SU1599653A1 - Фотоэлектрическа геодезическа рейка - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при контроле и монтаже высокоточного технологического оборудовани . Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений за счет прив зки к 1-му моменту от энергетического распределени  лазерного пучка. Устройство содержит линейку 1 с нанесенными штрихами, каретку 3 с фотодиодной линейкой 4, счетный блок 5 виде источника и приемника излучени , блок обработки информации 6, индикатор 7 и двигатель. При этом блок обработки информации 6 включает в себ  два блока преобразователей ток-напр жение 9 и 9¹, длва блока масштабирующих резисторов 10 и 10¹, номиналы которых пропорциональны координатам положени  соответствующих  чеей фотодиодной линейки, сумматор 11, синхронный детектор 12, нуль-компаратор 13 и одновибратор 14. Одна половина  чеек фотодиодной линейки 4 соединена с входом первого блока преобразователей 9, а втора  - с входом второго блока преобразователей 9¹, выходы которых соответственно соединены с входами первого и второго блоков масштабирующих резисторов. 4 ил.

Description

Энергетический

/7рО1ри/ГЁI

15

16

17

18

20

Изобретение относитс  к измерительной тохнике и может быть использовано, например , при контроле, устаноЕ1ке и монтаже высокото чного технологического оборудова- fiMH, при проведении высокоточных створных измерений и нивелировани .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерений,за счет реализации прив зки к лазерному пучку путем определени  1-го момента от энергетического распределени  пучка.

На фиг. 1 представлена принципиальпа . схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальна  электронна  схема устройства обработки информации; на фиг. 3 - схема проЕ№дени  высокоточного нивелировани  с помощью предлагаемого устройства; на фиг. 4 - принципиальна  схема блоков преобразователей ток--напр жение и маг- пггабируюпхих резисторов.

Фотоэлектрическа  геодезическа  рейка содержит (фиг. 1) линейку 1, например стекл нную, с нанесенными штрихами, на- нравл ющие 2, каретку 3, установленную с возможностью перемещени  по направл ющим , на которых установлена фотодиодна  .пин(М1ка 4, счетный блок 5. блок обра- Гкггки информации 6, индикатор 7 и те.ль 8, кинематически св зан-ный с иаправ- л юпшми. --,

Блок обработки информации (фиг. 2) содержит два блока преобразователей ток-напр жение . 9 и 9, два блока масштабирующих резисторов И) и 10, сумматор 11, синхронный детектор 12, нуль-компаратор 13, одновибратор .14, б,:1ок определени  направлени  движени  каретки 15, реверсивный счетчик 16, фиксатор состо ни  счетчика 17 и дешифратор 18. На фиг. 2 представлены: фотодиодна  линейка 19, индикатор 20 и счетный блок 21.

Фотоэлектрическа  геодезическа  рейка работает следующим образом.

Световой поток от лазерной коллими- рующей системы, задающей референтное на- правление, относительно которого производ тс  измерени , распростран етс  вдоль контролируемой трассы (фиг, 3). Дл  реализации высокоточной прив зки к лазерному пупку необходимо, чтобы фотоприемный блок регисгрировал рассто ние L от опорной точки А до координаты 1-го момента от энергетического распределени  лазерного пучка, задающего референтное направление. Существует физическа  реализаци  лазерного пучка в виде пр мой линии, основанна  на определении и прив зке к 1-му моменту от энергетического распределени  освещенности в световом п тне

(x)

где /U( х)

|U(x)| dx

Т(х) - распределение осве- uieiniocTH в сечении л.а- зерного

0

0

X - координата в этом сечении ,

Х| - координата 1-го момента энергетического профил .

Геометрическое место точек этой характеристики светового пучка представл ет собой абстрактный световой луч, распростран ющийс  по законам геометрической оптики. При .этом при отсутствии вли ни  атмосферы перераспределение энергии в п тне не вли ет на координату 1-го момента энергетического профил  в пучке лазера,

В фотоэлектрической геодезической рейке этот riponecc осуществл етс  следующим

образом.

Перемепла сь вдоль линейки с нанесенными через 0,05 мм 1мтрихами по направл ющим , каретка с фотодиодной линейкой входит в зону, освещенную лазерным пучком. Следует отметить, что с целью улучще:ни  помехозащищенности устройства используетс  модули.рованное лазерное излучение, с последующим синхронным детектированием сигнала. Фотодиодпа  линейка 19, содержаща  2п элементов, разделена на две части, относительно середины,  вл ющейс  нача J lOM системы координат XY (фиг, 2), Сигналы от  чеек каждой из половин фотодиодной линейки, пропорциональные световому потоку , попа.дающему на соответствующий элемент линейки, поступают на блоки преобразователей ток-напр жение 9 и 9, на вы,- ходах которых формируютс  сигналы, амплитуды которых пропорциональны освещенности на соответствующей  чейке фотодиодной лине йки. Затем сигналы поступают на блоки масштабирующих резисторов, которые использованы дл  осуществлени  прив зки каждой из  чеек к выбранной системе координат . Выходные сигналы с блоков 10 и 10 соответственно описываютс  выражени ми

К2 21,-(х)х, . 1

(X)X,, .

0

5

где , - освещенность i-й  чейки блока масштабирующих резисторов, пропорциональна  величине масштабирующего сопротивлени ; X, - координата  чейки в системе координат XY.

Принципиальна  схема блоков 9,9 и 10,10 представлена на фиг, 4, Блок преобразователей ток-напр жение состоит пз п одинаковых каналов, каждый из которых представл ет собой усилитель с обратной св зью, а блок масштабирующих резисторов представл ет собой матрицу резисторов, номиналы которых , пропорциональны номеру  чейки от начала системы координат XY.,R, iRo, где1 1,2 ...п. Причем числеи.ное зна- чение сопротивлени  R; пропорционально величине х,-. Выходы резисторов объединены и поступают на вход сумматора, В копкретном случае coBcpuieHno не об зательно вычисл ть текущую координату 1 -го момента от энергетического распределени  в п тне лазе ра, а достаточно лн(нь определить положение фотодиодной линейки относительно рейки, при котором координата 1-го момента совпа- дает с центром линейки, при этом сигналы Кз и Кз станов тс  равными, а их разность К К2-К2 становитс  равной 0. Сигналы с блоков 10 и 10 поступают соответственно на инверсный и пр мой входы сумматора II, с помощью которого выполн етс  операци  вычитани  входных сигналов К К2-К2. Далее разностный сигнал поступает на синхронный детектор 12, который пр едназна- чен дл  увеличени  помехозапхищенности устройства и повыи ени  надежности результатов измерений . Продетектированный сигнал поступает на нуль-компаратор 13, состо ние выхода которого измен етс  при про- хождении входного сигнал через О, что со- ответствует совпадению координаты 1-го момента с-центром фотодиодной линейки. Импульс с выхода иуль-кпмпаратора поступает на одновибратор 14, формирующий импульс посто нной длительности, котор ый, воздейству  на вход разрешени  записи фик- сатора состо ни  счетчика, .- .anpeiriaeT запись, Счетный блок 21 представл ет собой расположенные под углом друг к другу источник и приемник излучени . Модулированное излучение источника излучени  формируетс  в узкий световой пучок и направл етс  на лп- нейку с зеркальными штрихами, нанесенными с шагом 0,05 мм (или непрозрачными, если счетна -система работает на просвет). При попадании пучка на мерный зеркальный штрих световой поток отражаетс  и попадает на фоточувствительный слой приемника излучени , на выходе которого (Ь.рми- руетс  сигнал. При попадании светового пучка между мерными штрихами сигнал на кы- ходе приемника излучени  отсутствует. Таким образом, при переме1не11ии каретки со счетным устройством на выходе приемника излучени  возникает последона гелык),:ть счетных импульсов, число которы:; равно количеству пройденных (итрихов и пронорпио- нально рассто нию от опорной точки до центра фотодиодной линейки. Счет.ные н.м пульсы,  вл ющиес  входным сигн .мом блока обработки информации, поступают на вход блока определени  nanpafi.nenii.i двже- ни  каретки, .передающего счетные импульсы на вход пр мого или обратного счета реверсивного счетчика 16, вы.чоды когорогп

6

подключены к входам фиксатора состо ни  счетчика 17, который фиксирует состо нне

. счетчика на момент совпадени  координаты 1-го момента энергетического профил  с цент .ъ ром фотодиодной линейки. Далее сигналы поступают на дешифратор 18, выходна  1ни- на которого  вл етс  выходом блока об- раГютки информации. Состо ние счет.чика в дес тичном виде отображаетс  на индика- j,-j торе 20. Значение отображенной информации соответствует рассто нию L от точки А д.о координаты 1-го .ента лазерного пучка (фиг. З).

Claims (1)

15Формула изобретени 

Фотоэлектрическа  геодезическа  рейка, содержаща  Н1тангу, фотоприемный блок, выполненный с возможностью перемещени  по высоте, датчик положени  фотоприемно- 20 го блока, двигатель и блок обработки информации, соединенный с индикатором, отличающа с  тем, что, с целью повышени  точности измерений, фотоприемный блок выполнен в виде фотодиодной линейки с карет- 21 кой, блок обработки информации выполнен в виде двух блоков преобразователей ток- напр жение, двух блоков мас1нтабирую|цих резисторов, последовательно соединенных сумматора, синхронного детектора, нуль-компаратора и одновибратора и последователь- 3Q но соединенных блока определени  направлени  движени  фотодиодной , реверсивного счетчика, фиксатора состо ни  счетчика и дeнJифpaтop l, датчик положени  жестко скреплен с фото.и-одной линейкой и выполнен в виде HCK.i MiitKa и приемни- -.с ка излучени , выход ко М)р()Г( соединен с входом-блока определе.им  напп.-ичлени  движени  фотодиодной линейки. од)1а половина  чеек фотодиодной лииейк н относи-гельно ее середины соединена, с соответствующим входом первого блока прес.нТрлзователей 0 ток- -напр жение, выходы первого и второго блоков преобразователей соедпиены с соответствующим входом nepijoro и второго блоков масштабирующих ре:и-ггор(.в, номиналы которых равны произведению помора  чейки . па величину номинала мисштиПпрующего резистора первой  чейки, первого и второго блоков масцггабирум-.щи.х резисторов соединены соответственно г прим.мм и инверсным входом сумматорл. /; вход одно- вибратора соединен с BXO. :,:-.;р,-ц)ени  записи фиксатора состоит;-;; ,-v;;:4;i.

zffi

Z-Hm.

//

Фиё. 1

-7-7///

Фиг:3