Устройство для измерения координаты оптического пучка Советский патент 1980 года по МПК G01B11/00 

Изобретение относится к измерител ной технике и может использоваться для одновременного определения и кон роля местоположения, размеров и интенсивности оптического пучка. Известно ycTpofiCTBO для определения координаты оптического пучка, содержащее полупроводниковый сканистор, источник координатозадающего напряжения, дифференцирующий трансФорматор, генератор пилообразного напряжения и регистрирующий блок 1 Недостаток устройства - низкая точность измерения. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения координаты оптического пучка, содержащее полупроводниковый сканистор и источник напряжения 2 . Однако известное устройство имеет невысокую точность измерения вследст вие влияния на нее интенсивности пуч ка. Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения. Цель достигается тем, что устройс во снабжено блоком формирования сигнала, вход которого подключен к коллектору сканистора детектором, вход которого подключен к выходу блока формирования сигнала, пороговым бло- ком, вход которого подключен к выходу детектора, генератором импульсов, управляющий вход которого соединен с выходом порогового блока, интегратором, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов,а выход подключен к эмиттеру сканистора, сумматором, первый вход которого подключен к выходу интегратора, генератором переменного напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу порогового блока, а.выход ко второму входу сумматора, ;логическим элементом И, первый вход которого подключен к выходу блока формирования сигнала, второй вход подключен к генератора переменного напряжения, а выход соединен ;Ср вторым входом интегратора, и одновибратором, вход которого подключен к выходу блока формирования импульсов, а выход соединен с управляющими входами генератора импульсов и генератора переменного напряжения. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит сканистор 1, источник 2 напряжения, блок 3 форми3

781561 рования сигнала, детектор 4,пороговый блок 5, входом соединенный с в лходом детектора 4, генератор б импулЪеов, интегратор 7, первый вход которого соединен с выходом генератора б, сумматор 8,генератор 9 переменного напр жения, выходом соединенный со входом сумматора 8, логический элемент 10 И одновибратор 11, выходом соединенный с управляющими входами генераторов б и 9. ; , , ,л Устройство работает следующим об:раэрм. -, , , . Прямоугольные импульсы, вырабатываемые генератором 6, преобразуются интегратором 7 в линейно изменяющееся напряжение , которое поступает в сумматор 8. Сумматор выходом подключен к тому потенциалу источника йапряжёния, полярность которого совпадает с полярностью выходногосканирующего напряжения сумматора. Таким образом, ;на сканистор 1, включённый в цепь источника 2 напряжения поступает линейно изменяющееся напряжение, -форма которого (пилообразное с коротким обратным ходом, треугольной формы или линейно-ступенчатое) зависит QT вида импульсной .последовательности, формируемой генератором 6 В случае нахождения на скйнисторе о 1ТИческого пучка при опросе сканис тора 1 линейно изменяющимся напряжением на выходе блока 3 формирования сигнала появляется электрический , амплитуда которого пропёрциональ -а ннте сивности дптйЧ1есквго йучка. далее этот сигнал noCTynaet на детектор 4 и .запускает своим передним фронтом одновибратор Г1.ЙмЪуль с,вь1раба тываег.шй рдновибратором 11, прерывает поступление импульсов генератора б на вход интегратора 7 и включает генератор 9 перёмен но го напряжёни я. При э том на выходе интегратора 7 сохраняется в течение длительности импульса одновибратора II уровень постоянность ftапряжения, соответствующий моментупостУпления сигнала (т.е. координате пё грани пучка). С выхода генератора 9 переменное напряжение, фор:йаГ й0ТО ргЬго может быть выбрана: любой (синусоидальной, пи:J ooбpaзнoй, треугольной и т. п. jipCTynaeT на сумматор 8. Таким обра зОм/ на вых;оде сумйатора 8 получаем двух напряжений ( интегратора 7 и переменного - с генератора 9), R6TOi ref пщлшёш:::г;ска:нистору. Это приводит к тому, что дальнейший опрос сканистора ос ествляетс в малой области , хфййегающёЙ - if йоорййнаТе центра положения оптическрго пучка на сканисторе. И на выходе схемы 3 пълучаем ййслёдраатёль- ййстъ ймпульсов сигнала рптическрго Щf Scr Ш: novi, периоду переменного напряжения,вырабатываемого генератором 9. Эта пЬследоват ЬНЬсть - -г1мйуйЁСРв прступаетifr в ой г ётектора 4, Т1бстоянная времени кот6 рогб выбрана равной нескольким периодам импульсов сигнала. КогДа уровень напряжения |а выходе детектора 4превышает устаювленный в пороговом блоке 5 пороговый уровень,блок 5 выдает постоянное упра вляющёё -напряжение, запирающее после окончания импульса одновибратора 11 генератор б и .удерживающее во включенном состоянии генератор 9. Если же первоначальный сигнал, запускающий одновибратор.11, вызЁан выбросом шума, то после окончания длительности импульса одновибратора, опрос сканистора продолжается с места остановки. После обнаружения оптического пучка образованная при локальном сканировании последовательность импульсов сигнала поступает на логический элемент 10 И, второй вход которого связан .с вцходом генератора 9. Здесь происходитсравнение временного положения импульсов границ пучка относительно центра (нулевого уровня или с|рёдней составляющей) опрашивающего переменного напряжения генератора 9 При запаздывании или опережении центра импульсов от пучка относительно центра локального сканирования с выхода логического элемента 10 И снимаются импульсные сигналы противоположной полярности и, с разными длительностями, суммарная длительность которых пропорциональна ширине пучка. Подача этих импульсов на интегратор 7 приводит к увеличению или уменьшению уровня напряжения на выходе интегратора, т.е. к изменению напряжения опроса и совмещению центра локального сканирования с центром оптического пучка. В этом случае уровень постоянного напряжения на интеграторе соответствует координате положения оптического пучка на сканисторе, и изменение его положения вызывает изменение этого уровня. Причем точность автоматического изменения пояь гейия пучка высока, так как ввиду малогр лркального сканирования частота йканйровйния может быть выбрана достаточно большой, что уменьшает динамическую ошибку определения координаты пе)рейещающегРся пучка. Данное,устройство позволяет одновременно измерять с выхода 0| мощность (интенсивность) оптического пучка по максимальной амплитуде сигнала, с выхода tp - размеры пучка по cyvfcee длительностей двух разнополярных импульсов, выхода % - положение (координату центра) оптического пучка по амплитуде выходного напряжения и с выxoiia N - координату начала пучка по числу импульсов (при условии их ПОСТО-. янной вольт-секундной площади), поступающих в интегратор. Полоса пропускания блока. 3 формирования сигнала при этом сужается, что повышает отношение сигнал-шум. Это приводит к повышению

чувствительности устройства и к повышению точности измерения координат пучка.

Формула изобретения

Устройство Х1ЛЯ измерения координаты оптического пучка, содержащее полупроводниковый сканистор и источник напряжения, отличающееся тем,что с целью повышения чувствительности и точности измерения, оно снабжено блог ком формирования сигнала, вход которого подключен к коллектору сканистора, детектором, вход которого подключен к выходу блока формирования сигнала, 15 пороговым блоком, вход которого подключен к выходу детектора, генератором импульсов, управляющий вход кото- рого соединен с выходом порогового блока, интегратором, первый вход ко- 20 торого соединен с выходом генератора импульсов, а выход подключен и эмиттеру сканистора, сумматором, первый вход которого подключен к выходу интегратора, генератором переменного напряжения, управляющий вход которого подключен к выходу порогового блока, а выход - ко второму входу суммато .:::-5 ра, логическим элементом И, первый вход которого подключен к выходу блока формирования сигнала, второй вход подключен к выходу генератора переменного напряжения, а выход соединен со вторым входом интегратора, и одновибратором, вход которого подключен к выходу блока формирования импульсов, а выход соединен с управляющими входами генератора импульсов и генератора беременного напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР №462999,кл. G 01 J 3/50, 1975.

2.Авторское свидетельство СССР 523537, кл. Н 04 N 5/30, 1976 (прототип).