SU1000757A1

SU1000757A1 - Photoelectric device for measuring transverse displacements relative to the direction set by light beam

Info

Publication number: SU1000757A1
Application number: SU813353427A
Authority: SU
Inventors: Александр Михайлович Жилкин; Анатолий Владимирович Фальцман; Валерий Аркадьевич Илюхин; Александр Евгеньевич Здобников; Виктор Васильевич Тарасов
Original assignee: Московский Ордена Ленина Институт Инженеров Геодезии, Аэрофотосъемки И Картографии
Priority date: 1981-11-17
Filing date: 1981-11-17
Publication date: 1983-02-28

Description

Изобретение, относитс к инженерно-геодезическим измерени м, а точ нее к устройствам дл измерени поперечных смещений при створных наблюдени х , контроле пр молинейности и плоскостности, а также при других видах определени взаимного положени объектов.The invention relates to engineering and geodetic measurements, and more specifically to devices for measuring transverse displacements in the case of site observation, control of linearity and flatness, as well as in other types of determining the relative position of objects.

Известны устройства дл измерени поперечных смещений относительно направлени , заданного световым лучом , например, лучом лазера, установленного на одном конце задаваемой линии, с помоцью устанавливаемого в контролируемых точках прием:ного узла, регистрирующего положение оси светового луча (l3Devices are known for measuring transverse displacements relative to the direction given by a light beam, for example, a laser beam mounted at one end of a predetermined line, with a receiving unit installed at controlled points: recording the position of the axis of the light beam (l3

В таких устройствах может предусматриватьс как визуальна , так и фотоэлектрическа регистраци . Но даже и в.последнем случае точность определени ограничена нестабильностью положени энергетической оси задающего пучка.In such devices, both visual and photoelectric recordings can be provided. But even in the latter case, the determination accuracy is limited by the instability of the position of the energy axis of the driving beam.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство, содержащее узел сообщени сканирующего движени и щелевой ансшизатор с фотоприемником, подключенным к регистрирук дему приборуThe closest in technical essence to the present invention is a device comprising a scanning motion message node and a slit anchizer with a photo-receiver connected to the instrument register

через последовательно соединенные резонансный усилитель, настроенный на частоту сканировани , и фазовый детектор. В таком устройстве с помощью фазового детектора, на который в качестве опорного напр жени подаетс напр жение управлени узлом сканировани , определ етс не только величина, но направление смеще10 ни относительно оси сканировани задающего светового пучка L2J.through a series-connected resonant amplifier tuned to the scanning frequency and a phase detector. In such a device, using a phase detector, to which the control voltage of the scanning node is applied as a reference voltage, is determined not only by the magnitude but also by the direction of the offset 10 relative to the scanning axis of the driving light beam L2J.

Но с подачей опорного напр жени на фазовый детектор св заны определенные затруднени , поскольку But with the supply of a reference voltage to the phase detector, there are certain difficulties, since

15 необходимо или соединить подвижный щелевой анализатор с узлом сканировани кабельной св зью, или какимлибо другим видом св зи.15, it is necessary either to connect the mobile slit analyzer with a cable scanning node, or some other type of communication.

Цель изобретени - упрощение опре The purpose of the invention is to simplify

20 делени направлени измер емого смещени .20 dividing the direction of the measured displacement.

Дл достижени цели в устройстве к выходу фотоприемника дополнительно подключен резонансный усилитель, To achieve the goal in the device, a resonant amplifier is additionally connected to the output of the photodetector,

25 настроенный на удвоенную частоту сканировани и соединенный с вторым входом фазового детектора через дополнительный делитель частоты на 2.25 is set to double the scanning frequency and connected to the second input of the phase detector via an additional frequency divider by 2.

Кроме того, с целью обеспечени In addition, in order to ensure

30 текущей калибровки и настройки прибора хот бы одна из шторок щелевого анализатора сделана подвижной. На чертеже приведена функциональ на схема устройства,,30 of the current calibration and adjustment of the instrument, at least one of the curtains of the slot analyzer is made movable. The drawing shows the functional scheme of the device,

Ус.тройство содержит последовательно установленные формирователь 1 опорного пучка, узел 2 сканировани и измеритель 3 в виде щелевого анализатора, установленного за ним фотоприемника 4 и последовательно соединенных резонансного усилител 5, настроенного на частоту сканировани пучка, фазового детектора 6 и регистрирующего прибора 7. В измеритель также введен формирователь опорного напр жени , подключенный к выходу фотоприемника 4 и состо щий из последовательно соединенных дополнительного резонансного усилител 8, настроенного на удвоенную частоту сканировани пучка,и делител 9 частоты, вьход которого подключен к входу фазового детектора 6.The device contains successively installed reference beam shaper 1, scanning node 2 and meter 3 in the form of a slit analyzer, a photodetector 4 mounted behind it and a series-connected resonant amplifier 5 tuned to the beam scanning frequency, phase detector 6 and a recording device 7. V meter Also, a reference voltage driver connected to the output of the photodetector 4 and consisting of a series-connected additional resonant amplifier 8 tuned to twice the frequency of scanning the beam, and the divider 9 of the frequency, the input of which is connected to the input of the phase detector 6.

При попадании светового сканируемого опорного пучка,в входное отверстие щелевого анализатора 3 на выходе фотоприемника 4 возникает периодический сигнал с частотой сканировани ffj . При совпадении оси сканировани пучка с центром щелевого анализатора 3 амплитуда первой гармоники напр жени на выходе фотоприемного устройства равна нулю, а второй - максимальна. При смещении оси сканировани пучка относительно центра щелевого анализатора 3 в спектре выходного сигнала фотоприемника 4 по вл етс гармоника с частотой д, амплитуда которой пропорциональна величине смещени , а фаза измен етс на 180° при изменении направлени смещени . При этом амплитуда второй гармоники измен етс незначительно, и фаза ее остаетс неизменной. Напр жение первой гармоники сигнала на выходе фотоприемник 4 выдел етс резонансным усилителем 5, настроенным на частоту f, и поступает на сигнальный вход фазового детектора 6. Напр жение второй гармоники на выходе фотоприемника устройства вьщел етс дополнительным резонансным усилителем 8, настроенным на частоту 2 f, и поступает на вход делител 9 частоты, выполненный например, на триггера, на выходе которого образуетс сигнал с частотой fо. Этот сигнал подаетс в качестве опорного напр жени на фазовый детектор б, выходное напр жение которого измер етс регистрирующим прибором 7. Поскольку при изменении знака направлени смещени оси сканировани пучка относительно центра щелевого анализатора 3 фаза первой гармоники напр жени на выходе фотоприемного устройства измен етс наWhen a light reference beam is scanned, a periodic signal with a scanning frequency ffj arises at the input of the slit analyzer 3 at the output of the photodetector 4. When the scanning axis of the beam coincides with the center of the slot analyzer 3, the amplitude of the first harmonic of the voltage at the output of the photoreceiver is zero, and the second is maximum. When the scanning axis of the beam is displaced relative to the center of the slit analyzer 3, the harmonic with frequency f appears in the spectrum of the output signal of photodetector 4, the amplitude of which is proportional to the magnitude of the displacement, and the phase changes by 180 ° when the direction of displacement changes. At the same time, the amplitude of the second harmonic varies slightly, and its phase remains unchanged. The voltage of the first harmonic signal at the output of the photodetector 4 is extracted by the resonant amplifier 5 tuned to the frequency f and fed to the signal input of the phase detector 6. The voltage of the second harmonic at the output of the photodetector of the device is tuned to a frequency of 2 f, and arrives at the input of a frequency divider 9, made for example, to a trigger, at the output of which a signal with frequency fo is formed. This signal is applied as a reference voltage to the phase detector b, the output voltage of which is measured by a recording device 7. As the sign of the direction of displacement of the beam scanning axis relative to the center of the gap analyzer 3 changes, the phase of the first harmonic of the voltage at the output of the photodetector changes

180180

а фаза второй гармоники остаетс посто нной, то показани регистрирующего прибора 7 измен ют знак.and the phase of the second harmonic remains constant, the readings of the recording device 7 change sign.

Следовательно, предложенное устройство позвол ет определить как величину, так и направление поперечного смещени центра щелевого анализатора 3 относительно опорного направлени , заданного осью сканировани светового пучка. В момент включени прибора делитель частоты, выполненный на триггера, может устанавливатьс в произвольное положение , что может привести к изменению |Ьазы опорного напр жени на 180 от включени к включению и, следовательно , нарушить соответствие между знаком смещени и направлением отклонени стрелки регистрирующего прибора 7. Дл устранени этого недостатка одна из щторок щелевого анализатора 3 сделана подвижной. При смещении ее происходит смещение в целом щелевого анализатора на определенную величину, и в определенном направлении . Сопоставл изменение показаний регистрирующего прибора 7 при смещении шторки, можно установить соответствие между направлени ми смещени щелевого анализатора 3 и показанием регистрирующего прибора 7, и одновременно осуществить калибровку устройства, так как смещение одной из шторок эквивалентно смещению центра щелевого анализатора 3 на известную величину.Therefore, the proposed device makes it possible to determine both the magnitude and the direction of the lateral displacement of the center of the gap analyzer 3 relative to the reference direction given by the scanning axis of the light beam. At the moment of switching on the device, the frequency divider made on the trigger can be set to an arbitrary position, which can lead to a change in the reference voltage 180 from switching on to switching on and, therefore, violate the correspondence between the bias sign and the direction of deviation of the recording instrument 7. To eliminate this drawback, one of the slit slits 3 of the analyzer 3 is made movable. When it is shifted, a whole slit analyzer is shifted by a certain amount, and in a certain direction. I compared the change in the readings of the registering device 7 at the shutter offset, it is possible to establish the correspondence between the directions of displacement of the slot analyzer 3 and the reading of the registering device 7, and simultaneously calibrate the device, since the offset of one of the shutters is equivalent to the offset of the center of the slot analyzer 3 by a known value.

Предлагаемое устройство может работать как в качестве концевого измерител поперечных смещений, так и промежуточного.The proposed device can operate as an end meter transverse displacements, and intermediate.

Известно, что при проведении измерений на трассах 100 м и более, объем подготовительных работ составл ет 60% от общего объема времени. Использование предлагаемого устройства позволит сократить объем подготовительных работ до 35-40% за счет исключени кабельной св зи между сканирующим устройством,установленным в начале трассы, и фазовым детектором измерител , расположеннымIt is known that when measuring on tracks of 100 m and more, the amount of preparatory work is 60% of the total time. The use of the proposed device will allow to reduce the amount of preparatory work up to 35-40% due to the exclusion of cable communication between the scanning device installed at the beginning of the route and the phase detector of the meter located

на контролируемой трассе. Кроме того, значительно облегчаетс и упрощаетс организаци измерений в труднодоступной местности, где вообще не удаетс проложить кабельную св зь (например, водные преграды, расщелины пропасти и т.п.).on a controlled track. In addition, it is much easier and simpler to organize measurements in hard-to-reach areas where cable communication cannot be laid at all (for example, water barriers, crevices of the abyss, etc.).

Таким образом, устройство позвол ет повысить производительность труда и оперативность выполнени измерений.Thus, the device allows to increase the labor productivity and efficiency of the measurement.

Claims

1. Photoelectric device 65 for measuring lateral displacements

relative to the direction given by the light beam, comprising a scanning beam bias unit and a slit analyzer with a photo-receiver connected to the recording device through series-connected resonant amplifier tuned to the scanning frequency, and a phase detector, characterized in that , a resonant amplifier tuned to twice the scanning frequency and connected to the second input of the phase part is additionally connected to the output of the photodetector. vector through additional frequency divider by 2.

2. The device according to claim 1, characterized in that, in order to provide the current gauge and adjustment of the recording device, at least one of the curtains of the slot analyzer is movable.

I

Sources of information taken into account in the examination 1. Methods and instruments for high-frequency geodetic measurements in construction

telstvo. M.,

1976, p. 248-249.

2. Ploshay L.L. et al., Selection of Optimal Instrument Planters for Measuring the Straightness of the i-Optical Mechanical, 1978, No. 9.

L

- {IhHIbEKil

P