RU1795279C - Optic-electronic for measuring object displacement - Google Patents
Optic-electronic for measuring object displacementInfo
- Publication number
- RU1795279C RU1795279C SU904897390A SU4897390A RU1795279C RU 1795279 C RU1795279 C RU 1795279C SU 904897390 A SU904897390 A SU 904897390A SU 4897390 A SU4897390 A SU 4897390A RU 1795279 C RU1795279 C RU 1795279C
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- photodetector
- signal
- output
- input
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Использование: в строительном производстве в цел х контрол точности монтажа строительных конструкций по створу или плоскости. Сущность изобретени : оптико- электронное устройство дл определени смещений объекта содержит источник излучени 1,фотоприемник 2, блок измерений 3, блок выборки и хранени информации 4, выпр митель 5, блок формировани строба 6, блок индикации 7, интегратор 8, два блока коммутации 9, 10, делитель частоты на два 11. 1-2-9-3-5-6-4-10-8-7, 6-11-10, 11-9,3-4. 2 ил.Usage: in the construction industry in order to control the accuracy of the installation of building structures on the alignment or plane. The inventive optical-electronic device for determining the displacements of the object contains a radiation source 1, a photodetector 2, a measurement unit 3, a unit for selecting and storing information 4, a rectifier 5, a strobe forming unit 6, an indication unit 7, an integrator 8, two switching units 9 , 10, the frequency divider by two 11. 1-2-9-3-5-6-4-10-8-7, 6-11-10, 11-9.3-4. 2 ill.
Description
СОWith
СWITH
Предлагаемое устройство относитс к области измерени и контрол стационарных Физических процессов. Оно предназначено дл определени энергетического центра лазерного пучка и определени сме- щенцй относительно него и может приме- .н тьс , например, в геодезии при створных измерени х и, в частности, в строительном производстве в цел х контрол точности монтажа строительных конструкций по створу или плоскости.The proposed device relates to the field of measurement and control of stationary Physical processes. It is intended to determine the energy center of the laser beam and to determine the displacements relative to it and can be used, for example, in geodesy during field measurements and, in particular, in the construction industry in order to control the accuracy of installation of building structures in alignment or the plane.
Устройство-аналог содержит последо- вател зно соединенные источник излучени , передающую среду, фотоприемник, блок определени разности и суммы, выпр митель , 5лок индикации.An analog device contains a series-connected radiation source, a transmitting medium, a photodetector, a unit for determining the difference and sum, a rectifier, 5 indication units.
Однако это устройство обладает низкой точностью и помехозащищенностью измерений из-за того, что на контролируемую величину отклонени луча от .номинального положени оказывают большое вниманиеHowever, this device has low accuracy and noise immunity due to the fact that much attention is paid to the controlled deviation of the beam from the nominal position.
случайные возмущени (помехи), имеющие место вследствие изменени плотности передающей среды, механического колебани источника излучени , наличи систематической погрешности, обусловленной неидеальностью функционировани блоков устройства, и т.д., что, естественно, отрицательно оказываетс на точности и помехозащищенности измерений. .random disturbances (interference) occurring due to changes in the density of the transmitting medium, mechanical oscillations of the radiation source, the presence of a systematic error due to imperfect functioning of the device units, etc., which naturally negatively affects the accuracy and noise immunity of the measurements. .
Аналогом вл етс также стационарна лазерна автоматизированна система наблюдени смещений испытуемых инженерных сооружений,An analogue is also a stationary laser automated system for observing the displacements of the test engineering structures,
Это устройство содержит излучатель, оптически соединенный с фотоприемником . Приемник содержит интегратор и блок индикации. Однако это устройство имеет низкую надежность и небольшие функциональные возможности.This device comprises an emitter optically coupled to a photodetector. The receiver contains an integrator and an indication unit. However, this device has low reliability and small functionality.
Оптико-электронное устройство дл определени смещений объекта - прототип о ел ю VIOptoelectronic device for detecting object displacements - prototype model VI
SQSQ
держит источник излучени , передающую среду, фотоприемник, блок измерени , выпр митель блок формировани строба, блок выборки и хранени сигнала, интегратор, блок индикации. Выход блока измерени соединен со вторым входом блока выборки и хранени сигнала.holds a radiation source, a transmitting medium, a photodetector, a measurement unit, a rectifier, a strobe shaping unit, a signal sampling and storage unit, an integrator, an indication unit. The output of the measurement unit is connected to the second input of the signal sampling and storage unit.
Однако это устройство не обеспечивает точность измерени отклонени смещений объекта. .However, this device does not provide the accuracy of measuring the deviation of the displacements of the object. .
Это можно объ снить следующим образом;This can be explained as follows;
Блоки 3-8 осуществл ют обработку аналогового сигнала и, следовательно, могут быть реализованы на основе, например, операционных усилителей, транзисторов и т.д. В сигналах на выходах таких каскадов, а следовательно, и в сигналах на выходах блоков 2-8 имеет место статическое напр жение смещени , обусловленное неидеальностью элементов, и медленно измен ющеес вследствие старени элементов или при изменении климатических условий, Наличие такого статического напр жени смещени приводит к ошибке в оценке истинного положени объекта (фотоприемника ) относительно лазерного пучка, что, в свою очередь, может в итоге привести, например, к снижению качества строительства .Blocks 3-8 process the analog signal and, therefore, can be implemented based on, for example, operational amplifiers, transistors, etc. In the signals at the outputs of such cascades, and therefore in the signals at the outputs of blocks 2-8, there is a static bias voltage due to the imperfect elements, and slowly changing due to aging of the elements or when the climatic conditions change, the presence of such a static bias voltage leads an error in assessing the true position of the object (photodetector) relative to the laser beam, which, in turn, may ultimately lead, for example, to a decrease in the quality of construction.
Цель изобретени - повышение надежности .The purpose of the invention is to increase reliability.
Цель достигаетс за счет того, что оптико-электронное устройство дл определени смещени объекта, содержащее источник излучени , оптически сопр женный с фотоприемником, выходы которого соединены с соответствующими входами блока измерений, выход последнего соединен с первым входом блока выборки и хранени информации и со вторым его входом через последовательно соединенные выпр митель и блок формирований строба, а выход блока выборки и хранени информации соединен со входом блока-.индикации через интегратор, снабжено делителем частоты , вход которого соединен с выходом блока формировани строба, фотоприемник соединен с блоком измерений, а блок выборки и хранени информации соединен с интегратором соответственно через введенные первый и второй блоки коммутации, управл ющие входы которых соединены с выходом делител частоты.The goal is achieved due to the fact that the optical-electronic device for determining the displacement of the object, containing a radiation source, optically coupled to a photodetector, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the measurement unit, the output of the latter is connected to the first input of the block of sampling and storage of information and to its second an input through a series-connected rectifier and a block of gate formations, and the output of a block for selecting and storing information is connected to the input of the display unit through an integrator, equipped with an hour divider Ota, whose input is connected to the output strobe generating unit, connected to a photodetector measuring unit and the sample unit, and an information storage connected to the integrator input respectively through the first and second switching units, the control inputs of which are connected to the output of the frequency divider.
На фиг.1 представлены структурна электрическа схема оптико-электронного устройства дл определени смещений объекта; на фиг.2 - структурна электрическа схема блока коммутации.Fig. 1 is a structural electrical diagram of an optoelectronic device for detecting object displacements; figure 2 - structural electrical circuit of the switching unit.
Оптико электронное устройство дл определени смещени объекта содержит источник 1 излучени , оптически сопр женный с фотоприемником 2, выходы которогоAn optoelectronic device for determining the displacement of an object comprises a radiation source 1 optically coupled to a photodetector 2, the outputs of which
соединены с соответствующими входами блока 3 измерений, выход последнего соединен с первым входом блока 4 выборки и хранени информации и со вторым его входом через последовательно соединенныеconnected to the corresponding inputs of the block 3 measurements, the output of the latter is connected to the first input of the block 4 of sampling and storing information and with its second input through series-connected
0 выпр митель 5 и блок 6 формировани строба , а выход блока 4 выборки и хранени информации соединен с входом 7 индикации через интегратор 8. В устройство введены первый и второй блоки 9 и 100 rectifier 5 and strobe forming unit 6, and the output of information retrieval and storage unit 4 is connected to indication input 7 through integrator 8. The first and second blocks 9 and 10 are introduced into the device
5 коммутации, делитель 11 частоты, вход которого соединен с выходом блока 6 формировани строба, фотоприемник 2 соединен с блоком измерений 3, а блок 4 выборки и хранени информации соединен с интегра0 тором; 8 соответственно через введенные первый и второй блоки 9 и 10 коммутации, управл ющие входы которых соединены с выходом делител 11 частоты.5, a frequency divider 11, the input of which is connected to the output of the strobe forming unit 6, the photodetector 2 is connected to the measurement unit 3, and the information sampling and storage unit 4 is connected to an integrator; 8, respectively, through inputted first and second switching units 9 and 10, the control inputs of which are connected to the output of the frequency divider 11.
Устройство работает следующим обра5зом .The device operates as follows.
Луч от сканирующего источника 1 излучени , в качестве которого можно использовать лазер, через передающую среду 8, например, воздух, поступает на фотоприемник 2. Фото- 0 приемник 2 служит дл преобразовани энергии излучени в электрический ток.A beam from a scanning radiation source 1, which can be used as a laser, is transmitted through a transmission medium 8, for example, air, to a photodetector 2. Photo-0 receiver 2 is used to convert the radiation energy into electric current.
Если плотность излучени , попадающего на фотоприемник 2 вл етс симметричной функцией, то- величины токов из двухIf the density of the radiation incident on photodetector 2 is a symmetric function, then the magnitudes of the currents from two
5 источников тока фотоприемника 2 равны и их разность равна нулю. Это положение луча будем называть номинальным. При отклонении луча от номинального, положени разность токов становитс ненулевой, при0 чем величина и знак этой разности определ ет степень отклонени луча от центра фотоприемника. Указанна разность определ етс в блоке 3 измерени .5 current sources of photodetector 2 are equal and their difference is zero. This beam position will be called nominal. When the beam deviates from the nominal position, the current difference becomes nonzero, and the magnitude and sign of this difference determines the degree of deviation of the beam from the center of the photodetector. The indicated difference is determined in the measurement unit 3.
Сигнал с выхода блока 3 измерени , оп5 редел ющий величину и направление отклонени луча, поступает на блок 4 выборки и хранени , а также на выпр митель 5, посредством которого в совокупности с блоком б формировани строба, определ етс The signal from the output of the measuring unit 3, which determines the magnitude and direction of the beam deflection, is sent to the sampling and storage unit 4, as well as to the rectifier 5, by which, together with the strobe forming unit b, it is determined
0 момент фиксации (отсчета) величины отклонени луча. В блоке 4 осуществл етс стро- бирование аналогового сигнала с выхода блока 3 измерени , запоминание и хранение полученных напр жений выборок.0 moment of fixation (reference) of the deviation of the beam. In block 4, the analog signal is constructed from the output of the measurement block 3, and the received voltage of the samples is stored and stored.
5 Момент стробировани сигнала на выходе блока 3 измерени соответствует моменту формировани сигнала на выходе блока 4. При сканировании лучом этот сигнал имеет вид разнопол рного импульса, амплитуда и пол рность которого определ ет величину и5 The moment of the gating of the signal at the output of the measuring unit 3 corresponds to the moment of formation of the signal at the output of the unit 4. When scanning with a beam, this signal has the form of a multi-polarity pulse, the amplitude and polarity of which determines the value and
направление отклонени луча. С целью формировани импульса стробировани , сигнал с выхода блока 3 измерени выпр мл етс в блоке 5 и через блок 6 формирований строба поступает на блок 4 выборки и хранени сигнала.beam deflection direction. In order to generate a gating pulse, the signal from the output of the measuring unit 3 is rectified in block 5 and, through the strobe forming unit 6, is supplied to the signal sampling and storage unit 4.
Зафиксированный в блоке 4 сигнал, отображающий разность токов, вследствие различных помех, например, механического дрржани источника 1 излучени , неодно- ро ности передающей среды, фоновой за- и т.д. имеет дисперсию относительно математического ожидани . С целью уменьшени вли ни паразитных отклонений ве- ли(шны смещени луча на точность контрол , сигнал с выхода блока 4 выборки и хранени сигнала усредн етс в интеграторе 8.A signal recorded in block 4 that displays the current difference due to various interferences, for example, mechanical tremors of the radiation source 1, inhomogeneity of the transmission medium, background charge, etc. has a variance with respect to mathematical expectation. In order to reduce the influence of spurious deviations of the wave (beam displacement vectors on the control accuracy, the signal from the output of the signal sampling and storage unit 4 is averaged in the integrator 8.
Таким образом совокупность блоков 5 и б обеспечивает за счет стробировани реги- стр|ацию информации о значении смещени фотЬприемника 2 относительно задающего направлени пучка излучени лишь в мо- мёйты приема импульсов излучени фото- приемником 2 (и тем самым устранить составл ющую ошибки измерений, вызыва- емуЬ помехами в моменты времени, когда полезной информации о смещении на фото- приёмник 2 не поступает), а совокупность блоков 4 и 8 позвол ет интегрировать запо- минЬемые в блоке 4 значени информаци- онних импульсов о значении смещени (и тем самым повышать точность за счет уменьшени случайной составл ющей измерений).Thus, the combination of blocks 5 and b provides, by gating, recording information on the value of the bias of the photodetector 2 relative to the specifying direction of the radiation beam only at the moment of receiving the radiation pulses by the photodetector 2 (and thereby eliminate the component of the measurement error, causing - interference to it at times when no useful information about the offset is received by the photodetector 2), and the combination of blocks 4 and 8 allows you to integrate the values of information pulses stored in block 4 about the offset value (And thereby improve the accuracy by reducing the random component measurements).
Индикаци величины отклонени луча осуществл етс в блоке 7 индикации, можно индицировать не только величину отклонени луча от номинального положени , например, стрелочным прибором с нулем в середине шкалы, но иорганизовать оптическую , сигнализацию знака отклонени .The indication of the deviation of the beam is carried out in the display unit 7, it is possible to indicate not only the deviation of the beam from the nominal position, for example, with a pointer device with a zero in the middle of the scale, but also organize an optical signaling of the deviation sign.
Из рассмотрени принципа функциони- роваМи предлагаемого устройства следует, что вследствие обработки блоками 3 и 4, в сигналах на выходах блоков 3 и 4 может по витьс статическа систематическа ошибка, измен юща с в зависимости от старени элементов, воздействи климатических условий и т.д. и привод ща к снижению точности оценки смещени .From the consideration of the principle of functioning of the proposed device, it follows that, due to processing by blocks 3 and 4, a static systematic error may appear in the signals at the outputs of blocks 3 and 4, which varies depending on the aging of the elements, the influence of climatic conditions, etc. and resulting in a decrease in the accuracy of the bias estimate.
,Ј|л компенсации этой статической ошибки в цепь сигналов, поступающих с выходов фотоприемника 2 на блок 3 измерений включаетс первый блок 9 коммутации , периодически осуществл ющий инверсию сигнала. Дл того, чтобы вводима инверси сигнала не приводила к неправильной оценке смещени , необходимо, Ј | to compensate for this static error, the first switching unit 9, periodically performing the signal inversion, is included in the circuit of the signals from the outputs of the photodetector 2 to the measurement unit 3; In order for the introduced inverse of the signal not to lead to an incorrect estimate of the bias, it is necessary
также проводить инверсию сигнала на входе интегратора 8. Эта операци осуществл етс посредством второго блока 10 коммутации.also carry out the inversion of the signal at the input of the integrator 8. This operation is carried out by means of the second switching unit 10.
Покажем, что введение блоков 9 и 10 обеспечивают компенсацию статической ошибки.We show that the introduction of blocks 9 and 10 provide compensation for static errors.
Введем следующие обозначени : FofrnT) и Fi(mT) - значени сигнала на выходах фо топриемника 2 и первого блока 9 коммутации при т сканировании. За счет введени первого блока 9 коммутации сигнал на входе блока 3 измерени Fi(mТ) равен We introduce the following notation: FofrnT) and Fi (mT) are the signal values at the outputs of the photodetector 2 and the first switching unit 9 during scanning. By introducing the first switching unit 9, the signal at the input of the measuring unit 3 Fi (mT) is
Fi(mT) (-1)Гт/пЬ FotmT),0)Fi (mT) (-1) Gt / n FotmT), 0)
где л - коэффициент делени делител 11 частоты на два;where l is the division coefficient of the frequency divider 11 into two;
m/n - обозначение целой части числа m/n,m / n - designation of the integer part of the number m / n,
Нетрудно показать, что за счет введени второго блока 10 коммутации значение сигнала Рз(тТ) на входе интегратора 8 рав- но:. , F3(mT) F2(mT) -(-1)fm/; It is easy to show that due to the introduction of the second switching unit 10, the value of the signal Pz (tT) at the input of the integrator 8 is equal to :. , F3 (mT) F2 (mT) - (- 1) fm /;
((
FiifmT) -a(mT)- (-l/m/n ;-1/m7n -Fo(mT) -afrnT) (-)fm/n FiifmT) -a (mT) - (-l / m / n; -1 / m7n -Fo (mT) -afrnT) (-) fm / n
Fo(mT) va(mT)Fo (mT) va (mT)
(2)(2)
где п - коэффициент делени делител частоты 11,where n is the division coefficient of the frequency divider 11,
т.е. величина Рз(тТ) соответствует требуемому (функци а(тТ) - определ етс видthose. the value of Pz (tT) corresponds to the required (function a (tT) - the form is determined
стробированного сигнала).gated signal).
Покажем, что посредством указанных преобразований компенсируетс статистическа ошибка.We show that the statistical error is compensated by means of these transformations.
Допустим, что в сигналах на выходе совокупности блоков 3 и 4 имеет место статистическа ошибка А , Тогда сигнал F2(mT) имеет вид: F2(mT)(-1/m/n + А, выражение (2) преобразуетс в Suppose that in the signals at the output of the set of blocks 3 and 4 there is a statistical error A, Then the signal F2 (mT) has the form: F2 (mT) (- 1 / m / n + A, expression (2) is converted to
45Рз тТ)Г F2(mT) (-1)1 + AJ х х (-1/т/ 1 F2(mt) + А (-l/m/nJ Fe(mT) afmT)45 Rz tT) Г F2 (mT) (-1) 1 + AJ х х (-1 / t / 1 F2 (mt) + А (-l / m / nJ Fe (mT) afmT)
(3)(3)
Учитыва , что (-1/m/n) О, то выра- жение (3) переходит в (2), что эквивалентно компенсации статической ошибки (здесь ... - обозначение операции вычислени математического ожидани ).: Сигнал с выхода блока 4 выборки и хра- нени поступает на коммутатор 12 непосредственно и на коммутатор 13 через инвертирующий усилитель 14.Taking into account that (-1 / m / n) О, then expression (3) goes into (2), which is equivalent to compensating for static error (here ... is the designation of the operation to calculate the mathematical expectation) .: Signal from the output of block 4 Sampling and storage enters the switch 12 directly and to the switch 13 through the inverting amplifier 14.
Сигнал управлени от делител 11 частоты поступает непосредственно на коммутатор 12 и через элемент 15 НЕ на коммутатор 13. Таким образом в зависимости отThe control signal from the frequency divider 11 is fed directly to the switch 12 and through the element 15 is NOT to the switch 13. Thus, depending on
Фор мула изо б р е т е н и Оптико-электронное устройство дл определени смещений объекта, содержащее источник излучени , оптически сопр женный с фотоприемником, выходы которого соединены с соответствующими входами блока измерений, выход последнего соединен с первым входом блока выборки и хранени информации и с вторым его входом через последовательно соединенные выпр митель и блок формировани строба, а выход блока выборки и хранени информа -Фиг . 2The formula of the invention An optical-electronic device for determining the displacements of an object, containing a radiation source optically coupled to a photodetector, the outputs of which are connected to the corresponding inputs of the measurement unit, the output of the latter is connected to the first input of the sample and information storage unit and with its second input through a series-connected rectifier and a strobe forming unit, and the output of the information-sampling and storage unit 2
вида управл ющего сигнала на выходе блока 10 сигнал либо инвертируетс , либо нет.In the form of the control signal at the output of block 10, the signal is either inverted or not.
ции соединен с входом блока индикации через интегратор, отличающеес тем, что, с целью повышени надежности, оноis connected to the input of the display unit through an integrator, characterized in that, in order to increase reliability, it
снабжено делителем частоты на два, вход которого соединен с выходом блока формировани строба, фотоприемник соединен с блоком измерений, а блок выборки и хранени информации соединен с интеграторомequipped with a frequency divider into two, the input of which is connected to the output of the strobe forming unit, the photodetector is connected to the measurement unit, and the information sampling and storage unit is connected to the integrator
соответственно, через введенные первый и второй блоки коммутации, управл ющие входы которых соединены с выходом делител частоты на два.accordingly, through the introduced first and second switching units, the control inputs of which are connected to the output of the frequency divider by two.
(pue.i(pue.i
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904897390A RU1795279C (en) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | Optic-electronic for measuring object displacement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904897390A RU1795279C (en) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | Optic-electronic for measuring object displacement |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU1795279C true RU1795279C (en) | 1993-02-15 |
Family
ID=21552624
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904897390A RU1795279C (en) | 1990-12-29 | 1990-12-29 | Optic-electronic for measuring object displacement |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU1795279C (en) |
-
1990
- 1990-12-29 RU SU904897390A patent/RU1795279C/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР N 4$5241, кл G 01 С 1/04, 1972. Стать Лошкарева Н.Я. и др. Стационарна лазерна автоматизированна систем наблюдени смещений .испытуемых инженерных сооружений. - Сб. Инженерна (еодези , Киев, 1976, с.41-43, вып.19. Авторское свидетельство СССР № 1377581, кл.С 01 С 1/04, 1988. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4827317A (en) | Time interval measuring device | |
RU1795279C (en) | Optic-electronic for measuring object displacement | |
CN1038887A (en) | Measurement of actural daily error of pointer watch and clock | |
US2447849A (en) | Magnetometer | |
GB1156525A (en) | Improvements in and relating to Laser Apparatus | |
SU1300403A1 (en) | Device for measuring attenuation decrement of electrodynamic geophone | |
US5062710A (en) | Linear phase ramp fiber optic gyro | |
SU1000757A1 (en) | Photoelectric device for measuring transverse displacements relative to the direction set by light beam | |
SU1290192A1 (en) | Panoramic meter of radio signal frequency | |
SU401946A1 (en) | MULTICHANNEL ELECTRIC STROKE STATION | |
SU1345056A1 (en) | Light range finder | |
SU1760456A1 (en) | Linear speed meter | |
SU1347063A1 (en) | Device for measuring weak geomagnetic fields | |
SU1562860A1 (en) | Double-beam photometer | |
SU802893A1 (en) | Digital magnetic variation transducer | |
Copley | A simple photocell counter for the determination of the logarithmic decrement of a torsional pendulum | |
SU940236A1 (en) | Device for measuring coercive force of magnetic one-axis films | |
SU1068844A2 (en) | Compensating radiometer | |
RU2088896C1 (en) | Method of measurement of angle of rotation of optical radiation polarization plane and photoelectric polarimeter for its realization | |
SU1283529A1 (en) | Light range finder | |
SU1673861A1 (en) | Method for tuning acoustic level gauges | |
SU1599653A1 (en) | Photoelectric geodesic stadia rod | |
RU1795384C (en) | Device for contactless measurement of strength of current in underground pipe-line | |
SU618707A1 (en) | Optomagnetic hysterograph | |
JP2884117B2 (en) | Dimension measuring device |