Измерительное геодезическое устройство Советский патент 1990 года по МПК G01C7/04 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано, например, для измерения рельефа местности.

Целью изобретения является повышение точности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема измерительного геодезического устройства; на фиг. 2 - приемный блок устройства; на фиг. 3 развертка цилиндрической образующей приемного блока и временная диаграмма работы свето- приемника; на фиг. 4 - структурная схема электронного блока обработки сигналов со светоприемника; на фиг. 5 - временная диаграмма работы

электронного блока обработки сигналов со светоприемника.

Измерительное геодезическое устройство содержит блок задания лазерной плоскости ввод лазерного генератора 1, установленные на подвижном экипаже 2 фотоприемный блок 3 с приводом 4, электронный блок 5 обработки сигналов и индикатор 6. Приемный блок 3 выполнен в виде полого барабана 7, приводимого во вращение приводом 4, на цилиндрической поверхности барабана 7 выполнены вертикальная 8 и спиральная 9 прорези различной ширины. К внутренней цилиндрической поверхности вращающегося барабана 7 прикреплен рассейел

00

Јь

00

вающий экран 10, внутри вращающегося барабана 7 на одном его торце установлено вогнутое зеркало 11, а на дру. гом - последовательно расположенные конденсатор 12, фильтр 13t светоприем- ник Ц. Электронный блок 5 обработки сигналов со светоприемника 1 содержит усилитель 15; три формирователя импульсов 16 - 18; два инвертора 19 и 20; четыре элемента И 21 - lh триггер 25 с раздельными входами, генератор 26 импульсов стандартной частоты и счетчик 27.

Устройство работает следующим образом.

Лазерный генератор 1 создает исход ную геодезическую световую плоскость. При движении подвижного экипажа 2 по контролируемой поверхности приемный блок 3 устройства, установленный на штанге 28 и приводимый во вращение приводом 1, вырабатывает в результате пересечения исходной геодезической плоскости прорезями 8 и 9 последовательность длинных и коротких импульсов, распознавания вида прорезей 8 и 9 они выполнены различной ширины, например, вертикальная 8 прорезь уже спиральной 9. Интервал времени tK между поступлением импульса, формируемого светоприемником при пересечении исходной геодезической световой плоскости узкой вертикальной прорезью 8, служащей началом отсчета угла поворота вращающегося барабана 7 и импульса, формируемого светоприемником Ik в результате пересечения исходной геодезической световой плоскости широкой спиральной прорезью 9, пропорционален углу поворота вращающегося барабана 7 между моментами пересечения исходной геодезической световой плоскости вертикальной прорезью 8 и спиральной прорезью 9

t -У-

с со

где сэ - угловая скорость вращения

барабана 7.

В свою очередь уголс к поворота барабана 7 связан со значением высотной координаты hK точки контролируемой поверхности следующей зависимостью (фиг. 3):

где Н - высота вращающегося барабана 7;

и

-to

15

, 20

25

30

35

40

45

50

55

Ч о УГОЛ охвата цилиндрической поверхности вращающегося барабана 7 спиральной прорезью 9;

1|п - ширина не пересеченной прорезями 8 и 9 цилиндрической поверхности вращающегося барабана 7, определяемая условием невозможности одновременной засветки прорезей 8 и 9 и равная толщине задающего светового луча. Таким образом, выполнение приемного блока 3 в виде вращающегося барабана 7, на цилиндрической поверхности которого имеются вертикальная 8 и спиральная 9 прорези различной ширины, позволяет использовать его для определения высотных координат точек контролируемой поверхности относительно исходной геодезической световой плоскости.

Установка по ходу оптических лучей рассеивающего экрана 10, прикрепленного к внутренней цилиндрической поверхности вращающегося барабана 7, вогнутого зеркала 11, расположенного внутри вращающегося барабана 7 на одном его торце, и конденсатора 12, фильтра 13, светоприемника И - на другом торце обеспечивает прием светового потока от лазерного генератора 1 светоприемником 1 в моменты пересечения исходной геодезической световой плоскости прорезями 8 и 9 в любой точке контролируемой поверхности независимо от ориентации приемного блока 3 относительно лазерного генератора 1, благодаря чему достигается инвериантность контроля рельефа местности к положению приемного блока 3 относительно задающего источника 1 излучения.

Обработка принимаемых светоприемником 1 сигналов и вычисление высотных координат осуществляется электронным блоком 5 следующим образом. Рабочие импульсы, вырабатываемые светоприемником I4 в моменты прохождения исходной геодезической световой плоскости прорезями 8 и 9 вращающегося барабана 7, усиливаются усилителем 15 и передаются на вход первого формирователя 16 импульсов, формирующего по переднему фронту рабочих импульсов контролируемые импульсы, более длительные, чем рабочие импульсы, поступающие со

20

5

светоп риемника Ш при засветке его через узкую вертикальную прорезь 8, но более короткие, чем при засветке его через широкую спиральную прорезь 9. Первый 21 и второй 22 элемен- .ты И служат для распознавания длительности рабочих импульсов; на выходе первого элемента И 21 появляется импульс в момент поступления длинного рабочего импульса в результате сравнения импульсов, поступающих с выходов усилителя 15 и первого 19 инвертора, соединенного с выходом первого 16 формирователя импульсов; а на выхо-15 де второго 22 элемента И появляется импульс в момент поступления короткого рабочего импульса в результате сравнения импульсов, поступающих с выходов первого 16 формирователя им- nyVibCos и второго 20 инвертора, соединенного с выходом усилителя 15. К выходам первого 21 и второго 22 элементов И подсоединены соответственно второй 17 и третий 18 формирователи импульсов, которые формируют импульсы, управляющие работой триггера 25 с раздельными входами: второй 17 формирователь импульсов вырабатывает импульс по заднему фронту импульса, на выходе первого элемента И 21, появление этого импульса приводит к установке триггера 25 с раздельными входами в нулевое состояние; третий 18 формирователь импульсов вырабатывает импульс по переднему фронту импульса на выходе второго элемента И 22, появление этого импульса обеспечивает передачу информации со счетчика 27 в индикатор 6, обнуление счетчика 27 и установку триггера 25 с раздельными входами в единичное состояние. Третий элемент И 23 служит для пропускания импульсов с генератора 26 им пульсов стандартной частоты в счетчик 45 которого вторым формирователем 17 им- 27 за время нахождения триггера 25 пульсов вырабатывается импульс, приво153 3166

ности. При появлении на выходе усилителя 15 короткого рабочего импульса, вырабатываемого светоприемником с в момент пересечения исходной геодезической световой плоскости узкой вертикальной прорезью 8 (момент времени LI. на фиг. 5), срабатывают первый 16 формирователь импульсов, выра- Ю батывающий контрольный импульс, и второй 20 инвертор, инвертирующий импульсы с выхода усилителя 15, в результате на выходе второго элемента И 22 появляется импульс длительностью t2-t3, по переднему фронту которого третьим 18 формирователем вырабатывается импульс, обеспечивающий передачу через четвертый элемент И 2k информации, накопленной в счетчике 27, в индикатор 6, установку в единичное состояние триггера 25 с раздельными входами и обнуление счетчика 26 (момент времени t2). В единичном состоянии триггера 25 с раздельными входами на его единичном выходе появляется напряжение, приводящее к срабатыванию третьего элемента И 23, в результате импульсы с генератора 26 импульсов стандартной частоты поступают в счетчик 27 до тех пор, пока на усилитель 15 не придет следующий, теперь уже длинный рабочий импульс, вырабатываемый светоприемником 1 в момент пересечения исходной геодезической световой плоскости широкой спиральной

30

35

40

прорезью 9. При появлении длинного рабочего импульса (момент времени Ц) срабатывают первый 16 формирователь контрольных импульсов и первый 19 инвертор, инвертирующий сигнал на выходе первого 16 формирователя импульсов, в результате на выходе первого элемента И 21 появляется импульс длительностью ts-t6, по заднему фронту

20

-15, 45 которого вторым формирователем 17 им- пульсов вырабатывается импульс, приво53 3166

ности. При появлении на выходе усилителя 15 короткого рабочего импульса, вырабатываемого светоприемником с в момент пересечения исходной геодезической световой плоскости узкой вертикальной прорезью 8 (момент времени LI. на фиг. 5), срабатывают первый 16 формирователь импульсов, выра- Ю батывающий контрольный импульс, и второй 20 инвертор, инвертирующий импульсы с выхода усилителя 15, в результате на выходе второго элемента И 22 появляется импульс длительностью t2-t3, по переднему фронту которого третьим 18 формирователем вырабатывается импульс, обеспечивающий передачу через четвертый элемент И 2k информации, накопленной в счетчике 27, в индикатор 6, установку в единичное состояние триггера 25 с раздельными входами и обнуление счетчика 26 (момент времени t2). В единичном состоянии триггера 25 с раздельными входами на его единичном выходе появляется напряжение, приводящее к срабатыванию третьего элемента И 23, в результате импульсы с генератора 26 импульсов стандартной частоты поступают в счетчик 27 до тех пор, пока на усилитель 15 не придет следующий, теперь уже длинный рабочий импульс, вырабатываемый светоприемником 1 в момент пересечения исходной геодезической световой плоскости широкой спиральной

30

35

40

прорезью 9. При появлении длинного рабочего импульса (момент времени Ц) срабатывают первый 16 формирователь контрольных импульсов и первый 19 инвертор, инвертирующий сигнал на выходе первого 16 формирователя импульсов, в результате на выходе первого элемента И 21 появляется импульс длительностью ts-t6, по заднему фронту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения рельефа местности. Целью изобретения является повышение точности измерения. Лазерный генератор создает световую плоскость, которая пересекает фотоприемный блок. Луч лазера последовательно проходит через узкую прорезь барабана, соединяющую концы спиральной прорези, и засвечивает через рассеивающий экран, вогнутое зеркало, конденсор и фильтр фотоприемник 14, на выходе которого появляется последовательность длинных и коротких импульсов. Короткий импульс служит для начала отсчета поворота вращающегося барабана на угол, который пропорционален времени пересечения световой плоскости узкой прорези и спиральной прорези. По угловой скорости вращения барабана и углу счетно-решающий блок вычисляет превышение исходной точки рельефа относительно световой плоскости. 5 ил.

с раздельными входами в единичном состоянии, соответствующем повороту вращающегося барабана 7 между моментами пересечения исходной геодезической световой плоскости вертикальной 8 и спиральной 9 прорезями. Четвертый элемент И 2 предназначен для передачи информации со счетчика 27 в индикатор 6.

Элементы электронного блока 5 обработки сигналов со светоприемника И работают в следующей последователь

дящий к установке триггера 25 с раздельными входами в нулевое состояние,. при этом закрывается третий элемент И 23 и в счетчике 26 сохраняется число импульсов, соответствующее времени между моментами пересечения исходной геодезической световой плоскости задними стенками вертикальной 8 и спиральной 9 прорезей, пропорциональному высотной координате точки контролируемой поверхности относительно исходной геодезической световой плоскости.

В том случае, если первым на усилителе 15 появится длинный рабочий импульс, первым из импульсов, управляющих работой триггера 25 с раздельны- ми входами, появится импульс на выходе второго 17 формирователя импульсов приводящий к переброске триггера 25 в нулевое состояние, в котором счет импульсов с генератора 26 импульсов стандартной частоты не производится. Этот рабочий импульс пропускается и отсчет начнется со следующего, теперь уже короткого рабочего импульса в указанной последовательности.

Формула -изобретения

Измерительное геодезическое устройство, содержащее блок формирова-

/ 2 У

Кг.1

ния лазерной плоскости, фотоприемный блок с приводом и оптической системой, расположенной на штанге, и счетно- решающий блок, отличающее- с я тем, что, с целью повышения точности, фотоприемный блок выполнен в виде барабана с прорезями, ось вращения которого расположена параллельно оси штанги, прорези выполнены различной ширины, одна из них выполнена спиральной, другая - по боковой образующей барабана между концами первой, причем внутренняя поверхность барабана выполнена светорассеи- вающей, в одном из его торцов перед фотоприемником расположены введенные оптически сопряженные конденсатор и светофильтр, а в другом торце расположено введенное сферическое зеркало.

5 65

k

н kf

у„

15

21

16

Я

Ks

21

18

Уо

л у

.3

-5JL

(

W

Фиг.

2/

/г &

22

/ , ,

Уиг.5