Устройство для определения положения светового пятна на плоскости Советский патент 1974 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для обработки электромагнитного излучения и определения положения точечных источников света

Известны устройства для определения положения светового пятна на плоскости, содержащие фотодиодный позиционно-чувствительный приемник излучения, выходами соединенный с соответствующими входами сумматора, координатные и опорньй выходы которого подключены соответственно к входам координатных и опорного усилителей, подключенньрс выходами к первым входам соответствующих координатных и опорного преобразователей амшштуда-потенпиал, вторые входы которых соединены с выходом распределителя управлящих импульсов, связанного тем же выходом с первым входом индикатора рассогласования, два других входа которого соединеаы соответственно с выходом опорного усилителя и выходом источника эталонного напряжения, два выходных блока вычитания, подключенных Первыми входами к выходам координатных преобразователей, а вторыми входами - к выходу опорного преобразователя, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с соответствующими выходами индикатора рассогласования, выход старших разрядов реверсивного счетчжа связан через преобразователь кодов с первыми регулировочными входами опорного и координатных усилителей, вторые регулировочные входы которых соединены с выходом младших разрядов реверсивного счетчика.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в него введен блок нелинейной коррекции усиления, управляющий вход которого соединен с выходом распределителя управлящих импульсов, а опорный и регулировочный входы подключены соответствецно К опорному выходу сувяматора и выходу преобразователя ко дов, кодовые выходы блока нелинейно коррекции усиления соединены с одно тленными входами преобразователя ко дов, а корректирущнй выход подключен к счетному входу реверсивного счетчика. Кроме того, блок нелиней- ной коррекции усиления содержит уси литель отсчета, входы которого соединены с опорным и регулировочным входами блока, два регистра, первый из которых соединен входами с вфсодами усилителя отсчета, а второй входом с основным выходом первого регистра, анализатор ощбающей опор ного сигнала, два входа которого подключены к выходам регистров, а третий вход связан с управлякмщм входом блока, схему сравнения кодов, кодовые входы которой соединены с соответствующими выходами первого регистра, а выходы подключены к кодовым выходам блока, схещ выбора шага коррекции усиления, первый вход которой соединен с выходом анализатора огибающей опорного сигналю., второй - с выходом схеьш срав нения кодов, а выход - подключен к корректфующему выходу блока. Такое выполнение устройсчва позволило повысить быстродействие ж расшщ)ить динамическш диапазон его работы. На чертеже приведена схема уст ройства. Устройство содержит фотодиодный позжтионно-чувствительный приемник излучения I, сумматор 2, коор динатные 3, 4 и опорный о усилителж координатные 6, 7 и опорный 8 преоб разователи ашлитуда-потенциал распределитель 9 управляаэдих импуль сов, индикатор 10 рассогласования, источник II эталонного напряжения, выходные блоки вычитания 12 и 13, реверсивный счетчик 14, преобразователь кодов 15, блок 16 нелинейной коррекции усиления, усилитель отсче та 17, регистры 18, 19 и сигнализатор огибащей опорного сигнала 20. схему сравнения кодов 21 ж схему 22 выбора шага коррекции усиления. Устройство работает следующим образом. Распределитель управлящих ймпульсов 9 обешечивает циклическую работу, длл чего в каадом цикле выдает в его блоки импульсы Сброс , Строб, Запись знаков, серию импульсов опроса схемы сравнения кодов 21 и импульс опроса индикатора рассогласования 10, Опорный сигнал о-о , пропорциональный суммарной энергии лучистого потока, падающего на фотоприемник I, поступает с выхода сумматора 2 на вход опорного усилителя 5 и усилителя отсчета 17 опорного сигнала. Значение отсчета опорного сигнала запоминается в регистре 18. Коэффициент передачи KQ опорного усилителя 5 определяется двоичным кодом числа, хранящегося к этому моменту в реверсивном счетчике 14, Амплитуда опорного сигнала, появившегося на выходе опорного усилителя 5 запбминается опорным преобразователем 8 амплитуда-потенциал в индикаторе рассогласования 10, Величина ослабления, вносшлая выходным аттенюатором опорного усилителя 5 непосредственно зависит от состояния т младших разрядов реверсивного счетчика 14, а ослабление, вносимо(3 входным аттенюатором опорного усилителя 5, зависит от число-импульсного кода на выходе преобразователя кодов 15, который, в свою очередь, зависит от состояния г старших разрядов реверсивного счетчика 14, На выходе преобразователя кодов 15 появляется М-разрядный код, который поразрядно сравнивается в схеме сравнения кодов 21 с содержимым регистра 18. Схема сравнения кодов формирует пакет импульсов, .число которых равно числу обнаруженных несовпадений в сравниваемых кодах. Это число запоминается в схеме 22 выбора шага коррекции усиления. Наибольшему числу в схеме выбора шага коррекции соответствует более высокая частота импульсов, которые с его выхода поступают на счетный вход реверсивного счетчика 14. Выбор шага коррекции усиления зависит также от числа несовпадающих позиций кодов в текущем периоде, от значения грубого отсчета опорного сигнала, сделанного в предыдущем периоде и хранящегося в регистре 19, и от знаков и величины приращений грубых отсчетов. Сравнение грубых отсчетов выполняет анализатор огибащей опорного сигнала 20. Если отсчеты отличаются друг от друга на величину, превышаюп ую заданный порог, то в зависимости от знака разности этих отсчетов записывается единица. Если разность отсчетов не превыинет порога, то сохраняются нулевые значения Из 16 возможных комбинаций переменных, представленных единичными и нулевыми СОСТОЯНИЯШ1 аналшатор огибающей опорного сигнала выбирает четное, при которых на его выходе появляется сигнал сброса схемы 22 выбора шага коррекции усиления,благодаря этому выбирается наименьший шаг коррекции. Две из четырех комбинации соответствуют случаям,когда средний из трех последовательных грубых отсчетов опорного сигнала больше или шньше соседних на величину, превышающую заданный порог, Еще две комбинации соответствуют случаям резкого скачка опорного сигнала, возникающего при пропадании сигнала или при его первом появлении, В этих случаях выбор большого шага коррекции задерживается до подтверадеНИН зФовня сигнала в следущем грубом отсчете опорного сигнала. Работающий таким образом анализатор огибающей сигнала увеличивает запас устойчивости контура автош-тическои регулировки усиления при случайных одиночных возмущениях огибащей опорного сигнала и при наличии импульсных помех По окончанш пропессов, связан ных с анализом огибащей опорного сигнала и выбором шага коррекции усиления, распределитель управляющих шшульсов Э выдает импульс опроса индикатора 10 рассогласования, н с этого момента начинается собственно коррекция усиления. Для этого момента в инджаторе рассогласования хранился потенциал, равный амплитуде опорного сигнала на выходе опорного усилителя 5, В зависимости от того, каков этот потенциал по сравнению с эталонным напряжением индикатор рассогласования разрешает прохождение импульса опроса на вход реверсивного счетчика 14 и предписывает ему режим вычитания,в соответствии с чем содержимое ревер сивного счетчика будет уменьшено на число импульсов, укладывающихся в определенном интервале врешни,причеГ;5ао« Гзшолтэеделяется ранее выбранным шагом ределяется ранее коррекции усиления. При уменьшении числа, хранящегося в реверсивном счетчйке 14, уменьшается величина ослабления в аттенюаторах опорного усилителя 5 и, тем самым, на его ycidJmT«jm и и, тем uatwum, па сд.« TitrifmTp vRpTratrrmapTpCT опотэный сигнал Быходе увеличиваеася оиорныи ош.пал Если же амплитуда опорного сигнала больше эталонного напряжения, потен циал преобразования в индикаторе рассогласования 10 будет уменьшен о величины эталонного напряжения, ри атом будет разрешен режим сложения в реверсивном счетчике 14, и в опорном усилителе 5 будет введено дополнительное ослабление, Алилитуда опорного сигнала удерживается таким образом, на уровне эталонного напряжения, причем число импульсов поправки содержтюго реверсивного счетчика 14 в каждом цикле тем больше, чем больше амплитуда опорного импульса отличается от заданного уровня. Синхронно с изменениями ослабления в аттенвэаторе опорного усилителя 5 происходит регулировка сопротивлении нагрузки диодов фотоприемника I, При увеличении интенсивности лучистого потока сопротивление нагрузки уменьшается. При этом в усилителе отсчета 17 опорного сигнала уменьшается ослабление. Благодаря этому обеспечивается постоянство порогов срабатывания регистра 18. Поскольку аттенюаторы корректирующих 3, 4 и опорного 5 усилителей переключаются одновременно, коэффициенты усиления сигналов сгдещения пятна «х и /Су оказываются равными коэффициенту усиления Ко опорного сигнала. Амплитуды усиленных импульсов запоминаются в виде потенциалов в координатных 6, 7 и опорном 8 преобразователях. КоО-о KQ& Og - Ку CLy - к о fiy Выходные блоки вычитания 12 ж 13 обеспечивают на выходе напряжения Ua; ж Uy , которые не зависят от величины лучистого потока и характеризуют только величину и знак с уещеншя пятна по координатным осям. Грубая и точная коррекция усиления в контуре автоматической регулировки усиления (АРУ) осуществляется неодновременно. Большие поп вкн ойкор кпш. вводятся « реверсивный счетчик 14 тогда, когда шорный сигнал на выходе опорного усилителя 5 либо мал, чтобы преодолеть амплитудный порог индикатоpia рассогласования 10, либо настолько велик, что ограничивается опорлгг-итгатртгрм S R ятом pjnrofip ин усилигелем о, о ааом случае иапшгятпл Т)япло-р.пяппвянист тспянияйт дикатор рассогласования указывает только знак рассогласования опорного сигнала с эталонным напряжением, а величину рассогласования определяет схема сравнения кодов 21, При этом импульс на выходе индикатора рассогласования имеет постоянную и

waкcиwaльнo воз /ожную для него длительность, заданную скоростью коррекции потенциала. Величина вводимо поправки пропорциональна частоте импульсов на выходе схемы выбора шага коррекции усиления 22, а частота зависит от разности чисел на входе схемы сравнения кодов 21 Грубая поправка вводится практически за одну коррекцию. Точная коррекция усиления осуществляется при условии, что опорный сигнал больше амплитудного порога срабатывания индикатора рассогласования 10, но меньше напряжения ограничения опорного усилителя 5, Это условие выполняется при равенстве кодов на входах схемы 2 сравнения кодов. При этом схема выбора шага коррекции усиления 22 выбирае т наименьший шаг коррекции. Частота импульсов на счетном входе реверсивного счетчика 14 оказывается постоянной и минимальной из всех частот, имен)щихся в схеме выбора шага коррекции усиления 22. Теперь пропорционально разности между опорным сигналом и эталонным напряжением меняется длительность импульса, указывающего знак рассогласования на вьсходе индикатора 10 рассогласования.

Таким образом, поскольку шаг коррекции усиления сигналов неодинаков при точной и грубой коррекции, зависимость между величиной вводимой поправки и величиной об,наруженного рассогласования в опорном усилителе 5 оказывается нелинейной: чем больше рассогласование, тем больше приращение поправки

Благодаря введению блока нелинейной коррекции усиления 16 предлагаемое устройство отслеживает изменения интенсивности лучистого потока за меньшее число циклов коррекции, чем в известных устройствах, что особенно важно при больших паузах между импульсами сигнала.

ПРЕДШТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I. Устройство для определения положения светового пятна на плоскости, содержащее фотодиодный позиционно-чувствительный приемник излучения, выходами соединенный с соответствующими входами сумматора, координатные и опорный выходы которого подключены соответственно к входам координатных и опорного усилителей, подключенных выходами к первым входам соответствующих коорч динатных и опорного преобразователей амплитуда-потенциал, вторые

ВХОДЫ которых соединены с выхидовг распределителя управлякщих импульсов, связанного тем же выходом с первым : ходом индикатора рассогласования, два других входа которого соединены соответственно с выходом опорного усилителя и выходом источника эталонного напряжения, два выходных блока вычитания, подключенных первык и входами к выходам координатных .преобразователей, а вторыми входами - к выходу опорного преобразователя, реверсивный счетчик, суммирующий и вычитающий входы которого соединены с соответствущими выходами индикатора рассогласования ,выход старших разрядов реверсивного счетчика связан через преобразователь кодов с первыми регулировочными входами опорного и координатных усилителей, вторые регулировочные входы, которых соединены с выходом ШIaдшkx разрядов реверсивного счетчика, отличающееся тем, .что, с целью повышение быстродействия и расширения динамического диа пазона работы устройства, в него введен блок нелинейной коррекции усиления, управляющий вход которого соединен с вы.ходом распределите:ля управляющих шшульсов, а опорный и регулировочный входы подключены соответственно к опорному выходу сумматора и выходу преобразователя кодоэ. кодовые выходы блока нелинейной коррекции усиления соединены с одношйбнными входами преобразователя кодов, а корректирующий выход подключен к счетному входу реверсивного счетчика.

2. Устройство по п. I, отличающееся тем, что блок нелинейной коррекции усиления содержит усилитель отсчета, входы которого соединены о опорным и регулировочным входами блока, два регистра, первый из которых соединен входами с выхо|дами усилителя отсчета, а второй :входом с основным выходом первого регистра, анализатор огибакщей опор ного сигнала, два входа которого подключены к выходам регистров, а третий вход связан с управляющим входом блока, схему сравнения кодов кодовые входы которой соединены с соответствующими выходами (гервого регистра, а выходы подключены к кодовым выходам блока, схему выбора шага коррекции усиления, первый вход которой соединен с выходом анализатора огибающей опорного сигнала второй - с выходом схемы сравнения кодов, а выход - подключен к корректжфующему выходу блока. I .. J