Фотоэлектрическая геодезическая рейка Советский патент 1990 года по МПК G01C5/00 

Энергетический

/7рО1ри/ГЁI

15

16

17

18

20

Изобретение относится к измерительной тохнике и может быть использовано, например, при контроле, устаноЕ1ке и монтаже высокото чного технологического оборудова- fiMH, при проведении высокоточных створных измерений и нивелирования.

Целью изобретения является повышение точности измерений,за счет реализации привязки к лазерному пучку путем определения 1-го момента от энергетического распределения пучка.

На фиг. 1 представлена принципиальпая. схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная электронная схема устройства обработки информации; на фиг. 3 - схема проЕ№дения высокоточного нивелирования с помощью предлагаемого устройства; на фиг. 4 - принципиальная схема блоков преобразователей ток--напряжение и маг- пггабируюпхих резисторов.

Фотоэлектрическая геодезическая рейка содержит (фиг. 1) линейку 1, например стеклянную, с нанесенными штрихами, на- нравляющие 2, каретку 3, установленную с возможностью перемещения по направляющим, на которых установлена фотодиодная .пин(М1ка 4, счетный блок 5. блок обра- Гкггки информации 6, индикатор 7 и те.ль 8, кинематически связан-ный с иаправ- ляюпшми. --,

Блок обработки информации (фиг. 2) содержит два блока преобразователей ток-напряжение. 9 и 9, два блока масштабирующих резисторов И) и 10, сумматор 11, синхронный детектор 12, нуль-компаратор 13, одновибратор .14, б,:1ок определения направления движения каретки 15, реверсивный счетчик 16, фиксатор состояния счетчика 17 и дешифратор 18. На фиг. 2 представлены: фотодиодная линейка 19, индикатор 20 и счетный блок 21.

Фотоэлектрическая геодезическая рейка работает следующим образом.

Световой поток от лазерной коллими- рующей системы, задающей референтное на- правление, относительно которого производятся измерения, распространяется вдоль контролируемой трассы (фиг, 3). Для реализации высокоточной привязки к лазерному пупку необходимо, чтобы фотоприемный блок регисгрировал расстояние L от опорной точки А до координаты 1-го момента от энергетического распределения лазерного пучка, задающего референтное направление. Существует физическая реализация лазерного пучка в виде прямой линии, основанная на определении и привязке к 1-му моменту от энергетического распределения освещенности в световом пятне

(x)

где /U( х)

|U(x)| dx

Т(х) - распределение осве- uieiniocTH в сечении л.а- зерного

0

0

X - координата в этом сечении,

Х| - координата 1-го момента энергетического профиля.

Геометрическое место точек этой характеристики светового пучка представляет собой абстрактный световой луч, распространяющийся по законам геометрической оптики. При .этом при отсутствии влияния атмосферы перераспределение энергии в пятне не влияет на координату 1-го момента энергетического профиля в пучке лазера,

В фотоэлектрической геодезической рейке этот riponecc осуществляется следующим

образом.

Перемеплаясь вдоль линейки с нанесенными через 0,05 мм 1мтрихами по направляющим, каретка с фотодиодной линейкой входит в зону, освещенную лазерным пучком. Следует отметить, что с целью улучще:ния помехозащищенности устройства используется модули.рованное лазерное излучение, с последующим синхронным детектированием сигнала. Фотодиодпая линейка 19, содержащая 2п элементов, разделена на две части, относительно середины, являющейся нача J lOM системы координат XY (фиг, 2), Сигналы от ячеек каждой из половин фотодиодной линейки, пропорциональные световому потоку, попа.дающему на соответствующий элемент линейки, поступают на блоки преобразователей ток-напряжение 9 и 9, на вы,- ходах которых формируются сигналы, амплитуды которых пропорциональны освещенности на соответствующей ячейке фотодиодной лине йки. Затем сигналы поступают на блоки масштабирующих резисторов, которые использованы для осуществления привязки каждой из ячеек к выбранной системе координат. Выходные сигналы с блоков 10 и 10 соответственно описываются выражениями

К2 21,-(х)х, . 1

(X)X,, .

0

5

где , - освещенность i-й ячейки блока масштабирующих резисторов, пропорциональная величине масштабирующего сопротивления; X, - координата ячейки в системе координат XY.

Принципиальная схема блоков 9,9 и 10,10 представлена на фиг, 4, Блок преобразователей ток-напряжение состоит пз п одинаковых каналов, каждый из которых представляет собой усилитель с обратной связью, а блок масштабирующих резисторов представляет собой матрицу резисторов, номиналы которых , пропорциональны номеру ячейки от начала системы координат XY.,R, iRo, где1 1,2 ...п. Причем числеи.ное зна- чение сопротивления R; пропорционально величине х,-. Выходы резисторов объединены и поступают на вход сумматора, В копкретном случае coBcpuieHno не обязательно вычислять текущую координату 1 -го момента от энергетического распределения в пятне лазе ра, а достаточно лн(нь определить положение фотодиодной линейки относительно рейки, при котором координата 1-го момента совпа- дает с центром линейки, при этом сигналы Кз и Кз становятся равными, а их разность К К2-К2 становится равной 0. Сигналы с блоков 10 и 10 поступают соответственно на инверсный и прямой входы сумматора II, с помощью которого выполняется операция вычитания входных сигналов К К2-К2. Далее разностный сигнал поступает на синхронный детектор 12, который пр едназна- чен для увеличения помехозапхищенности устройства и повыи ения надежности результатов измерений . Продетектированный сигнал поступает на нуль-компаратор 13, состояние выхода которого изменяется при про- хождении входного сигнал через О, что со- ответствует совпадению координаты 1-го момента с-центром фотодиодной линейки. Импульс с выхода иуль-кпмпаратора поступает на одновибратор 14, формирующий импульс постоянной длительности, котор ый, воздействуя на вход разрешения записи фик- сатора состояния счетчика, .- .anpeiriaeT запись, Счетный блок 21 представляет собой расположенные под углом друг к другу источник и приемник излучения. Модулированное излучение источника излучения формируется в узкий световой пучок и направляется на лп- нейку с зеркальными штрихами, нанесенными с шагом 0,05 мм (или непрозрачными, если счетная-система работает на просвет). При попадании пучка на мерный зеркальный штрих световой поток отражается и попадает на фоточувствительный слой приемника излучения, на выходе которого (Ь.рми- руется сигнал. При попадании светового пучка между мерными штрихами сигнал на кы- ходе приемника излучения отсутствует. Таким образом, при переме1не11ии каретки со счетным устройством на выходе приемника излучения возникает последона гелык),:ть счетных импульсов, число которы:; равно количеству пройденных (итрихов и пронорпио- нально расстоянию от опорной точки до центра фотодиодной линейки. Счет.ные н.м пульсы, являющиеся входным сигня.мом блока обработки информации, поступают на вход блока определения nanpafi.nenii.i двже- ния каретки, .передающего счетные импульсы на вход прямого или обратного счета реверсивного счетчика 16, вы.чоды когорогп

6

подключены к входам фиксатора состояния счетчика 17, который фиксирует состоянне

. счетчика на момент совпадения координаты 1-го момента энергетического профиля с цент.ъ ром фотодиодной линейки. Далее сигналы поступают на дешифратор 18, выходная 1ни- на которого является выходом блока об- раГютки информации. Состояние счет.чика в десятичном виде отображается на индика- j,-j торе 20. Значение отображенной информации соответствует расстоянию L от точки А д.о координаты 1-го .ента лазерного пучка (фиг. З).

15Формула изобретения

Фотоэлектрическая геодезическая рейка, содержащая Н1тангу, фотоприемный блок, выполненный с возможностью перемещения по высоте, датчик положения фотоприемно- 20 го блока, двигатель и блок обработки информации, соединенный с индикатором, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерений, фотоприемный блок выполнен в виде фотодиодной линейки с карет- 21 кой, блок обработки информации выполнен в виде двух блоков преобразователей ток- напряжение, двух блоков мас1нтабирую|цих резисторов, последовательно соединенных сумматора, синхронного детектора, нуль-компаратора и одновибратора и последователь- 3Q но соединенных блока определения направления движения фотодиодной , реверсивного счетчика, фиксатора состояния счетчика и дeнJифpaтop l, датчик положения жестко скреплен с фото.и-одной линейкой и выполнен в виде HCK.i MiitKa и приемни- -.с ка излучения, выход ко М)р()Г( соединен с входом-блока определе.имя напп.-ичления движения фотодиодной линейки. од)1а половина ячеек фотодиодной лииейк н относи-гельно ее середины соединена, с соответствующим входом первого блока прес.нТрлзователей 0 ток- -напряжение, выходы первого и второго блоков преобразователей соедпиены с соответствующим входом nepijoro и второго блоков масштабирующих ре:и-ггор(.в, номиналы которых равны произведению помора ячейки . па величину номинала мисштиПпрующего резистора первой ячейки, первого и второго блоков масцггабирум-.щи.х резисторов соединены соответственно г прим.мм и инверсным входом сумматорл. /; вход одно- вибратора соединен с BXO. :,:-.;р,-ц)ения записи фиксатора состоит;-;; ,-v;;:4;i.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при контроле и монтаже высокоточного технологического оборудования. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет привязки к 1-му моменту от энергетического распределения лазерного пучка. Устройство содержит линейку 1 с нанесенными штрихами, каретку 3 с фотодиодной линейкой 4, счетный блок 5 виде источника и приемника излучения, блок обработки информации 6, индикатор 7 и двигатель. При этом блок обработки информации 6 включает в себя два блока преобразователей ток-напряжение 9 и 9¹, длва блока масштабирующих резисторов 10 и 10¹, номиналы которых пропорциональны координатам положения соответствующих ячеей фотодиодной линейки, сумматор 11, синхронный детектор 12, нуль-компаратор 13 и одновибратор 14. Одна половина ячеек фотодиодной линейки 4 соединена с входом первого блока преобразователей 9, а вторая - с входом второго блока преобразователей 9¹, выходы которых соответственно соединены с входами первого и второго блоков масштабирующих резисторов. 4 ил.

zffi

Z-Hm.

//

Фиё. 1

-7-7///

Фиг:3