затвора и формирователя 12 импульсов начала и конца строки, блок 13 выборки вход которого подключен к выходу фотоприемника 4, синхронизирующий вход подключен к вькоду блока 5 управления, блок 14 памяти, вход которого подключен к выходу блока 13 выборлси, синхронизирующие входы подключены к выходам блока 5, состоящий из аналого-цифрового преобразователя 15, синхронизированного переключателя 16, оперативного запоминающего устройства 17 и цифроанало- гового преобразователя 18, дифференциальный усилитель 19, входы которого подключены соответственно к выходу блока 13 выборки и блока 14 памяти, блок 20 измерения временного интервала между разнополярными импульсами, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя 19, состоящий из компараторов 21-24, .элементов И 25 и 26, D -триггеров 27 и 28 элемента ИЛИ 29 и двух ЙЗ-триггеров 30 и 31, счетчик 32, i разрешающий и синхронизирующий входы Которого подключены соответственно к выходу блока 20 измерения временного интервала между разнополярными

импульсами и блока 5 управления, регистратор 33, входы которого подключены к выходу счетчика 32, выходам блока 20 измерения временного

интервала между разнополярными импульсами и выходу блока 5 управления, состоящий из регистра 34 памяти, цифрового индикатора 35 и индикатора 36 знака смещения. Измеряется смещение объекта 37, связанного с источником 1 света.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель 2 источника 1 света

освещает диафрагму 3, которая формирует узкий световой поток на поверх- Iнрсть фотоприемника 4. Источник 1 света механически связан с .объектом

--,

37, поэтому при смещении его проис- ходит перемещение светового пятна, . сформированного излучателем 2 и диафрагмой 3, по поверхности фотоприемника 4. Блок 5 периодически формирует сигналы q 1, и (3 кольцевым счетчиком 7, cpR формирователем 9 фазы сброса, Sf сформирова- телем 10 фазы разрешения, ФЗ формирователем t1 фазы фотозатвора для опроса фотоприемника 4, на вы- ходе которого формируются видеоимпульсы, огибающая которых пропорциональна распределению интенсивности освещенности от источника 1 света.

Сигналы, снимаемые с фотоприемника 4, поступают ни вход блока 13 выборки. Поступление сигналов синхронизировано импульсами с блока 5 управления для получения непрерывного, ступенчато изменянщегося напряжения, которое необходимо для нормального функционирования анало- То-цифрового преобразователя 15, на вход которого поступает сигнал от

выборки.

С выхода преобразователя 15 сигнал в цифровом виде при замкнутом переключателе 16 поступает в опера - тивное запоминающее устройство 17,

где и хранится на протяжении всего времени измерения без перезаписи.

После запоминания строки изобра- жения фотоприемника 4 переключатель 16 отключает устройство 17 от

преобразователя 15 и устройство из режима Установка на контроль переводится в режим контроль, в котором происходит .сравнение видеосигна

,

лов из преобразователя 18 и блока 13.

Сигналы с выхода блока 13 выборки и оперативного запоминающего устройства 17 через цифроаналоговьй пре образователь 18 синхронизированно поступают на дифференциальный усилитель 19. Синхронизация осуществляется блоком 5 управления, в результата которой происходит последователь- вое поступление сигналов с этих блоков.

При смещении объекта 37 с источником 1 света на выходе дифференциального усилителя 19 появляется разно- полярный сигнал, характер которого зависит от направления смещения объекта 37 и не зависит от темнового тока фотоприемника 4 и фона. При отсутствии смещения объекта 37 сиг- нал на выходе дифференциального усилителя 19 отсутствует.

При Смещении объекта 37 влево (фиг. 211,,,) ) с выхода .дифференциального усилителя 19 снимается сиг- нал 0,д,|, по положительному импульсу которого срабатывают компараторы 21 и 24.Компаратор 2Г устанавливает через элемент И 25 D -триггер 27 и RS -триггер 31 в единичное состоя- ние на прямом выходе, которое через элемент ИЛИ 29 разрешает счет импульсов заполнения U тактового генератора 6 счетчику 32. Компаратор 24 не изменяет состояние D -триггера 28, так как в начальном состоянии на прямом выходе D -триггеров 28 присутствует логический О. По отрицательному импульсу срабатывают компараторы 22 и 23. Компаратор 23 ус- танавливает Ifj -триггер 27 в нулевое состояние, которое через элемент РШИ 29 запрещает счет счетчику 32. S -триггер 28 не изменяет состояния, так как импульс от компарато- pa 22 не проходит через элемент И 26, установленный в состояние Запрет RS триггером 31 при срабатывании компаратора 21.

По импульсу окончания строки к (2) цифровой код счетчика 32 и состояния RS -триггеров 30 и 31 записываются в регистр 34 памяти. Информация, записанная в регистре 34 памяти, высвечивается ка цифровом индикаторе 35 и на индикаторе 36 знака смещения до следующего импуль- са окончания строки U , (7) по кото

5 10

15 20

5 О Q j

0 5

5

1124

рому происходит перезапись информации в регистре 34 памяти. Знак смещения сигнала соответствует логическим состояниям R5 -триггеров 30 и 31. Например, при смещении объекта влево на выходе триггера 31 формируется логическая 1, которая через регистр 34 отображается на индикаторе 36 знака смещения.

При смещении объекта 37 с источником 1 света вправо ( и ,(2)) срабатывают компараторы 22 и 23, при этом на прямом выходе D -триггера 28 устанавливается логическая 1, которая через элемент ИЛИ 29 разреща- ет счет импульсов заполнения счетчику 32. На прямом выходе R3 -триггера 30 также устанавливается единичное состояние О о(, а инверсный вы- ход RS -триггера 30 запрещает прохождение импульсов с компаратора 21 на 5 -вход D -триггера 27 через элемент И 25. При поступлении положительного импульса (l.,9jjj)c выхода дифференциального усилителя 19 срабатьшают компараторы 21 и 24, при этом D -триггер 28 устанавливается в нулевое состояние и запрещает через элемент ИЛИ 29 за счет импульсов заполнения ((;, счетчику 32. D -триггер 27 при смещении 37 с . источником 1 света вправо не сработает, так как поступление импульсов на 5 -вход запрещено инверсным выходом R9 -триггера 20 через элемент И 25. По окончанию опроса фотоприемника 4 формирователем 12 вырабатывается импульс, по которому происходит перезапись цифрового кода счетчика 32 и состояний R5 -триггеров 30 и 31 в регистр 34 памяти. - Информация, записанная в регистр 34 памяти, отображается на цифровом индикаторе 35 и на индикаторе 36 знака смещения.

Таким образом, код и выходе счетчика 32 пропорционален смещению объекта 37 от первоначального положения, а состояния прямых выходов ; RS -триггеров 30 и 31 определяют знак смещения, что и отражается регистратором 33.

Блок 14 памяти работает следу о- щим образом,

С выхода счетчика 7 поступают фазные.импульсы на устройство 17, которое формирует импульсы для запуска аналого-цифрового преобразрва51

теля. Видеосигнал, поступающий на вход аналого-цифрового преобразователя 15 от блока 13 выборки, преобразуется в цифровой эквивалент, который по импульсу Конец преобра- зования блока 15 записывается в микросхемы памяти устройства 17. Запись цифрового эквивалента осуществляется при наличии импульса разрешения от переключателя 16. Фор- мирование Импульса разделения с переключателя 16 осуществляется нажатием кнопки Установка на контроль и синхронизируется импульсом начала строки от формирователя 12. Таким образом, переключатель 16 дает разрешение записи всей строки фотоприемника 4 в устройство 17 и при приходе второго импульса начала строки переключатель 16 запрещает запись информации в устройство 17. После записи информации в устройство 17 синхронно с опросом фотоприемника 4 осуществляется считывание записанной информации из устройства 17. Синхронизация осуществляется за счет сброса счетчиков устройства 17 по окончанию строки импульсом от формирователя 12 и тактированием этих счетчиков импульсами фазных сигналов фотрприемника 4, которые поступают из счетчика 7, Цифровой эквивалент видеосигнала поступает с выхода уст- ройства 17 на цифроаналоговьй преобразователь 18, где преобразуется в аналоговый сигнал, который поступает на вход дифференциального усилителя 19.

12Ь

Использование предлагаемого устройства позволяет измерять величину смещения положения объекта от первоначального положения и определять знак смещения независимо от первоначального положения объекта относительно фотоприемника.

Формула изобретения

Устройство для измерения смещения объекта, содержащее оптически связанные источник света, фртоприем- ник, вьтолненньй на основе прибора с зарядовой связью, блок выборки, вход которого подключен к выходу фотоприемника, блок измерения временного интервала, счетчик, регистратор, вход которого подключен к выходу счетчика блок управления, выходы которого соединены с синхронизирунлцими входами. фотоприемника,, блока выборки, блока измерения временного интервала и счетчика, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения смещения объекта от первоначального положения, оно снабжено блоком памяти, вход которого подключен к выходу блока выборки, дифференциальным усилителем, входы которого подключены соответственно к выходу блока .выборки и блока памяти, блок измерения временного интервала выполнен в виде блока измерения вре- менного интервала между разнополяр- ными импульсами, вход которого подключен к выходу дифференциального усилителя.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в бесконтактных датчиках измерения линейных и угловых перемещений различных объектов. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения смещения объекта от первоначального положения. При перемещении объекта световая марка перемещается по светочувствительным площадкам фотоприемника, преобразующего распределение освещенности с помощью блока выборки в видеосигнал. В исходном положении объекта опорный видеосигнал запоминается блоком памяти. При перемещении объекта относительно исходного положения разностный видеосигнал выделяется дифференциальным усилителем и поступает на блок измерения временного интервала между разнополярными импульсами, выделяющий временной интервал, пропорциональный смещению объекта относительно первоначального положения. Временной интервал заполняется имп ульсами, поступающими из блока управления, и подсчитывается счетчиком. Величина перемещения объекта и знак перемещения индицируется регистратором. 4 ил. с в Л

fMa SnoKJ2

Фиг.1

На усгроОст- ffl/7

На ЬлокиЮ .

ОлонЗЗ

0m {лола 7

От 5«(жа И

-(Л

-ГК 1 HaSmna

ФигЗ

От Z

fl пП

Л

Г

Редактор И.Шулла

Составитель Т.Айсин Техред H.rionOBvni

Заказ 5112/39 Тираж 670Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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

и

П. 8 Я

л

Фиг-Ч

Корректор М.Максимишинец