RU2112208C1 - Device for automated measurement of angular values - Google Patents
Device for automated measurement of angular values Download PDFInfo
- Publication number
- RU2112208C1 RU2112208C1 RU95112933A RU95112933A RU2112208C1 RU 2112208 C1 RU2112208 C1 RU 2112208C1 RU 95112933 A RU95112933 A RU 95112933A RU 95112933 A RU95112933 A RU 95112933A RU 2112208 C1 RU2112208 C1 RU 2112208C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- trigger
- register
- counter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для высокоточных измерений малых угловых перемещений в специальных геодезических работах, в точных геофизических измерениях и при производстве крупногабаритных изделий в качестве контрольно-измерительной аппаратуры. The invention relates to measuring equipment and can be used for high-precision measurements of small angular displacements in special geodetic works, in accurate geophysical measurements and in the manufacture of large-sized products as instrumentation.
Известно устройство для измерения перемещений, подвижная часть которого, содержащая жестко связанные осветитель, объектив, линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ЛФПЗС), перемещается вдоль зубчатой рейки, причем прорези рейки проецируются на фоточувствительную область ЛФПЗС [1]. A device for measuring displacements is known, the movable part of which contains a rigidly connected illuminator, lens, linear photosensitive device with charge coupling (LFPS), moves along the gear rack, and the slots of the rail are projected onto the photosensitive region of the LFPS [1].
Недостаток этого устройства является невысокая точность измерения. The disadvantage of this device is the low accuracy of the measurement.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство [2], содержащее отражающую мишень, предварительно установленную на контролируемом объекте и представляющую собой плоский круг, покрытый мозаикой уголковых отражателей. На условно неподвижном объекте установлены лазер, электрооптический модулятор, питающийся от СВЧ-генератора, полупрозрачное плоское зеркало и последовательно включенные фотоприемник, усилитель переменного тока, детектор и индикатор. Излучение лазера модулируют по интенсивности в СВЧ-диапазоне электрооптическим модулятором, сформированную волну направляют через полупрозрачное зеркало на отражающую мишень. Отраженные в обратном направлении каждым уголковым отражателем вторичные волны интенсивности направляют полупрозрачным зеркалом на фотоприемник, где они интерферируют. Фотоприемник преобразует переменный по частоте модуляции световой сигнал в электрический, который усиливают усилителем и преобразуют в постоянный детектором. Выходной сигнал детектора измеряют индикатором. Перестраивают СВЧ-генератор по частоте, проходя последовательно через два соседних минимума выходного сигнала индикатора. Измеряют частоты, соответствующие этим минимумам, и по их значению судят об ориентации контролируемого объекта. Closest to the proposed is a device [2], containing a reflecting target, pre-installed on the controlled object and representing a flat circle covered with a mosaic of corner reflectors. A laser, an electro-optical modulator powered by a microwave generator, a translucent flat mirror and a photodetector, an alternating current amplifier, a detector and an indicator are connected in series on a conditionally fixed object. Laser radiation is modulated in intensity in the microwave range by an electro-optical modulator, the generated wave is sent through a translucent mirror to a reflecting target. Secondary intensity waves reflected in the opposite direction by each angular reflector are directed by a translucent mirror to the photodetector, where they interfere. The photodetector converts a light signal, variable in frequency of modulation, into an electric signal, which is amplified by an amplifier and converted into a constant detector. The detector output is measured by an indicator. The microwave generator is tuned in frequency, passing sequentially through two adjacent minimums of the indicator output signal. The frequencies corresponding to these minima are measured, and the orientation of the controlled object is judged by their value.
Недостатком этого устройства заключается в необходимости дополнительного пересчета для получения информации об ориентации объекта. The disadvantage of this device is the need for additional recounting to obtain information about the orientation of the object.
Технической задачей изобретения является повышение удобства считывания результатов измерения. An object of the invention is to improve the readability of measurement results.
Техническая задача решается тем, что устройство, содержащее лазер, зеркальный блок, выполненный в виде полупрозрачного зеркала, расположенного по ходу излучения от лазера, и расположенного по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала излучения глухого зеркала, а также фоточувствительный прибор, оптически связанный с зеркальным блоком, и блок индикации, отличающееся тем, что в нем лазер закреплен на контролируемом объекте, фоточувствительный прибор выполнен в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью (ЛФПЗС), а также устройство снабжено синхрогенератором, усилителем, компаратором, генератором, первым счетчиком, первым триггером, линией задержки, первым регистром, вторым регистром, вторым триггером, третьим триггером, элементом ИЛИ, вторым счетчиком и вычислительным блоком, причем входы ЛФПЗС соединены с управляющими выходами синхрогенератора, а выход - с входом усилителя, выход которого подключен к первому входу компаратора, второй вход которого выполнен с возможностью подачи на него опорного напряжения, выход генератора соединен с счетными входами первого регистра и первого счетчика, вход сброса которого соединен с входом сброса первого триггера, счетным входом второго регистра и выходом линии задержки, вход которой подключен к выходу первого счетчика; счетный вход первого триггера подключен к другому выходу синхрогенератора, информационный вход первого триггера - к напряжению логической единицы, а выход первого триггера - к входу разрешения первого регистра, информационный вход которого соединен с выходом компаратора, а выходы соединены с информационными входами второго регистра, все выходы которого соединены с первыми информационными входами вычислительного блока, причем выход младшего разряда второго регистра соединен с информационным входом второго триггера, счетным входом третьего триггера и первым входом элемента ИЛИ, а выход старшего разряда второго регистра соединен также с счетным входом второго триггера, информационным входом третьего триггера и вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с входами сброса второго и третьего триггеров, выходы которых соединены с входом положительного и входом отрицательного счета второго счетчика соответственно, информационные входы второго счетчика соединены с первыми информационными выходами вычислительного блока, а выходы второго счетчика соединены с вторыми информационными входами вычислительного блока, вторые информационные выходы которого соединены с входами блока индикации, а управляющий выход подключен к входу записи второго счетчика, кроме того, вычислительный блок выполнен с возможностью подачи на его дополнительные входы сигналов "Начало счета" и "Конец счета". The technical problem is solved in that the device containing the laser, the mirror unit, made in the form of a translucent mirror located along the radiation from the laser, and located along the beam reflected from the semitransparent mirror, a deaf mirror, as well as a photosensitive device optically coupled to the mirror block, and an indication unit, characterized in that the laser is mounted on a controlled object in it, the photosensitive device is made in the form of a linear photosensitive device with charge coupling (LFPS), and the same device is equipped with a sync generator, amplifier, comparator, generator, first counter, first trigger, delay line, first register, second register, second trigger, third trigger, OR element, second counter and computing unit, and the LFPS inputs are connected to the control outputs of the sync generator, and the output is with the input of the amplifier, the output of which is connected to the first input of the comparator, the second input of which is configured to supply a reference voltage to it, the output of the generator is connected to the counting input said first register and a first counter, whose reset input is connected to the reset input of the first flip-flop, counting input of the second register and the output of the delay line, whose input is connected to the output of the first counter; the counting input of the first trigger is connected to another output of the sync generator, the information input of the first trigger is connected to the voltage of the logical unit, and the output of the first trigger is connected to the enable input of the first register, the information input of which is connected to the output of the comparator, and the outputs are connected to the information inputs of the second register, all outputs which are connected to the first information inputs of the computing unit, and the output of the least significant bit of the second register is connected to the information input of the second trigger, the counting input of the the third trigger and the first input of the OR element, and the high-order output of the second register is also connected to the counting input of the second trigger, the information input of the third trigger and the second input of the OR element, the output of which is connected to the reset inputs of the second and third triggers, the outputs of which are connected to the input of the positive and the negative counter input of the second counter, respectively, the information inputs of the second counter are connected to the first information outputs of the computing unit, and the outputs of the second counter are connected to the second bubbled information computing unit inputs the second information outputs of which are connected to the inputs of the indication unit, and a control output connected to the input of recording of the second counter, in addition, the calculation unit is adapted to supply at its additional signal inputs "Account Home" and "End of account".
На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматизированного измерения угловых величин; на фиг. 2 - 4 изображены диаграммы, поясняющие работу устройства для автоматизированного измерения угловых величин. In FIG. 1 shows a diagram of a device for automated measurement of angular values; in FIG. 2 to 4 are diagrams explaining the operation of the device for automated measurement of angular values.
Устройство для автоматизированного измерения угловых величин содержит лазер (на фиг. 1 не показан), предназначенный для скрепления с объектом, зеркальный блок, выполненный в виде полупрозрачного зеркала 1, расположенного по ходу излучения от лазера, и глухого зеркала 2, расположенного по ходу отраженного от полупрозрачного зеркала излучения на расстоянии, зависящем от требуемой точности измерений, оптически связанный с зеркальным блоком фоточувствительный прибор, выполненный в виде линейного фоточувствительного прибора с зарядовой связью 3 и блок индикации 18, а также введенные синхрогенератор 4, усилитель 5, компаратор 6, генератор 7, первый счетчик 8, первый триггер 9, линию задержки 10, первый регистр 11, второй регистр 12, второй триггер 13, третий триггер 14, элемент ИЛИ 15, второй счетчик 16 и вычислительный блок 17. A device for automated measurement of angular values contains a laser (not shown in Fig. 1), intended for fastening with an object, a mirror unit made in the form of a
Входы ЛФПЗС 3 соединены с управляющими выходами синхрогенератора 4, а выход - со входом усилителя 5, выход которого подключен к первому входу компаратора 6, на второй вход которого подается опорное напряжение; выход генератора 7 соединен с счетными входами первого регистра 11 и первого счетчика 8, вход сброса которого соединен с входом сброса первого триггера 9, счетным входом второго регистра 12 и выходом линии задержки 10, вход которой подключен к выходу первого счетчика 8; счетный вход первого триггера 9 подключен к другому выходу синхрогенератора 4, информационный вход первого триггера 9 - к напряжению логической единицы, а выход первого триггера 9 - к входу разрешения первого регистра 11, информационный вход которого соединен с выходом компаратора 6, а выходы соединены с информационными входами второго регистра 12, все выходы которого соединены с первыми информационными входами вычислительного блока 17, причем выход младшего разряда второго регистра 12 соединен также с информационным входом второго триггера 13, счетным входом третьего триггера 14 и первым входом элемента ИЛИ 15, а выход старшего разряда второго регистра 12 соединен также с счетным входом второго триггера 13, информационным входом третьего триггера 14 и вторым входом элемента ИЛИ 15, выход которого соединен с входами сброса второго триггера 13 и третьего триггера 14, выходы которых соединены с входом положительного и входом отрицательного счета второго счетчика 16 соответственно; информационные входы второго счетчика 16 соединены с первыми информационными выходами вычислительного блока 17, а выходы второго счетчика 16 соединены с вторыми информационными входами вычислительного блока 17, вторые информационные выходы которого соединены с входами блока индикации 18, а управляющий выход подключен к входу записи второго счетчика 16, кроме того, вычислительный блок 17 выполнен с возможностью подачи на его дополнительные входы сигналов "Начало счета" и "Конец счета". The
Устройство для автоматизированного измерения угловых величин работает следующим образом. Излучение от лазерного источника образует волновой фронт, из которого в плоскости приема полупрозрачное зеркало 1 выделяет опорный участок волнового фронта. Глухое зеркало 2, развернутое на угол φo относительно полупрозрачного зеркала 1, направляет на это зеркало 1 второй участок волнового фронта, который после отражения от полупрозрачного зеркала 1 встречается с прошедшим сквозь него под углом сходимости, равным 2φo. В плоскости анализа возникает интерференционная картина, проецируемая на фоточувствительную область ЛФПЗС 3. На выходе ЛФПЗС 3 будет получен аналоговый сигнал (фиг. 2, а), который усиливается усилителем 5 и поступает на первый вход компаратора 6, на второй вход которого подается опорное напряжение. На выходе компаратора 6 получим последовательный цифровой сигнал (фиг. 2,б), однозначно соответствующий проецируемой на ЛФПЗС 3 интерференционной картине, причем каждый импульс, полученный на выходе компаратора 6, имеет одну только ему соответствующую координату на линии сканирования относительно начальной координаты линии сканирования ЛФПЗС 3 при неподвижном состоянии объекта и постоянную длительность, соответствующую половине ширины интерференционной полосы.A device for automated measurement of angular quantities works as follows. The radiation from the laser source forms a wave front, from which, in the receiving plane, the
С выхода компаратора 6 последовательный цифровой сигнал поступает на информационный вход первого регистра 11. По поступлении на счетный вход первого регистра 11 импульса от генератора 7 и при наличии разрешающего сигнала на входе разрешения первого регистра 11 сигнал с входа первого регистра 11 записывается на его выход младшего разряда, причем по поступлении следующего импульса от генератора 7 сигналы на выходах первого регистра 11 сдвигаются на один разряд в сторону старшего разряда, а на выход младшего разряда записывается сигнал с входа первого регистра 11. Разрядность N первого регистра 11 выбирается, исходя из требуемого быстродействия и точности. Генератор 7 формирует импульсы (фиг. 2,д), причем частота следования импульсов выбирается такой, что за время, соответствующее одному периоду импульсов, получаемых с выхода компаратора 6, формируется N импульсов генератора 7. Длительность сигнала разрешения равна длительности периода импульсов с выхода компаратора 6. Сигнал разрешения (фиг. 2,ж) формируется следующим образом. С выхода синхрогенератора 4 на счетный вход первого триггера 9 поступает импульс (фиг. 2,г), длительность которого равна половине длительности времени накопления ЛФПЗС 3 (фиг. 2,в), а передний фронт соответствует координате середины линии сканирования ЛФПЗС 3. Этот импульс переключает первый триггер 9, с выхода которого логическая единица поступает на вход разрешения первого регистра 11. По истечении N импульсов генератора 7 первый счетчик 8 сформирует сигнал сброса (фиг. 2,е), поступающий через линию задержки 10 на входы сброса первого счетчика 8 и первого триггера 9 и вход записи второго регистра 12, разрешая запись в него цифрового кода с выхода первого регистра 11, причем время задержки равно длительности одного импульса, формируемого генератором 7. В результате на выходе второго регистра 12 получим параллельный цифровой код. При следующем считывании, через время, равное периоду накопления ЛФПЗС 3, этот код изменится, если произошло перемещение лазерного источника. From the output of the
Для надежности отсчета необходимо, чтобы угловое перемещение лазера за время накопления ЛФПЗС 3 было таким, что интерференционная картина сместилась бы не более чем на расстояние, равное ширине интерференционной полосы, деленной на разрядность первого регистра 11. Максимальная скорость углового перемещения лазерного источника
где
L - ширина интерференционнной полосы, N - разрядность первого регистра 11, 2φo - угол сходимости волновых фронтов, D - база приема зеркального блока, Tн - время накопления ЛФПЗС 3.For reliable reading, it is necessary that the angular displacement of the laser during the
Where
L is the width of the interference band, N is the width of the
Измерение углового перемещения производится следующим образом. По сигналу "Начало счета" вычислительный блок 17 вырабатывает сигнал разрешения работы второго счетчика 16, записывает цифровой код B1 с выхода второго регистра 12, несущий информацию об исходном положении интерференционной картины в пределах одной интерференционной полосы, а во второй счетчик 16 записывает некоторую опорную величину A1, относительно которой будет осуществляться отсчет целого числа полос. При перемещении интерференционной картины цифровой код на выходах первого регистра 11 и второго регистра 12 будет перемещаться либо в сторону старшего разряда, либо в сторону младшего разряда. При этом логическая единица появляется раньше на такт (равный времени накопления ЛФПЗС 3) на том разряде, в сторону которого происходит сдвиг.The measurement of angular displacement is as follows. According to the signal "Start of counting", the
Пусть логическая единица появилась на выходе старшего разряда второго регистра 12 ранее, чем на выходе младшего разряда того же регистра. Тогда на информационном входе третьего триггера 14 и на счетном входе второго триггера 13 установится логическая единица. Затем логическая единица появится на выходе младшего разряда второго регистра 12. Этот сигнал поступит на счетный вход третьего триггера 14 и на информационный вход второго триггера 13, причем переключит третий триггер 14, и не переключит второй триггер 13. Когда сигналы на выходах старшего и младшего разрядов второго регистра 12 установятся в логический нуль, на выходе элемента ИЛИ 15 появится сигнал сброса, сбрасывающий третий триггер 14. Таким образом, на выходе третьего триггера 14 сформировался импульс. Такой импульс будет формироваться при перемещении интерференционной картины на одну интерференционную полосу. Let the logical unit appear at the output of the high order of the
При появлении логической единицы на выходе младшего разряда второго регистра 12 ранее, чем на выходе старшего разряда того же регистра, импульс, соответствующий перемещению на одну интерференционную полосу, будет формироваться на выходе второго триггера 13. When a logical unit appears at the output of the least significant bit of the
По поступлении этих импульсов на вход положительного либо отрицательного счета второго счетчика 16 в соответствующую сторону будет изменяться предварительно записанная в этот счетчик величина. По сигналу "Конец счета" в вычислительный блок 17 записывается код с выхода второго счетчика 16 A2 и код с выхода второго регистра 12 B2.Upon receipt of these pulses at the input of a positive or negative count of the
Код B2(1) с выхода второго регистра 12 в вычислительном блоке 17 шифруется в для удобства последующих вычислений.Code B 2 (1) from the output of the
Угловое перемещение вычисляется в вычислительном блоке 17 следующим образом. Исходные значения A1 и B
где
Ц - целое число полос; D - дробная часть; n = [log2 N].The angular displacement is calculated in the
Where
C is an integer number of bands; D is the fractional part; n = [log 2 N].
Блок индикации 18 обеспечивает вывод результатов измерения углового перемещения в единицах измерения угловых величин в удобной для человека форме. The
Фиг. 3 и 4, табл. 1 и 2 иллюстрируют работу устройства, если разрядность первого регистра 11 и второго регистра 12 равна восьми. На фиг. 3,а; 3,б, 3, в представлены диаграммы последовательного цифрового сигнала с выхода компаратора 6 при перемещении объекта в моменты времени, соответствующие первому, второму и третьему считыванию интерференционной картины соответственно. На фиг. 3,г представлена диаграмма импульсов, формируемых генератором 7; на фиг. 3,д - диаграмма сигнала разрешения. Предположим, например, что объект перемещается так, что цифровой код на выходах второго регистра 12 перемещается в сторону старшего разряда. Перемещение кода показано в табл. 1. На фиг. 4,а представлена диаграмма сигнала на выходе старшего разряда второго регистра 12; на фиг. 4,б - диаграмма сигнала на выходе младшего разряда второго регистра 12; на фиг. 4,в - диаграмма сигнала сброса второго триггера 13 и третьего триггера 14, на фиг. 4,г - диаграмма сигнала на выходе третьего триггера 14, поступающего на вход отрицательного счета второго счетчика 16. В табл. 2 показано соответствие цифрового кода на выходе второго регистра 12 B1, B2 и его же после шифрования B
Таким образом, предложенное решение позволяет существенно повысить удобство считывания результата измерения угловых перемещений с помощью интерференционного угломера за счет того, что результат измерения выводится на индикацию в единицах измерения угловых величин. Thus, the proposed solution can significantly improve the convenience of reading the result of measuring angular displacements using an interference goniometer due to the fact that the measurement result is displayed in units of measurement of angular quantities.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95112933A RU2112208C1 (en) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | Device for automated measurement of angular values |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95112933A RU2112208C1 (en) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | Device for automated measurement of angular values |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95112933A RU95112933A (en) | 1997-07-27 |
RU2112208C1 true RU2112208C1 (en) | 1998-05-27 |
Family
ID=20170513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95112933A RU2112208C1 (en) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | Device for automated measurement of angular values |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2112208C1 (en) |
-
1995
- 1995-07-25 RU RU95112933A patent/RU2112208C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Скрибанов Е.В., Гришин М.П., Братенков А.А. Устройство для измерения линейных перемещений. Измерительная техника, 1983, N 11, с.13-15. 2. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3856412A (en) | Optical noncontacting gauge | |
JPH0419512B2 (en) | ||
US3393600A (en) | Optical ranging apparatus | |
US4678337A (en) | Laser based gaging system and method of using same | |
US4043673A (en) | Reticle calibrated diameter gauge | |
US4037161A (en) | Ratio detector | |
US3951548A (en) | Electro-optical fourier vernier device | |
EP0478785B1 (en) | Apparatus for measuring wavelength of light by high precision detection of interference fringe | |
RU2112208C1 (en) | Device for automated measurement of angular values | |
US3458709A (en) | Time reference angle encoder using radiation sensitive means | |
RU2133451C1 (en) | Apparatus for automatically controlled measurement of angular parameters | |
RU2149355C1 (en) | Device automatically determining changes of angular coordinate of object | |
JPH0143243B2 (en) | ||
US5471302A (en) | Interferometric probe for distance measurement utilizing a diffraction reflecting element as a reference surface | |
RU2138014C1 (en) | Device for automatic measurement of small angular displacements | |
RU1772625C (en) | Optronic linear displacement measuring device | |
SU1282007A1 (en) | Device for measuring instantaneous rotational speed of object | |
SU1730538A1 (en) | Device for measuring displacement of the edge of non- transparent object | |
JP2667501B2 (en) | Laser distance measuring device | |
JPS6324110A (en) | Optical position detecting device | |
RU2082090C1 (en) | Laser ranger | |
SU1569714A1 (en) | Device for measuring speed of linear displacement of object | |
JP3312666B2 (en) | Signal processing circuit for laser range finder | |
SU949810A1 (en) | Pulse amplitude to code converter | |
SU1035419A1 (en) | Optical electronic device for measubring linear displacements |