Устройство для управления подвижными объектами Советский патент 1991 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к области средств автоматического контроля положения подвижных объектов и может быть использовано для управления высотным положением рабочих органов дорожно-стро- ительных, землеройных и тому подобных машин.

Целью изобретения является повышение достоверности определения положения объекта за счет компенсации помех от солнечного фона и повышение надежности устройства за счет снижения многоканальности его электронного тракта.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит лазер 1, установленные по ходу излучения блок 2 формирования опорной плоскости лазерного излучения (блок 2 ФОП), выполненный, например, в виде расположенных по ходу лазерного излучения коллиматора, зеркала и зеркального барабана (не показаны), установленного вертикально с возможностью вращения вокруг собственной оси, блок 3 фотоприема, состоящий из четырех фотоприемников (ФП)41. ..., 44, расположенных по вертикали в плоскости регистрации симметрично относительно горизонтальной оси, при этом первый ФП 4i и третий ФП 4з и второй.ФП 42 и четвертый ФП 44 включены встречно-параллельно, выходы ФП 4i (ФП 4з) и ФП 42 (ФП 44) являются соответственно первым и вторым выходами блока 3 фотоприема, блок 5 преобразования сигнала, устанавливаемый на объекте (не показан), состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых образован усилителем 6| расположенных сигналов (где 1 1,2- номер канала), вход которого соединен с одними из выходов блока 3 фотоприема, двумя формирователями 7 и 8i импульсов, входы которых соединены соответственно с двумя выходами усилителя 6j, согласующим ключом 9i, входы которого соединены соответственно с первым выходом одного из формирователей 1 и 8 импульсов и с вторым выходом другого, и двумя разделительными диодами 10j и 11i, включенными между разноименными выходами формирователей 7j и 8j импульсов, выходы ключей 9i первого и второго каналов являются, соответственно первым и вторым выходами

блока 5 преобразования сигналов, и блок 12 управления, состоящий из двух идентичных каналов, каждый из которых образован разделителем 13i импульсов по полярности, вход которого соединен с одним из выходов

блока 5 преобразования сигналов, и двумя одновибраторами 14| и 15i, входы которых соединены соответственно с двумя выходами разделителя 13i импульсов, и формирователя 16 сигналов управления, входы

которого соединены соответственно с выходами одновибраторов 141, 142, 15i и 152, а его выходы являются выходами блока 12 управления и выходами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Оптическая система устройства ориентируется так, что сформированная блоком 2 ФОП опорная плоскость лазерного излучения пересекает плоскость регистрации по

горизонтальной линии, совпадающей с осью симметрии ФП 4i44, установленных на подвижном объекте (например, рабочем органе землеройной машины).

В процессе перемещения объекта при

попадании излучения на первый ФП 4i (второй ФП 42) на входе усилителя 6i (62) формируется положительный сигнал, если излучение попадает на третий ФП 4з (четвертый ФП 44), формируется отрицательный

сигнал (фиг.2а). Таким образом, выходные сигналы усилителей 6i и 62 характеризуют положение нулевой зоны (оси симметрии) блока 3 фотоприема относительно опорной плоскости, ФП 4i44 представляют собой группу фоточувствительных элементов (ячеек). Размеры пучка излучения фоточувствительных ячеек ФП и их взаимное расположение относительно горизонтальной оси блока 3 фотоприема выбираются так, что

5 лазерное излучение не попадает одновременно на первый ФП 4i и третий ФП 4з (соответственно на второй ФП 42 и четвертый ФП 44). В этом случае, за счет встречно- параллельного включ ения ФП 4i 44 не

происходит вычитания амплитуд преобразованных сигналов лазерного излучения, т.е. с групп фоточувствительных ячеек ФП 4i4л поступают сигналы, амплитуды которых (примерно) пропорциональны мощности лазерного излучения.

В случае попадания на блок 3 фотоприема солнечного излучения ФП 4i, ..., 44 засвечиваются одинаково и за счет их встречно-параллельного включения влияние солнечного излучения взаимно компенсируется, обеспечивая помехоустойчивость устройства и повышение достоверности, одновременно формируется информация о положении блока 3 фотоприема относительно лазерной опорной плоскости.

Поскольку один из выходов усилителя 6i является прямым, а другой инверсным, его выходные сигналы имеют одинаковую полярность (например, отрицательную, фиг.2), что целесообразно для унификации электрических схем формирователей 7i, 2, 8i и 82 импульсов, на которые поступают сигналы с выходов усилителей 6i и 62. Формирователи 1 и 8i импульсов выполнены, например, по схеме одновибратора, их запуск осуществляется импульсами с выхода усилителя 61 по достижении ими порога срабатывания одновибратора. Формирователи 7i, 1г. 8i и 82 импульсов преобразуют и расширяют их по длительности до величины, достаточной для передачи по длинному кабелю между блоком 5 преобразования сигналов и блоком 12 управления. Выходные сигналы формирователей 1 и 8j импульсов имеют разную полярность (фиг.26, в) для того, чтобы однозначно обеспечить информацию о положении нуля блока 3 фотоприема при передаче сигналов по одной линии связи (кабелю). Разделительные диоды 10i и 11i обеспечивают взаимную блокировку формирователей 1 и 8i импульсов при случайном попадании лазерного излучения одновременно на ФП 4i и 4з (ФП 42 и ФП 4/0 в случае большой амплитуды вибраций блока 3 фотоприема, расширения эффективного диаметра лазерного пучка при интенсивной турбулентности среды и т.д. Таким образом запускается тот формирователь 7| и 8i импульсов, у которого сигнал на входе первым достигает порога срабатывания, и через соответствующий разделительный диод 10i. 11i блокирует, на время действия формируемых импульсов, другой формирователь. С формирователей 1 и 8 импульсов сигналы поступают на согласующие ключи 9|. Сигналы с выходов последних (фиг.2г) по двум шинам кабеля поступают на разделители 13i и 132 сигналов по полярности, которые выделяют на своих выходах

импульсы, соответствующие ФП 4i 44.

засвеченным лазерным излучением. При поступлении этих импульсов на одновибрато- ры 14ь 142, 15i и 152 они формируют их по

5 длительности (достаточной для срабатывания исполнительной системы объекта) и передают на формирователь 16 сигналов управления. С выходов одновибраторов 14, и 15i периодически поступают четыре отри10 цательных импульса (фиг 2д и е) для одно- вибраторов 14, и 15| соответственно, которые несут информацию о положении блока 3 фотоприема относительно опорной плоскости лазерного излучения Формиро15 вэтель 12 сигналов управления формирует по входным импульсам команды управления исполнительной системой, осуществляющей перемещение блока 3 фотоприема до совмещения его нуля с опорной плоскостью

0 излучения. Этот момент соответствует одновременному попаданию лазерного излучения на второй 42 и третий 4з ФП

В случае изменения периода сканирования лазерного пучка, например, при

5 колебаниях напряжения питания одновиб- раторы 14) и 15: изменяют длительность своих импульсов синхронно с изменением периода следования запускающих импульсов.

0 Таким образом, выполнение блока 3 фотоприема из четырех ФП 4i44, объединенных указанным образом, и организация тракта электронной обработки сигналов с них в виде двух идентичных каналов позво5 ляет исключить отрицательное влияние солнечного фона на прием лазерных сигналов (за счет компенсации токов фона) и повысить, следовательно, достоверность опреде- ления положения объекта, снизить

0 многоканальность электронного тракта, повысив тем самым надежность устройства.

Формула изобретения Устройство для управления подвиж5 ными объектами, содержащее лазер, установленные по ходу излучения блок формирования опорной плоскости лазерного излучения и блок фотоприема с фотоприемниками, последовательно соединенные

0 блок преобразования сигналов и блок управления, при этом входы блока преобразования сигналов соединены соответственно с выходами блока фотоприема, отличающееся тем, что, с целью

5 повышения достоверности определения положения объекта и надежности устройства, блок фотоприема выполнен в виде четырех фотоприемников, расположенных по вертикали в плоскости регистрации симметрично относительно горизонтальной оси.

при этом первый и третий, второй и четвертый фотоприемники включены встречно-параллельно, блок преобразования сигналов выполнен в виде двух идентичных каналов, каждый из которых состоит из усилителя разнополярных сигналов, вход которого соединен с выходом одной из пар включенных встречно-параллельно фотоприемников блока фотоприема, двух формирователей импульсов, входы которых соединены соответственно с двумя выходами усилителя разнополярных сигналов согласующего ключа, входы которого соединены соответственно с первым выходом одного из формирователей импульсов и

0

5

с вторым выходом другого, и двух разделительных диодов, включенных между разноименными выходами формирователей импульсов, блок управления выполнен в виде двух идентичных каналов, каждый из ко- тррых состоит из разделителя импульсов по полярности, вход которого соединен с выходом одного из согласующих ключей блока преобразования сигналов, и двух одновиб- раторов, входы которых соединены соответственно с двумя выходами разделителя импульсов по полярности, и формирователя сигналов управления, входы которого соединены соответственно с выходами четырех одновибраторов.

Изобретение относится к средствам автоматического контроля положения подвижных обьектов. Цель изобретения - повышение достоверности определения положения объекта за счет компенсации помех от солнечного фона и повышение надежности устройства за счет снижения многока- нальности его электронного тракта. Блок 3 фотоприема установлен на подвижном объекте и состоит из четырех фотоприемников (ФП)4144, расположенных по вертикали симметрично относительно горизонтальной оси в плоскости регистрации лазерного излучения, сформированного оптической системой устройства в виде вращающегося в горизонтальной плоскости лазерного пучка, образующего опорную плоскость, в исходном (нулевом) положении перескающую плоскость регистрации по оси симметрии ФП 4i, ..., 42. ФП 4i и 4з и ФП 4а и 44 включены встречно-параллельно и подсоединены соответственно к двум входам электронного тракта устройства, организо

Фиг,. I