Устройство для измерения расстояния до объекта Советский патент 1992 года по МПК G01B21/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля расстояний до объекта вдоль наперед заданного, базового направления.

Известно устройство для измерения расстояния до объекта, содержащее источник пучка когерентного излучения, модулятор отраженного излучения, регистратор и вычислитель.

Недостатком устройства является влияние на точность измерения случайных изменений характера распределения энергии в отраженном от объекта излучении.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения расстояния до объекта, содержащее установленные на общем основании и оптически связанные источник излучения, коммутатор и сканер, первый и второй фотоприемники, устанавливаемые симметрично относительно линии, соединяющий объект с центром сканирования, на базовом расстоянии друг от друга и оптически связанные со сканером, и блок обработки, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников.

Недостатком устройства является влияние на точность измерения случайных изменений значения скорости сканирования объекта световым пятном.

Цель изобретения - повышение точности измерения за счет устранения погрешностей, связанных с нестабильностью скорости сканирования.

Цель достигается тем, что в устройстве, содержащем установленные на общем основании и оптически связанные источник излучения коллиматор и сканер, первый и второй фотоприемники, предназначенные для размещения на объекте и устанавливаемые симметрично относительно линии, соединяющей объект с центром сканирования, на базовом расстоянии друг от друга и оптически связанные со сканером, и блок отработки, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников, блок обработки выполнен в виде первого и второго усилителей, формирователя, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока обработки, первого и второго электронных ключей, первого и второго триггеров, генератора вспо- могательных импульсов, генератора тактовых импульсов, первого и второго вентилей, двоичного счетчика, делителя частоты и счетчика импульсов, вход которого соединен с выходом делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом второго вентиля, управляющие входы соединены с выходами двоичного счетчика, вход которого соединен с выходом

первого вентиля, вход которого и вход второго вентиля соединены соответственно с выходом генератора вспомогательных импульсов и выходом генератора тактовых импульсов, управляющие входы вентилей

0 соединены с выходами соответственно первого и второго триггеров, первый установоч- ный вход первого триггера соединен с выходом и запирающим входом первого электронного ключа, с отпирающим входом

5 второго электронного ключа, второй установочный вход соединен с выходом и запирающим входом второго электронного ключа, с отпирающим входом первого электронного ключа и первым установочным входом

0 второго триггера.

На фиг, 1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу . Устройство для измерения рассто5 яний до объекта содержит установленные на общем основании источник 1 излучения, коллиматор 2 и сканер 3, а также предназначенные для размещения на объекте первый и второй фотоприемники 4 и 5, выходы

0 которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока 6 обработки (фиг. 1).

Блок 6 обработки выполнен в виде первого и второго усилителей-формирователей

5 7 и 8, первого и второго электронных ключей 9 и 10, первогор и второго триггеров 11 и 12, генератора 13 вспомогательных импульсов, генератора 14 тактовых импульсов, первого и второго вентилей 15 и 16, двоич0 ного счетчика 17, делителя 18 частоты и счетчика 19 импульсов (фиг. 1).

Фотоприемники 4 и 5 установлены симметрично относительно линии (оси X), соединяющей объект (не показан) с центром

5 сканирования, на базовом расстоянии IQ друг от друга и оптически связаны со сканером 3, который выполнен в виде механического узла, позволяющего разворачивать световой пучек10 с постоянной скоростью мь

0 в плоскости сканирования (в плоскости чертеже на фиг. 1).

Первым и вторым входами блока 6 обработки являются входы усилителей-формирователей 7 и 8 соответственно, а элементом

5 выхода схемы блока 6 является счетчик 19 импульсов, вход которого соединен с выходом делителя 18 частоты. Информационный вход делителя 18 частоты соединен с выходом второго вентиля 16, а его управляющие входы соединены с выходами двоичного

счетчика 17, подключенного к выходу первого вентиля 15. Вход вентиля 15 и вход вентиля 16 соединены соответственно с выходом генератора 13 вспомогательных импульсов и выходом генератора 14 такто- вых имлульсов, а их управляющие входы - соответственно с выходами триггеров 11 и 12. При этом первый установочный вход Т триггера 11 соединен с выходом и запирающим входом электронного ключа 9, и с ртпи- рающим входом электронного ключа 10, второй установочный вход О триггера 11 соединен с выходом и запирающим входом электронного ключа 10, с отпирающим входом электронного ключа 9 и первым устано- вочным входом 1 триггера 12, второй установочный вход О которого соединен с выходом усилителя-формирователя 8, а объединенный вход электронных ключей 9 и 10 соединен с выходом усилителя-формиррва- теля 7.

Устройство работает следующим образом.

Световой пучок Do, генерируемый лазером 1, линейно сужают коллиматором 2 и сканером Зс круговой скоростью (а0 разворачивают в плоскости размещения первого и второго фотоприемников 4 и 5.

Первый цикл измерения, как и последующие циклы, заключается в фиксировании интервала 25 времени tx, пропорционального контролируемому расстоянию RX, и/заполнении данного временного интервала счетными импульсами 26. При этом частоту следования счетных импульсов 26 в начале каждого цикла измерения приводят в соответствие со значением скорости УО сканера 3. Для этой цели используют изменения длительности интервала 24 времени to между двумя сигналами 20 и 22 от первого фо- топриемника 4 (фиг. 1 и 2).

Формирование интервала 24 времени to блоком 6 обработки начинается в момент поступления в него сигнала 20, который с выхода усилителя-формирователя 7 через открытый в исходном состоянии электронный ключ 9 поступает на первый установоч- ный вход 1я триггера 11. При этом вентиль 15 открывается и на вход двоичного счетчика 17 начинают поступать импульсы генера- тора 13, вырабатываемые с. частотой следования Рэ. Через время to с выхода усилителя-формирователя 7 через открытый сигналом 20 электронный ключ 10 на второй установочный вход О триггера 1t noctyria- ет сигнал 22. Вентиль 15 закрывается и поступление вспомогательных импульсов генератора 13 на двоичный счетчик 17 прекращается. Двоичный счетчик 17 считывает

двоичный код Na, соответствующий длительности to временного интервала 24, и заносит этот код в управляемый делитель 18 частоты (код N3 при этом является функцией от t0, т.е. N3 f(b)).

Кроме того, второй сигнал 22 от фотоприемника 4 возвращает за собой в исходное состояние электронные ключи 9 и 10 и поступает на первый установочный вход 1 триггера 12, находящегося в состоянии О, при котором вентиль 16 закрыт, и переводит его в состояние 1, определяя начало интервала (строба) 25. При этом вентиль 16 открывается и на вход счетчика 19 начинают поступать тактовые (счетные) импульсы 26 генератора 14, вырабатываемые с частотой следования Рсл. Через время tx сигнал 23, второй сигнал с фотоприемника 5 после сигнала 21, с выхода усилителя-формирователя 8 поступает на второй установочный вход О триггера 11 и переводит его в исходное состояние. При этом вентиль 16 закрывается и заполнение интервала 25 времени tx счетными импульсами 26 прекращается.

Счетчик 19 импульсов, по показаниям которого судят о значении контролируемого расстояния RX, подключён к генератору 14 тактовых импульсов через делитель 18 частоты. Управляемый делитель 18.частоты выполняет операцию FX Рсл : (N3+1). где Fx - частота следования счетных импульсов 26 на выходе делителя 18. Так как N3 f(t0), a длительность to временного интервала 24 обратно пропорциональна значению скорости сканирования объекта (не показан) световым пучком lo, то можно записать, что FX f ( ) . С изменением скорости сканирования временной масштаб интервала 25 изменяется, однако в результате пропорционального приращения частоты следования счетных импульсов (фиг. 26) погрешность при измерении Rx будет отсутствовать.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает контроль расстояний до объекта по количеству импульсов, частота следования которых в начале каждого цикла измерения автоматически регулируется в зависимости от значения скорости сканирования объекта световым пучком.

Формула изобретения

Устройство для измерения расстояний от объекта, содержащее установленные на общем основании и оптически связанные источник излучения, коллиматор и сканер, первы.й и второй фотоприемники, предназначенные для размещения на объекте и устанавливаемые симметрично относительно линии, соединяющей объект с центром сканирования, на базовом расстоянии друг от

друга и оптически связанные со сканером, и блок обработки, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами первого и второго фотоприемников, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, блок обработки выполнен в виде первого и второго усилителей- формирователей, входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока обработки, первого и второго элект- ронных ключей, первого и второго триггеров, генератора вспомогательных импульсов, генератора тактовых импульсов, первого и второго вентилей, двоичного счетчика, делителя частоты и счетчика импуль- сов, вход которого соединен с выходом делителя частоты, информационный вход которого соединен с выходом второго вен- j-иля, управляющие входы соединены с выходами двоичного счетчика, вход которого -соединен с выходом первого вентиля, вход

первого и вход второго вентиля соедине- нысоответственно с выходом генератора вспомогательных импульсов и выходом генератора тактовых импульсов, управляющие входы вентилей соединены с выходами соответственно первого и второго триггеров, первый установочный вход первого триггера соединен с выходом и запирающим входом первого электронного ключа и с отпирающим входом второго электронного ключа, второй установочный вход первого триггера соединен с выходом и запирающим входом второго электронного ключа, с отпирающим входом первого электронного ключа и первым установочным входом второго триггера, второй установочный вход ко- торого соединен с выходом второго усилителя-формирователя, а вход первого и вход второго электронных ключей соединен с выходом первого усилителя-формирователя.

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет устранения погрешностей, связанных с неста- бильностью скорости сканирования. Устройство для измерения расстояний до объекта содержит установленные на общем основании источник 1 излучения, коллиматор 2 и сканер 3, первый и второй фотоприемники 4 и 5, расположенные на объекте симметрично относительно линии, соединяющей объект с центром сканирования, на базовом расстоянии друг от друга, и блок 6 обработки осуществляющий заполнение временного интервала между импульсами и фотоприемников 4 и 5 с помощью усилителей-формирователей 7, 8, второго триггера 12, генератора 14 тактовых импульсов, второго вентиля 16, делителя 18 частоты и счетчика 19 импульсов, а также корректировку частоты следования счетных импульсов с помощью усилителя-формирователя 7, электронных ключей 9, 10, первого триггера 11, генератора 13 вспомогательных импульсов, первого вентиля 15 и двоичного счетчика 17. 2 ил. К (Л С VI - О ко 10