Кодовый лимб теодолита и устройство для декодирования отсчетов по лимбу Советский патент 1981 года по МПК G01C1/06 

1

Изобретение относится к угломерным геодезическим измерениям, а именно к актоматизированным системам измерения вертикальных и горизонтальных углов на местности, с помощью теодолитов с кодовыми лимбами.

Известны системы кодовых теодолитов, различающихся используемым кодом, аппаратурой считывания и регистрации отсчетов, их декодирования. Среди кодовых лимбов, применяемых в теодолитах, можно выделить лимбы для так называемого импульсного отсчета, осуществляемого в две( этапа: грубое и точное отсчитывания 1.

Известен кодовый лимб теодолита, представляющий собой прозрачный диск с концентрическими штриховыми дорожками, на одной из KOTOEWX, дорожке точного отсчета, штрихи нанесены равномерно по всей окружности. Для определения номера штриха имеются дорожки точного отсчета, а значит для грубого отсчета предусматриваются дополнительные дорожки, штрихи которых нониусно смещены относительно штрихов дорожки точного отсчета 2 и 3.

Для повышения точности отсчйтывания нужно увеличивать число штрихов дорожки точного отсчета и увеличивать число вспомогательных дороже1Г грубого отсчета. Это сопряжено со значительными, технологическими трудностями при изготовлении лимба и монтаже всей системы теодолита, с одной стороны, и сложностью разработки устройства декодирования отсчетов, обеспечивающего устранение ошибки неоднозначности грубого от10счета .

Известно устройство для декодирования отсчетов, предназначенное для кодового лимба теодолита и приспособленное для лимба с одной до- рожкой грубого отсчета 4.

Однако известное устройство не .1ожет быть реализовано для усоверуаенствованных кодовых лимбов без его заметного усложнения.

20

Цель изобретения - устранение ошибки неоднозначности грубого отсчета без повышения требований к точности изготовления и сборки кодового лимба.

25

Для достижения поставленной цели на кодовом диске предусмотрены только две кодовые дорожки грубого отсчета, штрихи одной из которых смещены относительно штрихов дорожки

30 точного отсчета, условно разделенной

на несколько диапазонов с равным числом штрихов в каждом, нониусно в пределах каждого диапазона, а штрихи другой дорожки грубого отсчета смещены относительно штрихов одной из двух других дорожек на угол,постоянный в пределах каждого диапазона но изменяю4ийся по нониусному закону от диапазона к диапазону.

Для обеспечения надежного устранения ошибки неоднозначности грубого отсчета в устройство для декодирования, содержащее сканирующий блок со считывающей диафрагмой и датчиком отсчета, а также логическую схему с дискриминаторами последовательности сигналов и счетчиками грубого и точного отсчета, введены блок поправки, выполненный из трех элементов И,триггера и контрольного счетчика, и масштабные делители тактов, выходы которых соединены со входами соответствующих счетчиков, а входы через ключи соединены с входом датчика тактовых импульсов и первым входом элемента И блока поправки по первым входам ключей ис первыми выходами дискриминаторов последовательности сигнало по вторы л входам ключей, причем один из входов дискриминатора диапазонного сигналов соединен с датчиком поддиа.пазонного отсчета, а второй его вход соединен с датчиком диапазонного отсчета и с первЕлм входом элемента И, второй триггер связан с одним из входов элемента И, второй вход которой через контрольный счетчик и второй вход элемента и 2 соединен со вторым выходом дискриминатора точного и поддиапазонного сигналов, а выход элемента И связан через схему разрешения входа поправки со счетчиком диапазонного отсчета, шина сброса которого связана с шиной сброса масштабного делителя диапазонного отсчета и со вторым выходом дискриминатора диапазонного и поддиапазонного отсчетов.

Кроме того, считывающая диафрагма в декодирующем устройстве: выполнена в виде трех щелей, две из которых расположены на одной прямой, а третья смещена относительно них на расстояние, равное половине дискретности грубого отсчета.

на. фиг. 1 представлен кодовый лимб; на фиг. 2 - функциональная схема декодирующего устройства; на фиг. 3 : варианты поступления на фотодатчики информационных сигналов при сканировании; на фиг. 4 - сканирующая диафрагма; на фиг. 5 - пример взятия отсчета.

Кодовый лимб представляет собой прозрачный круг 1 с тремя концентрически нанесенными штриховыми дорожками точного отсчета 2, поддиапазонного отсчета 3 и диапазонного отсчета 4. Штрихи точной дорожки 2 нанесены по всему лимбу равномерно через равные угловые промежутки. Лимб условно разбит на N диапазонов,каждый из которых содержит равное число штрихов точной дорожки. Каждый диапазон в свою очередь разбит на К равных поддиапазонов. Угловая величина одного поддиапазона равна величине окна сканирования и составляет 400 }Гк Штрихи второй дорожки 3 смещены относительно соответствующих штрихов первой дорожки в направлении нарастания порядкового номера штрихов первой дорожки (на фиг. 2 по часовой стрелке) по закону нониуса в каждом из диапазонов. Интервал между соответствующими штрихами первой и второй дорожек определяет порядковый номер штрихов первой дорожки в пределах одного любого диапазона. Штрихи третьей кодовой дорожки 4 смещены относительно соответствующих штрихов второй дороу ки 3 в обратном направлении таким образом, что в пределах каждого диапазона интервал не сохраняется постоянным, а изменяется по закону нониуса с изменением, номера диапазона.

При наведении теодолита на точку визирования в окне сканирования появляются штрихи по одному на каждой дорожке (за исключением некоторых случаев, рассмотренных ниже), несущие информацию об измеряемой величине угла.

Обработка информации осуществляется в устройстве декодирования отсчетов , содержащем сканирующий блок, включающий в себя фотодатчики тактов 5, точного отсчета б, поддиапазонного отсчета 7/ диапазонного отсчета 8, и логический блок, состоящий из дискриминатора 9 последовательности точного и поддиапазонного отсчетов, дискриминатора 10 последовательности поддиапазонного и диапазонного.отсчетов, счетчиков 11, 12 и13,блока 14 поправок дешифратора 15.

Канал точного обсчета содержит также триггер 16, фиксирующий приход точного информационного штриха, и ключ 17.

Дискриминатор 9 последовательности точного и поддиапазонного сигнало состоит из триггера 18 и схемы совпадения 19. Дискриминатор 10 последовательности диапазонного и поддиапазонного скркалов состоит из триггера 20 и схемы 21 совпадения. Канал поддиапазонного отсчета помимо счетчика 12 содержит ключ 22 и масштабный делитель 23. Канал диапазонного отсчета состоит из ключа 24, масштабного делителя 25, счетчика 13 и схемы 26 разрешения введения поправки. Блок 14 поправки включает триггер 27,контрольный счетчик 28 и элементы Ц 29, 30 и 31. При сканировании изображени участка лимба фотометрическим способом фиксируется момент совпадения сканирующей диафрагмы с информационным штрихом. Одновременно с изображе нием участка лимба сканируется такто вая дорожка t, представляющая собой линейку с чередующимися прозрачными и не.прозрачнЕлми интервалами. По отно сительному расположению штрихов и расстоянию между ними определяется отсчет. Сканируемый участок может быть представлен либо в виде кадра фотопленки в том случае, когда прои водится фоторегистрация показаний кодового теодолита с дальнейшей обр боткой на автономном декодирующем устройстве, либо как изображение участка лимба в плоскости, удобной для сканирования. В последнем случа декодирующее устройство может быть размещено в корпусе теодолита, отсчет может быть воспроизведен на ци ровом табло непосредственно в проце се измерений. На фиг. 3 изображены возможные варианты поступления информационных и тактовых сигналов на фотодатчики процессе сканирования изображения участка лимба или кадра. При сканировании сигналы с дорожек 2, 3, 4 и t поступают в декодир ющее устройство соответственно на датчики 5-8, обрабатываются в логическом блоке и через дешифратор 15 поступают на цифровое табло (не показано) , на котором высвечивается о счет в градах, сантиградах и сантисантиградах. Полный отсчет равен Б Д + П + Т, где Д - диапазонный отсчет; П - подциапазонный отсчет; Т - точный отсчет. Точный отсчет (доли града) опред ляется количеством тактовых интерва лов, укладывающихся на дорожке 2 от информационного импульса по линии считывания (отрезок А на фиг. За, б В декодирующем устройстве этот отрезок соответствует количеству им пульсов, поступающих с датчика 5 тактов на счетчик 11 точного отсчета. Ключ 17 открывается триггером 16 по приходе сигнала на датчик 6 точного отсчета. Точный отсчет равен Т «J-i П , 400 00 00 где . к -L деления так товой шкалы, . ссград, L - количество такто укладывающихся в сканируемом окне П - количество такто вых импульсов в указанном отрезке. Грубый отсчет берется как сумма диапазонного и поддиапазонного отсчетов. Для получения диапазонного и поддиапазонного отсчетов используются тактовые импульсы, поступающие с датчика 5 тактовых импульсов и переЬчитанные с помощью масштабных делителей 23 и 25, стоящих перед счетчиками 12 и 13. Коэффициенты деления масштабных делителей X и Хп увеличивают дискретность тактового отсчета для диапазонной и поддиапазонной дорожек. Величины К, N, L, Х , Хл выбираются из условия, чтобы дискретность тактов для диапазонного и поддиапазонного отсчетов была больше погрешности взаимного расположения информационных сигналов на этих дорожках. Погрешность носит случайный характер и зависит от точности изготовления, сборки и юстировки прибора. В макете предлагаемого устройства выбраны К N 20, величина скани400 8 руемого окна -г.--г.- 1 , количество тактов тактовой шкалы L 1000,масштабные коэффициенты Х Хп L L 1000 с« „, -;: -::- -оК- 50. Таким обК М 20 разом, дискретность тактового отсчета для диапазонной и подциапазонной дорожек одинакова и составляет пятьдесят тактов точного отсчета. Сканирующая щель должна быть выполнена так, чтобы обеспечить при считывании электрических сигналов с дорожек 2 и 3 сдвиг на 1/2 дискретности поддиапазонного отсчета, а при считывании сигналов с дорожек 3 и 4 (или с 2 и 4, если на лимбе осуществлен сдвиг между штрихами дорожки 2 и 4) на 1/2 дискретности диапазонного отсчета. Для одинаковой дискретности отсчета для диапазонного и поддиапазонного отсчетов и на лимбе штрихи дорожки 4 смещены относительно штрихов второй дорожки, а сканирующая диафрагма выполнена в виде трех щелей (фиг. 5), каждая из которых соответствует определенной кодовой дорожке: 32 - дорожке 2 точного отсчета, - 33 - дорожке 3 поддиапазонного отсчета, 34 - дорожке 4 диапазонного отсчета. Щель 32 смещена относительно щелей 32 и 34 на величину U , равную 1/2 дискретности грубого отсчета, в сторону, обратную направлению нарастания порядкового номера штрихов точной дорожки. Диапазонный отсчет, соответствующий номеру диапазонов, в котором находится окно сканирования,определяется взаимным положением штрихов по дорожкам П и Ш и количеством целых тактов диапазонного отсчета,укладывающихся в-участках В и С (фиг,За) или Е (фиг. 36). Отсчет с участков В и С снимается в случае прихода на блок сканирования первым сигнала с дорожки подциапазонного отсчета,вто рым сигнала с дорожки диапазонного отсчета. Отсчет Е берется в случае обратной последовательности штрихов и производится следующим образом. В декодирующем устройстве триггер 20 первоначально установлен в такое положение, что ключ 24 открыт для тактовых импульсов, которые через масштабный делитель 25 поступают на счетчик диапазонного отсчет 13. По приходе на датчик 8 сигнала диапазонной дорожки через ключ 24 н счетчик 13 и масштабный делитель 25 поступает импульс сброса, триггер 20 положения не меняет, таким образом счет снова начинается с нуля до момента прихода на датчик 7 сигнала с дорожки подциапазонного отсчета. При этом триггер 20 закрывает ключ 24 и счет, прекращается. Если первым приходит импульс с датчика., то триггер 20 закрывает ключ 24, счет прекращается до прихо да импульса с датчика 8, счет возоб новляется и продолжается до окончания сканирования (до края линии ска нирования или конца кадра). Диапазонный отсчет равен . где d --- - цена деления такто вой шкалыдиапазонного отсчета; т - количество тактов тактовой шкалы точ ного отсчета,укла дывающейся в ука.занных участках; Х. - масштабный коэффициент диапазонного отЬчета. (В расчет принимается делая часть от деления Подциапазонный отсчет, соответствующий номеру поддиапазона в диапазоне, определяется количеством такто поддиапазонного отсчета, укладывающихся на участках А и В (фиг. За) ил на участке А (фиг. Зб) в зависимости от относительного положения штрихов Если на блок сканирования первым при шел сигнал с датчика поддиапазонного отсчета 7, а затем с датчика точного отсчета 6, то отсчет берется по участкам А и В.В случае обратной по следовательности сигналов отсчет берется по участку G. Для определения последовательност сигналов служит дискриминатор 9, сос тоящий из триггера 18 и схемы совпадения 19. В исходном положении тригг 18 открывает ключ 22, пропуская на ;четчик 12 подциапазонного отсчета тактовые сигналы (через масштабный делитель 23). С приходом сигнала с датчика 7 триггер 18 закрывает ключ 22 и счет прекращается до прихода сигнала с датчика 6, возвращающего триггер в первоначальное положение, ключ 17 снова открывается и счет продолжается до конца сканирования. При обратной последовательности прихода сигналов триггер 18 остается в исходном положении с приходом импульса с датчика б одновременно через открытый ключ 19 на канал поддиапазонного отсчета поступает сигнал сброс, счет начинается с нуля и продолжается до прихода импульса с датчика 7, закрывающего ключ 22 и прекращающего счет. . Подциапазонный отсчет равен П п--, , 400 i где Лп м7к цена деления тактов поддиапазонного отсчета;тл - количество тактов точного отсчета, укладывающихся на указанных участках; Xf - масштабный коэффициент для поддиапазонного отсчета. (В расчет принимается целая часть от деления ) . Полный отсчет составляет 400 m с 4- L. N.K Xj L : На фиг, 5 представлен конкретный пример отсчета, количество тактов точной шкалы, укладывающееся в указанных участках п, тл,т равны соответственно 625, 75, 125. При L 1000, К N 20, Х. Хо. 50, ширине отсчетного окна по формуле получаем ., GO 75 . 125 . Б - 625 20 + 2 + 20 - 20. 1000 + 6225 22. - (Дробные части слагаемых, составяющих грубый отсчет, отбрасываются). При переходе из диапазона в диапазон, когда в окне сканирования появлятся два сигнала ,по дорожке поддиапаонного отсчета (фиг. Зв), требуется оправка.+ 1 в диапазонный отсчет. игнал подцйапаэонной дорожки опереает сигнал от точной дорожки на веичину, составляющую половину такта одциапазонного отсчета (участок F а фиг. Зв). Если погрешность зА

счет неточности нанесения штрихов и инструментальная погрешность прибора в сумме не превысят этой величины, то ошибки от неоднозначности отсчета не будет. В макете предлагаемого устройства погрешность от указанных причин составила хЗО, что составляет три такта точного отсчета.Дискретность же тактов поддиапазонного отсчета равна пятидесяти тактам точного отсчета. Следовательно такая погрешность ошибку не вносит. То же касается и диапазонного отсчета.

Величина участка F (фиг. Зв) определяется количеством тактов точного отсчёта., укладывающихся в данном промежутке. Ключ 30 блока 14 поправок в исходном положении закрыт . С приходом сигнала по дорожке поддиапазонного отсчета элемент 30 открывается триггером 18 и пропускает тактовые импульсы на контрольный счетчик 28. С приходом сигнала по дорожке точного отсчета триггер 18 закрывает элемент 30 и счет прекраадается.

Если величина отсчета на контрольном счетчике 28 равна количеству тактов, составляющему половину дискрета поддиапазонного отсчета, то на схему 26 разрешения ввода поправки через элемент 31 поступает сигнал разрешения, и по окончании сканирования (линия 35 считывания на фиг. 3) поправка поступает в блок диапазонного отсчета.

Поправка требуется во всех случаях перехода из диапазйн.а в диапазон, если при сканировании есть два сигнала по дорожке поддиапазонного отсчета, кроме случая перехода из последнего диапазона в нулевой (фиг.Зг) Изображение данного кадра отличает ся от предыдущего совпгщениями момента прихода сигналов по диапазонной и точной дорожкам во время сканирования. Совпадение сигналов фиксируется на триггере 27, куда поступает сигнал с элемента 29. Триггер 27 закрывает схему 26 и поправка не вносится

При испытаниях макета и опытного образца теодолита с кодовым диском и декодирующим устройством подтверждено устранение ошибки неоднозначности в окончательном отсчете. Создание такого теодолита не связано со значительными экономическими затратами и обеспечит получение значительного экономического эффекта.

Формула изобретения

1.Кодовый лимб теодолита,представляющий собой прозрачный диск с концентрическими штриховыми дорожками, на одной из которых, дорожке точного счета, штрихи нанесены равномерно по всей окружности, а на других дорожках грубого отсчета нанесены нониусно смещенные штрихи для индикации порядкового номера штриха дорожки точного отсчета, отличающийся тем, что, с целью уст Уанения ошибки неоднозначности грубого отсчета без повышения требований, к точности изготовления и сборки г предусмотрены только две кодовые дорожки грубого отсчета, штрихи одной из которых смещены относительно штрихов дорожки точного отсчета, условно разделенной на несколько диапазонов с равным числом

0 штрихов в каждом, нониусно в пределах каждого диапазона, а штрихи другой дорожки грубого отсчета смещены относительно штрихов одной из двух .других дорожек на угол, постоянный

с В пределах каждого диапазона, но изменяющийся по нониусному закону от диапазона к диапазону.

2. Устройство для декодирования отсчетов по кодовому лимбу по п.Д, содержащее сканирующий блок со считывающей диафрагмой и датчиками отсчета по штриховым и тактовой дорожкам, а также логическому схему с дискриминаторами последовательности сигналов

и счетчиками грубого и точного отсчетов, отличающееся тем, что, с целью Нсщежного устранения ошибки неоднозначности грубого отсчета, в логическую схему введены

блок поправки на трех элементах И, триггере и контрольном счетчике и масштабные делители тактов, выходы которых соединены со входами счетчиков одного точного и двух грубых,

диапазонного и поддиапазонного отсчетов , а входы - через ключи с выходом датчика импульсов с тактовой дорожки и первым входом одного из элементов И блока поправки по первым входам, и

с первыми выходами дискриминаторов по вторым входам ключей, причем входы дискриминаторов последовательностей сигналов грубого отсчета соединены соответственно с датчиками диапазонного и поддиапазонного отсчета, а

также с первым входом второго элемента И, второй вход которого подключен к датчику точного отсчета, а выход через триггер к одному из входов третьего элемента И, другой вход которой соединен через контрольный сч:етчик и второй вход второгоЭлемента И со вторым выходом дискриминатора последовательности сигнала точного и поддиапазйнного отсчетов, а выход со счетчиком диапазонного отсчета через схему разрешения входа поправки, при этом шина сброса счетчика диапазонного отсчета сблокирован-а с шиной сброса масштабного делителя диапазонного отсчета и со вторым выходом дискриминатора последовательностей сигналов грубого отсчета.

3. Устройство по а. 2, о т л и чающееся тем, что считывающая диафрагма образована тремя одинаковыми прямоугольннрли щелями, две из которых служат продолжением одна другой, а третья смещена относительно первых на расстояние, равное половине дискретности отсчета по одной из-двух дорожек грубого отсчета.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гауф М. Электронные теодолиты и тахеометры. М., Недра, 1978,

с. 83-95.

2.Авторское свидетельство СССР № 475502, кл. G 01 С 1/04, 1967..

2. Авторское свидетельство СССР № 501273, кл. G 01 С 1/04, 1967.

4. Авторское свидетельство СССР № 387209, кл. G 01 С 1/06, 1970.

a

. 5

S

I I lit

53