Цветоконтрастный датчик Советский патент 1988 года по МПК G01J3/50 

Изобретение относится к сельскому хозяйству для обнаружения локальных объектов на некотором меняющемся фоне, в частности для обнаружения на фоне почвы зеленых растений при управлении автоматическими прорежи- вателями, а также устройствами автоматического вождения мобильных машин и тракторов.

Цель изобретения - повьшение помехозащищенности датчика при работе в различных природных условиях /типы почв и освещения).

На фиг.1 приведена функциональная схема датчика; на фиг.2 - эпюры напряжения на выходе дифференциального усилителя.

Датчик содержит источник 1 модулированного света, например лампу накаливания, свет которой модулируется вращающимся обтюратором 2, посаженным на ось двигателя 3, фотоприемный блок 4 и блок 5 обработки сигналов.

Фотоприемный блок 4 включает в себя спектральные сфетофильтры, например красный 6 и зеленый 7, установленные перед фотоэлектронными умножителями 8 и 9, светоделительное устройство (например, фотометрический шар) 10.

Блок 5 обработки сигналов содержит последовательно соединенные в каждом Канале усилители 11 и 12 переменного тока, детекторы 13 и 14 амплитудно- модулированньк (AM) сигналов, подключенные соответственно к входам дифференциального усилителя 15, выход которого соединен с пороговым устройством 16,. а также одновременно через пиковый детектор 17 - с управляемым безынерционным элементом 18, изменяющим коэффициент усиления в соответствующем канале передачи сигнала от фотоэлектрического приемника 9 на вход дифференциального усилителя 15 (таким элементом, например, может быть полевой транзистор управляемого делителя напряжения, включенный на входе усилителя 12 переменного тока, как показано на фиг,1, модулирующий электрод ФЭУ или схема регулирования

напряжения питания ФЭУ и т.п.).

1

Цветоконтрастный датчик работает .следующим образом.

Модулированный свет от источника 1 вместе с солнечным светом отражается поверхностью почвы и растениями и

через тубус и светоделительное устройство 10 попадает на светофильтры 6 и 7. Последние из суммарного солнечного

И искусственного излучения вьщеляют соответствующие спектральные компоненты, вызванные каждая действием своего источника света и своего фильтра. Далее световой поток поступает от

0 каждого светофильтра 6 и 7 в фотоэлектронные умножители 8 и 9, где преобразуется в электрические сигналы, амплитуда которых линейно зависит от интенсивности компонент восприни5 маемого модулированного и немодулированного (солнечного) светового потока. В каждом из каналов солнечная немоду- лированна я составляющая фототоков от этих компонент отделяется усилителя0 ми 1 и 12 переменного тока, а искусственные модулированные компоненты после усиления и детектирования детекторами 13 и 14 AM сигналов поступают на дифференциальный усилитель

5 15. Таким образом, действие датчика не зависит ни от фонового света, ни от вызываемых им теней. При движении машины, несущей датчик, последний сканирует поверхность почвы и

0 растений на ней.

На фиг. показаны эпюры напряжения, возникающего при этом на выходе дифференциального усилителя Ugyx и на емкости пикового детектора и. .

5 Пусть при появлении зеленого растения в поле,зрения датчика приращение сигнала и„, положительно (это

&ЫХ I

всегда может быть получено соответствующим расположением еветофильт-.

0 ров) . Минимальное, значение напряжения соответствует наблюдению . датчиком почвы в промежутках между растениями. Это напряжение, измеренное относительно уровня, заведомо

5 превышающего максимально возможное значение сигнала (например, +15В), заряжает емкость пикового детектора 17, напряжение на котором (измеренное относительно нуля) и является управляющим воздействием отрицательной обратной связи, которая стремится застабилизировать U вблизи нуля за счет соответствующего изменения коэффициента передачи

5 безьшерционного элемента .18 (фиг.1) . Таким образом, при наблюдении поверхности почвы действием обратной связи непрерывно поддерживается достаточно точное равенство сигналов на вхо0

де дифференциального усилителя 15 и нуль на его выходе. Это равновесие нарзшается лишь на время появления зеленого растения в поле зрения приемника. При этом не происходит изменения усиления в канале усилителя 12., так как полярность пикового детектора 17 в цепи обратной связи выбрана противоположной полярности сигнала, получаемого на выходе дифференциального усилителя I5 при появлении зеленого растения в поле зрения приемника, а постоянная времени разряда емкости пикового детектора 17 заведомо превосходит время, в течение которого приемник наблюдает рас тение, благодаря чему на это время на емкости пикового детектора 17 запоминается напряжение, соответствую- щее наблюдению почвы.

I .

Появление обнаженной почвы после .того, как зеленые растения исчезнут с поля зрения, сопровождается им- пульсом (отрицательное приращение), который практически мгновенно заряжает емкость пикового детектора 17 и приводит к установлению баланса спектральных компонент. Этим исклю- чается шум от почйы и достигается адаптация к цвету почвы. Одновременно устраняется разбаланс от таких причин, как изменение спектрального состава света лампы осветителя, а также от дрейфа чувствительности фотоприемников и изменения коэффициентов светопередачи элементов оптики (светофильтров, шара, защитных стекол и пр.) .

Таким образом, предлагаемьй датчик обеспечивает эффективное использование для любых по цвету почв при любом освещении.

Формула изобретени

Цветоконтрастный датчик, содержащий источник света, светоделитель- ное устройство на два канала, спектральные светофильтры в каналах, двухк анальный фотоприемный блок, подключенный к блоку обработки сигналов с дифференциальным усилителем и пороговым устройством, подключенным к его выходу, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности, в нем источник света вьшолнен модулированным, а блок обработки сигнала содержит пос ледовательно включенные ус.шнтели переменного тока и детекторы ампли- тудно-модулированных (AM) сигналов в каждом из каналов, управляемый без ьшерционный элемент в одном канале и пиковый детектор, подключенный через резистор к источнику опорного напряжения, при этом выходы детекторов AM сигналов подключены к входам дифференциального усилителя, выход дифференциального усилителя через пиковый детектор подключен к управляющему входу управляемого безьшер- ционного элемента, выход которого подключен к входу усилителя переменного тока соответствующего канала.

Ю 7

5

ife

Изобретение относится к области обнар жения по цвету локальных объектов на некотором меняющемся фоне, в частности оно предназначено для обнаружения на фоне почвы зеленых растений и управления автоматическими прореживателями, Цель изобретения - повышение помехозащищенности. Эта цель достигается тем, что блок обработки сигналов содержит последовательно соединенные усилители переменного тока и амплитудный детектор по каждому каналу, подключенные соответственно к вxoдa дифференциального усилителя, выход которого посредством цепи обратной связи типа АРУ через пиковьш детектор связан с входом усилителя переменного тока по одному из каналов, а источник света вьшолнен модулированным, 2 ил. KSK W-..