ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ДИФРАКЦИОННОГО СТВОРОФИКСАТОРА Советский патент 1974 года по МПК G01C3/06 

Изобретение относится к области высокоточных геодезических измерений и, в частности, к устройствам для дифракционного створения по методу «трех точек. Известны фотоэлектрические приемники сканирующего преобразования дифракционных створофиксаторов, основанные на преобразовании величины естворности в пропорциональный ей временной интервал, преобразуемый затем в ч; слоимпульсный код путем заполнения этого интервала импульсами кварцевых часов. Получение заполняющих импульсов не от кварцевых часов, а от датчика скорости враи;ения сканирующего элемента, выиолненного в виде системы чередующихся прозрачных и пе1 розрачных секторов позволяет исключить влияние нестабильности скорости сканирования на точность определения величины нестворностп. Однако возросшие требования к точности створных работ вынуждают наносить секторы с угловым размером в несколько секунд. При этом основным затруднением в применении таких датчиков скорости сканирования является трудность (или практическая невозможность) нанесения секторов с требуемой угловой точностью их 1взаи.м«аго расположения, вследствие чего не обеспечивается необходимая точность регистрации величины нестворности. Для уменьщения погрешност из-за неточности изготовления датчика скорости сканирования в предлагаемом приемн 1ке датчик скорости сканирования выполнен в виде металлического кольца с помещенным внутри него металлическим диском, с 1ежные поверхности которых изготовлены зубчатыми. На фиг. I схематически изображен предлагаемый фотопр1 емник; фпг. 2 и 3 поясняют принцип преобразования координат центра светового пятна интерференционной картины в числоимпульсный код. Интерференционная картина, сформированная зонной пластиной, в форме крестообразного светового пятна 7 (фиг. 1) снроектирована на маску 2 с криволинейными щелями, за которой расположен вращающийся в направлении стрелки С сканирующий диск 3 с радиальной щелью 4. Световой поток пятна Л проходящий через текущую точку пересечения щели 4 со щелями маски 2, собирается посредством оптической системы 5 на фотоэлектрическом преобразователе 6. На общей оси с диском 3 посажен ротор 7 тахогенератора, вращающийся синхронно с диском 5. Статор 8 тахогенератора неподвижен п связан в электрическом отнощении с блоком 9 обработки информации как и фотоэлектрический преобразователь 6. Сканирующий диск 3, располагающийся позади маски 2 в непосредственной близости от иоследней, вращается по часовой стрелке (стрелка С на фиг. 2) и радиальная щель 4 изображена в одном из положений при вращении диска 3, когда эта щель расположепа на оси ОГ. Радиальная длина щели 4 такова, что она последовательно периодически перекрывает каждую точку криволинейных щелей маски 2, симметрично расположенных относительно осей ОХ и 07, проходящих через центр «ращения диска 3 (тОч1ка 0) и старто1вые от(Верстия 10, расположенные .на осях АО и ВО. Длина щелей маски 2 такова, что щели лежат в пределах углов ЛОВ и ВОЕ, равных я/2 радиан. Задачей сканирующего узла (маска 2 и диск 3) является генерация световых импульсов, несущпх пиформацию о координатах X и У центра крестообразного светового пятпа / относнтельно точки О, являющейся центром сканирующей системы и одновременно точкой с известными пространственными координатами. Для щели, расположенной симметрично относительно оси О У и лрадназначееной для определения координаты X, радиус средней лннии щелей маски 2 (фиг. 2) удовлетворяет следующему уравпенню (в пределах углов а, -а, р и -13) R. + для щели, расположенной сим.метрично относительно оси ОХ и предназначенпой для определения координаты У, + В уравненнях (1) и (2) введены следующие обозначения величин: Roi и Rtf - величина изменяющегося радиуса средней лииии щели, симме/,тричной относительно оси ОУ, и щели, симметричной относительно оси ОХ, соответственно; - начальное (наименьщее) значение неременных радиусов R и /,5, имеющее место в случае, когда и R совмещены с осями О У и ОХ соответственно, т. е. когда .|3 -13 0. Отсчет значений а и -а должен производиться от оси +ОУ против часовой и по часовой стрелке соответственно, а углов р и -р - против часовой и по часовой стрелке соответственно, но относительно оси - ОХ; ARo - приращение радиуса с ростом углов а, -а, :Р и -р, обеспечивающее линейную завнсимость между координатами и углами поворота диска 3; (а) и (Р) - значения углов к, -а, р и -р, взятые по модулю и выраженные в радианах. С ирактической точки зрения целесообразнее оси ОХ и OY (Перенести параллельно самим себе таким образом, чтобы точка пересечеиия осей (точка 0) совместилась с центром стартового отверстия 10, лежащего на радиусе АО. Тогда координаты центра светового пятна X и У будут определяться относительно центра этого стартового отверстия. Осп повой (перемещенной) системы координат обозначены на фиг. 2 .как +OY и +ОХ. Ротор 7 (фиг. 1) тахогенератора, вращающийся вместе с диском 3, так как он посажен на общем валу с последним, выполнен из металла в виде короткого цилиндра, на образующей поверхности которого выполнены 3}бья. Такое же количество зубьев выполнено на внутреппей поверхпостп металлпческого ко., выполняющего роль статора 5 и охватываюп1.его ротор 7. Устройство работает следующим образом. При вращении диска 3 (фиг. 2) ;io стрелке С происходит модуляция ьо времени свсгоБого потока, нрощедщего через сканирующую систему. В течеппе временп, когда радпальная щель перекрывается со стартовым отверстием 10 на радиусе АО, через сканирующую систему к фотоэлектрическому преобразователю проходит имиульс света а (фиг. 3) длительностью /i. Источн1п ом света служит ламгга накаливаппя, установленная протпв стартового отверстия (па чертежах не показано). При дальнейшем повороте Д11ска его радиальпая щель пересекает горизонтальный луч креста интерференционной картины, генерируется световой импульс б длительностью to. Временной интервал между имиульсамп имеет велпчппу г-;, а времепной ннтервал t между серединами световых импульсов пропорционален величине нестворности по вертикальной оси, т. е. координате У. Аналогично генерируются световые импульсы виг, временной интервал между серединами которых пропорционален искомой координате А. Все световые импульсы поступают па фотоэлектрический преобразователь 6 (фиг. 1), и соответствующие им электрические импульсы с выхода преобразователя поступают в блок 9 обработки информации. Между статором 5 и ротором 7 образуется электрическая емкость, которая прп вращении ротора изменяется по величине с частотой , П.,2 где rti - частота вращения ротора (об/мин);

«2 - ЧИСЛО зубьев ротора, равное числу

зубьев статора.

При питании емкости статор - ротор постоянным током происходят перезарядные процессы, т. е. образуется переменный ток с частотой /ь который поступает в блок 9 (фиг. 1). Например, при «1 60 об1мин, частота переменного тока имеет величину

60-180 ,.,.

(4) /, - 50цена периода неременного тока составляет 360°

(5)

2°

7, -

1

/,

В блоке обработки информации частота переменного тока, снимаемого с емкостного датчнка скорости, преобразуется умножителем и принимает значение П,,, (6) h-h «3- gQ- : где «3 - коэффициент умножения частоты. Например, 1п:ри , . 2000 360000 гц, а цена периода тока с частотой /2 составляет величину 0,ООГ. Поскольку емкость статор - ротор образована всеми зубьями одновременно, и погрешность углового положения любого из зубьев не сказывается на фазе иеременного тока и, следовательно, не приводит к ногрещности измерений. В блоке обработки информации интервал времени t заполняется частотой /2, а интервалы ti и tz - частотой /2: 2, и общая сумма импульсов регистрируется. Из фиг. 3 видно, что + 0,5- /i-fO,5./2.

Число ИМлульсов, соответствующих иоко.мой координате, имеет следующую величину

М,, г,.2 /з-/2+0,5. ,.

5-/2 + 0,5- /2 -/2

(9)

ИЛИ

Л у з-/2+ (0,5./2) (0,5.

(10)

/2) - 2.

ЕСЛИ частота вращения диска с.ротором 7

изменяется и принимает значение n.,lX

X ni, то соответственно изменяется и частота

заполняющих импульсов, которая принимает

значенне

0,-/;1./г2-Яз

n.-ri,-n

0,1-/2. (11) 60 60 Но вследствие понижения скорости сканированпя в 10 раз временные 1штервалы увеличиваются в 10 раз: t 10/ь i2 и/3 10/3. Поэтому число зарегистрированных импульсов не изменяется, т. е. изменение скорости сканирования не влияет на результат определения величины нестворности, не требуется точного изготовления емкостного датчнка скорости скан фования. Предмет изобретения Фотоэлектрический приемник дифракционного створофиксатора, преобраэующнй сканированием величину нестворности во временной интервал, заполняемый имиульсами частотного датчика скорости сканировання, содержащий сканирующую , систему, фотоэлектрический иреобразователь, датчик скорости сканирования и блок обработки информации, отличающийся тем, что, с целью уменьщення norpenjHOCTH из-за неточности изготовления датчика скорости сканирования, последний выполнен в виде металлического кольца с помещенным внутрн него металлическпм диском, смежные поверхностн которых изготовлены зубчатыми.

fO

s

2/2

Фиг.З