Устройство для снятия отсчетов Советский патент 1988 года по МПК G01C1/06 

00 о 4 СП ;0

Изобретение относится к геодезическому приборостроению, в частности к устройствам для автоматических угловых измерений.

Цель изобретенуя - повьш1ение точности.

На фиг. 1 изображена функциональная cxeNta предлагаемого устройства) на фиг. 2 - последовательность форми- рования сигналов в цепи преобразования схемы точного отсчета; на фиг.3 - последовательность формирования сигнала в цепи генератора опорного напряжения .

Устройство содержит источник 1 излучения, конденсатор 2, лимб 3 с нанесенными на него кодовыми дорожками грубого отсчета и штрихаьш радиального растра, блок 4 грубого отсчета, блок формирования изображений диа диаметрально противоположных участко растра в плоскости сканирования, вклчающий блок 5 оптического совмещения

0

вой дорожки. При этом, если точный отсчет равен нулю, то минимум освещенности находится точно в центре чувствительной площадки ПЗС 9. При повороте лимба 3 в пределах элемента младшего разряда кодовой дорожки минимум в плоскости сканирующего блока смещается в зависимости от направления поворота, в ту или иную сторону. Задачей системы точного отсчета является определение величины и направления смещения минимума освещенности в комбинационной картине.

Так как последовательность преобразования информации с выхода обоих ПЗС аналогична, то достаточно рассмотреть этот процесс в одной из цепей преобразования.

Попадая на ПЗС, световой поток вызывает накопление зарядов под чувствительными элементами ПЗС и возникновение потенциалов, величина которых пропорциональна освещенности то

Изобретение относится к устройствам для автоматических угловых измерений. Цель изобретения - повышение точности. Со знаковых выходов реверсивных счетчиков 16 цепей 17 преобразования снимаются сигналы, соответ ствующие знаку числа, находящегося в счетчике 16, которые совместно с сигналами с выходов элементов И 13 цепей 17 преобразования объединяются суммирующим устройством 24, в результате чего с выхода последнего снимается пачка счетных импульсов, равная алгебраической сумме пачек счетных импульсов от цепей 17 преобразования. Сигнал со знакового выхода суммирующего устр-ва 24 поступает на вход регистрирующего устр-ва 26, а сигнал с числового выхода предварительно поступает на вход триггера 25 со счетным входом. В результате на его выходе формируется пачка импульсов, число которых соответствует среднему значению сдвига муаровой картины, которая также поступает на вход регистрирующего устр-ва 26. 3 ил. i (Л

объектив 6 и разделительную призму 7, 25 го или иного элемента. На вход ПЗС 9

штриховые решетки 8, расположенные вблизи плоскости сканирования, блок сканирования, включающий сканирующие элементы 9 в виде приборов с зарядовой связью (ПЗС), генератор 10 считывающих импульсов (геи), две цепи 17 преобразования системы точного отсчета, каждая из которых содержит усилитель 11, пороговьш элемент 12, логический элемент И 13, дополнительные элементы И 14 и 15 и реверсивный счетчик 16. Устройство также содержит счетчик 18, дешифратор 19 и элемент И-НЕ 20, первый триггер 21 и инверсный RS-триггер 22. Элементы 18, 19 и 22 составляют генератор 23 опорного напряжения. Кроме того, в устройство включены сумматор 24, триггер 25 со счетным входом, регистратор 26 и блок 27 управления.

Устройство работает следующим образом.

Изображения диаметрально противоположных участков растра, нанесенного на лимбе 3, формируются блоком 5 оптического совмещения, объективом 6 и разделительной призмой 7 на штриховых решетках 8, в результате чего в плоскости сканирующих элементов образуется комбинационная картина с синусоидальным распределением освещенности, сдвиг которой на один период соответствует повороту кодового диска на один шаг младшего разряда кодо5

подается последовательность импульсов и, с геи 10 (фиг. 2), в результате чего на выходе ПЗС 9 формируется сигнал и 2 в виде пачки импуль0 сов с амплитудой, изменяющейся в соответствии с изменением интенсивности комбинационной картины, т.е. по синусоидальному закону. Эта пачка импульсов далее поступает в цепь 17 преобразования, где усиливается усилителем 11 и подается на пороговый элемент 12, выполнеиньй, например, на основе интегрального компаратора напряжения. Пороговый элемент 12 огf раничивает амплитуду пачки импульсов снизу, пропуская лишь те импульсы, амплитуда которых больше по величине, чем полуразность их максимального и минимального значений. Вследствие этого на выходе порогового элемента 12 формируется сигнал Ug в виде последовательности импульсов постоянной амплитуды, которая поступает на элемент И 13. На второй вход элемента И 13 подается прямоугольное напряжение и с генератора 23 опорного напряжения.

Принцип формирования прямоугольного напряжения состоит в следующем. Генератор 23 опорного напряжения включает в себя счетчик 18, дешифратор 19 и инверсный RS-триггер 22. На счетчик 18 с ГСИ 10 подается та же пачка импульсов U, U,-, , что и на

Е

С

сканирующие элементы 9 (фиг. 3), Счечик 18, работггюший в качестве делителя, последовательно делит поступающие на него импульсы, в результате чего на его выходе формируется шестнадцать импульсов и |7 с равными промежутками между ними, причем первый импульс формируется по истечении 1/16 цикла считывания, а последний - в конце цикла считывания. Эти импульсы подаются на вход дешифратора 19. В первоначальном состоянии на всех шестнадцати выходах дешифратора 19 (за исключением нулевого) имеется сигнал и |Г, , соответствующий логической единице. После поступления на вход дешифратора 19 первого импульса со счетчика 18 на нулевом выходе дешифратора 18 появляется единица, а ноль формируется на первом выходе. После поступления второго импульса ноль формируется на втором выходе, а на первом появляется единица и т.д Четвертый выход дешифратора 19 соединен с S-входом инверсного RS-триг- гера 22, а двенадцатый выход - с его R-входом.

В начале цикла считывания сигнал есть на обоих входах RS-триггера 22 и, следовательно, на его выходе сигнала нет. Как- только на четвертом выходе дешифратора 19 сформируется ноль, RS-триггер 22 открывается и на выходе генератора 23 опорного напряжения появляется сигнал U , - i Этот сигнал имеет место до тех пор, пока не обнулится двенадцатый выход дешифратора 19. Как только это произойдет, RS-триггер 22 закроется и сигнал на выходе генератора 23 опорного напряжения исчезнет. В результате на выходе генератора 23 опорного напряжения сформируется сигнал

и-

и.

в виде прямоугольного меандра с длительностью, равной половине периода считывания , и отстающего от момента начала сканирования на четверть периода (за начало сканирования принимается момент поступления первого считывающего импульса). Этот сигнал поступает на вход элемента И 13, в результате чего на его выходе образуется сигнал Ug в виде пачки импульсов, число которых соответствует величине смещения минимума .комбинационной полосы. Дальнейшее преобразование указанного сигнала позволяет определить направление сме0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

минимума относительно среднего положения. С этой целью сигнал Ug с выхода элемента И 13 (рис. 2) поступает на вход суммирующего арифметического устройства и на входы параллельно включенных элементов И 14 и 15, на вторые входы которых поступает сигнал с триггера 21, который работает следующим образом. На один из его входов в начале каждого цикла считывания поступает сигнал U с блока 27 управления. При этом триггер 21 переключается и сигнал U с него тюступает на элемент И 14. Второй вход триггера 21 соединен через элемент И-НЕ 20 с, восьмым выходом дешифратора 19, сигнал U с которого переключает триггер 21 спустя половину периодасчитьшания, а сигнал с последнего поступает на вход элемента И 15. В результате этого на выходе элемента И 14 формируется сигнал и„ (пачка импульсов ) , а на выходе элемента И 15 - сигнал U(пачка импульсов N). Оба этих сигнала поступают на входы реверсивного счетчика 16, причем сигнал с выхода элемента И 14 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 16, а сигнал с выхода элемента И 15 - на его вычитающий вход. В зависимости от числа импульсов в пачках, поступающих на суммирующий и вычитающий входы счетчика 16, и определяется смещение минимума. Если минимум смещается вправо (рис. 2а), то N N , т.е. со знакового выхода счетчика 16 снимается сигнал, соответствующий смещению минимума со знаком +. Если же минимум смещается влево (рис.26), то N N и состояние знакового выхода меняется на противоположное (например, логическая единица). При отсутствии смещения минимума сигналы Uq и отсутствуют И состояние знакового выхода счетчика 16 безразлично. Таким образом, со знаковых выходов реверсивных счетчиков 16 обеих цепей 17 преобразования снимаются сигналы, соответствующие знаку , находящегося в счетчике, которые совместно с сигналами с выходов элементов И 13 обеих цепей объединяются суммирующим арифметическим устройством (сумматором) 24, в результате чего с выхода последнего снимается пачка счетных импульсов, равная алгебраической сумме пачек счетных импульсов от двух цепей 17 преобразования. Далее по команде с устройства управления сигнал со знакового выход суммирующего устройства (сумматора) 24 поступает непорредственно на вход регистрирующего устройства, а сигнал с числового выхода предварительно поступает на вход триггера 25 со счетным входом, в результате чего на его выходе формируется пачка прямоугольных импульсов, число которых соответствует среднему значению сдвига муаровой картины, которая также поступает на вход регистрирующего устройства (регистратора) 26.

Фотоэлектрическая система блока 4 грубого отсчета, обеспечивающая считывание кодовых дорожек, нанесенных на лимбе 3, подключена к регистрирующему устройству непосредственно

Перед началом каждого цикла считывания блок 27 управления подает управляющий сигнал на ГСИ 10, а также приводит в исходное состояние счетчики 16 и 18, суммирующее арифметическое устройство (сумматор) 24 и триггер 21.

Предлагаемое устройство (в отличие от известньгх) позволяет получать результаты считывания положения подвижной части теодолита непосредственно в цифровой форме, что упрощает ег совместную работу с ЭВМ и повьшает надежность за счет отсутствия аналого-цифрового преобразователя. Применение ПЗС в качестве сканирующего блока упрощает конструкцию устройства, поскольку исчезает необходимость применения громоздкой фокусирующе- отклоняющей системы и высоковольтно- го блока питания, обязательных для передающих телевизионных трубок.

Повышение точности измерений обеспечивается за счет более высокого разрешения применяемого сканирующего блока.

Существующие в настоящее время линейные ПЗС имеют шаг расположения зл ментов менее 15 мкм. При использовании в оптической системе отсчетного устройства объектива.с соответствующим увеличением может быть применен ПЗС с числом элементов, равным 1024. Длина ПЗС при этом составит около 15 мм. Аналогичная по размерам чувствительной площадки передающая телевизионная трубка типа видикон имеет разрешение в центре около 600 линий.

5

К переферии чувствительной площадки разрешение ухудшается.

Повышение быстродействия достигается за счет значительно меньшего времени накопления зарядов у ПЗС в сравнении с упомянутыми выше передающими телевизионными трубками типа видикон. Для линейных ПЗС оно не превыша- ет 10 мс, и таким образом частота считывания составит около 100 Гц. У телевизионных трубок типа видикон она не превышает 25-30 Гц.

Формула изобретения

Устройство для снятия отсчетов, содержащее лимб с кодовыми дорожками и штрихами радиального растра, блок сканирования, блок формирования

Q изображений диаметральных участков растра в плоскости сканирования, в которой размещена штриховая решетка, блок грубого отсчета, блок точного отсчета, связанный с блоком сканиро5 вания, генератор опорного напряжения и блок управления, отлич аю- щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено генератором считывающих импульсов, сумматоQ ром, регистратором и двумя триггерами, блок сканирования выполнен в виде двух приборов с зарядовой связью, подключенных к генератору считывающих импульсов и связанных с соответствующими блоками точных отсчетов, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных усилителя, порогового элемента, элемента И, выход которого подключен к входам двух дополнительш х элементов И, связанных выходами соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, второй вход элемента И подключен к выходу генератора опорного напряжения, св-язанного с выходом генератора считывающих импульсов и выполненного в виде последовательно соединенных счетчика, дешифратора, и инверсного RS-триггера, связанного выходом с вторым входом элемента И, выход которого подключен к входу сумматора, связанного с выходом блока управления, вторые входы дополнительных элементов И связаны с соответствующими выходами первого триггера, один вход которого подключен к выходу блока управления, связанного с входом генератора считывающих импульсов, а второй через элемент

5

0

0

5

И-НЕ соединен с выходом дешифратора, выход реверсивного счетчика, подключенного входом к блоку управления-, связан с сумматором, знаковый выход которого подключен к блоку регистра

LJ

,„1//

ции, связанному с выходом блока грубого отсчета, а числовой выход соединен с вторым триггером, подключенным к соответствующему входу регистратора.

А/

5 Фиг. 2