Управление машинами при помощи оптического луча
КОДИРУЮЩИЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СКАНИРУЮЩЕГО ЛУЧА В СИСТЕМЕ ТЕЛЕОРИЕНТИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА Российский патент 1998 года по МПК F41G7/26
Описание патента на изобретение RU2117901C1
Изобретение относится к дистанционному управлению объектами и, в частности, к элементам систем телеориентирования малогабаритных летательных аппаратов, а также может использоваться в различных информационно-измерительных системах.
Недостатками устройства при использовании его для определения угловых перемещений сканирующего луча в малогабаритных системах телеориентирования управляемых объектов является большая погрешность определения текущего углового положения сканирующего луча.
Целью изобретения является повышение точности определения текущего углового положения сканирующего луча в системах телеориентирования малогабаритных управляемых объектов.
На фиг. 1 изображена функциональная блок-схема кодирующего оптического преобразователя угловых перемещений сканирующего луча в системах телеориентирования управляемых объектов. Функциональная блок-схема сдержит сканирующее устройство с электродвигателем 1, оптико-механический преобразователь 2, задающий генератор 3, первый формирователь импульсов 4, второй формирователь импульсов 5, формирователь пачек импульсов 6, временной дискриминатор 7, двоичный счетчик 8, блок управления частотой вращения электродвигателя 9, функциональный преобразователь 10.
На фиг. 2 приведена структурная схема оптико-механического преобразователя 2.
В его состав входят первый источник света 11, второй источник света 12, растр 13, первый оптоэлектронный преобразователь 14, второй оптоэлектронный преобразователь 15.
В его состав входят первый усилитель-ограничитель 16, второй усилитель-ограничитель 17, инерционное звено 18, интегратор-сумматор 19, формирователь опорных напряжений 20, компаратор 21, усилитель мощности 22.
Устройство работает следующим образом.
При вращении электродвигателя сканирующего устройства 1, выполненного, например, в виде сканирующей рамки с закрепленными на ней цилиндрическими линзами отклоняющей системы и совершающими вместе с рамкой плоскопараллельное движение по окружности, вращается одновременно и растр 13 оптико-механического преобразователя 2, закрепленный на валу электродвигателя.
Растр (фиг. 3) оптико-механического преобразователя представляет собой диск с нанесенными на него прозрачными и непрозрачными штрихами, один из которых удлинен и служит для получения сигнала начала отсчета (сигнал опорного напряжения). Излучение от первого 11 и второго 12 источников света промодулированное растром преобразуется первым 14 и вторым 15 оптоэлектронными преобразователями в электрические сигналы.
Второй оптоэлектронный преобразователь 15 формирует сигналы опорного напряжения, период следования которых равен периоду вращения растра (фиг.4, эпюра 1).
Сигнал на выходе первого оптоэлектронного преобразователя приведен на фиг.4, эпюра 2.
Импульсная последовательность с первого выхода оптико-механического преобразователя поступает на первый вход первого формирователя импульсов 4, осуществляющего преобразование входных импульсов в короткие импульсы, фронт которых совпадает с фронтом задающего генератора, задающий генератор 3 выполнен по схеме автоколебательного кварцевого генератора со стабильным периодом T0 (фиг.4, эпюра 3).
С второго выхода оптико-механического преобразователя импульсная последовательность поступает на первый вход второго формирователя импульсов 5.
Импульсы с выхода первого формирователя импульсов поступают на первый вход формирователя пачек импульсов 6, который формирует через интервал времени T2 с момента поступления входного импульса, следующего с периодом T1, пачку из n импульсов со стабильным периодом T2. При этом выполняется условие n•T2 RU2117901C1
Иллюстрации к изобретению RU 2 117 901 C1
Реферат патента 1998 года КОДИРУЮЩИЙ ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СКАНИРУЮЩЕГО ЛУЧА В СИСТЕМЕ ТЕЛЕОРИЕНТИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМОГО ОБЪЕКТА
Формула изобретения RU 2 117 901 C1
Оптические и фотодатчики. Разновидности и принципы работы
Оптический фотодатчик – вид на оптику
Привет, друзья! Сегодня настало время рассказать про широкий круг электронных датчиков, которые используются в промышленной автоматике. Это – оптические датчики.
Постараюсь популяризировать эти электронные устройства по порядку. Теория, классификация, практика, реальные модели датчиков и производители. На эту тему у меня есть несколько статей, вот основные – разновидности датчиков и схемы включения датчиков. Другие ссылки буду давать по ходу.
Будет много фотографий, которые делал я сам. И фактов, которые знаю только я.
Для начала, чтобы понимать, о чём речь, и в какой области знаний мы сейчас очутились –
Название и терминология применительно к оптическим датчикам
Как видно сразу из названия, в этих датчиках используется оптика, а значит – световое излучение различных диапазонов. То есть датчик, реагирующий на свет. И, разумеется, выдающий на факт обнаружения света какой-то сигнал. В английской терминологии оптические датчики часто называют PhotoCell Sensor, или Light Sensor, что означает фотодатчик, или световой датчик.
У нас тоже, кроме распространенного “оптического“, те же устройства называют фотодатчиками, или фотоэлектрическими датчиками.
Простейший и самый распространенный вариант такого датчика – датчик освещенности, который дискретно реагирует на уровень освещенности, и выдает сигнал на включение освещения с наступлением сумерек (основное применение)
Работа оптических датчиков
Активация. Вот ключевое слово, которое должно использоваться при описании работы любых датчиков. В нашем случае активация (или деактивация, но об этом позже) происходит, когда свет, попадающий на вход датчика, обладает достаточной интенсивностью.
Логика работы такова, что когда свет попадает в датчик беспрепятственно, он будет активирован. А когда этот свет прерывается барьером (человек, заготовка, деталь станка) – датчик деактивируется.
Внимание! Не путайте! Активен – совсем не значит, что у него контакты замкнуты, и есть напряжение на выходе! Работа схемы обнаружения света и выходного ключевого элемента могут различаться! Возможно, что свет прерывается, и это как раз и служит сигналом активности. Всё зависит от конкретного применения.
Оптические датчики (так же, как и индуктивные датчики приближения) являются бесконтактными, то есть механического контакта с наблюдаемым объектом (активатором) не происходит. В отличии от (например) концевых выключателей и датчиков давления.
В большинстве случаев для повышения помехоустойчивости используют свет не обычного спектра, а излучение лазерного источника света (как правило, красного цвета). Такой источник прост в изготовлении, излучение легко фокусируется в тонкий луч. А благодаря тому, что излучение в видимой части диапазона, положение датчика просто настроить в пространстве.
А вот один из раритетных датчиков с обычной лампочкой накаливания, который я застал при его жизни. Излучатель – лампочка накаливания на 6 В с линзой. Приемный элемент – фотодиод. Далее – усилитель и триггер Шмитта на транзисторах.
Оптический датчик с лампочкой накаливания и линзой. Внизу видно световое пятно
Этот датчик стоит в производственной линии 1980 года, купленной за нефтедоллары в Швейцарии.
Современные датчики реагируют только на “свой” участок спектра, что позволяет им чётко работать в условиях помех и плохой видимости.
Помехой может быть солнечный свет или искусственное освещение, пыль, дым.
В случае плохого ухода помехой может быть обыкновенная пыль и грязь:
Загрязненный оптический датчик, сбоку – регулятор настройки чувствительности, излучающая часть смотрит вниз
На оптических датчиках в большинстве случаев существует переключатель “Dark On / Light On”. Что он означает? Он инвертирует логику работы. При “Dark On” датчик активируется тогда, когда на его вход свет не попадает, то есть на входе – темнота. При попадании света датчик деактивируется, то есть его выход приходит в нормальное состояние. В режиме “Light On” датчик активируется тогда, когда его вход засвечивается.
Есть модели, где присутствует таймер – выходной сигнал появляется через время после активации (срабатывания).
Поскольку в датчике присутствует пороговый элемент, нужно, чтобы он срабатывал чётко. При этом используется свойство гистерезиса, снижающее дребезг (частые изменения сигнала в “зыбкой” зоне). Чтобы облегчить настройку, сейчас производители в корпусе датчика устанавливают не только индикатор активации но и индикатор стабильного уровня сигнала. Если он горит, то это указывает, что обнаружение происходит стабильно, с достаточным уровнем сигнала, а не на краю диапазона чувствительности.
Различия по способу передачи света
Это – основные различия, по которым классифицируются дискретные оптические датчики. Различие – в способе “доставке” света на входной оптический элемент датчика.
С раздельным приемником и передатчиком
Такие датчики менеджеры по продажам называют барьерными, или с пересечением луча. Хотя, я это считаю некорректным – все дискретные датчики работают с пересечением луча каким-то барьером.
Оптический датчик типа передатчик-приемник с раздельными частями
Это самый надежный тип датчика в смысле дальности и помехоустойчивости. Во всех остальных датчиках передатчик и приемник излучения находятся в одном корпусе, а в этом могут быть разнесены на десятки метров.
То есть, передатчик установлен в одном месте, и к нему подведено питание. Он излучает, не выполняя больше никаких функций и не имея настроек. А приемник установлен на отдалении, и там может регулироваться чувствительность и другие параметры и функции.
Излучатель и приемник должны быть из одной пары (комплекта), хотя могут приобретаться отдельно. Передатчики и приемники разных фирм не подходят друг к другу (но это не точно).
Такие датчики на производстве применяются там где нужно контролировать большое расстояние. Также – в цепях безопасности, в охранных системах и там, где воздух может быть загрязнен (пыль, газ).
Есть вариант и в бытовом применении – видел барьерные фотодатчики в лифте:
Оптический датчик в лифте
Пока какая-то одежда или часть тела пересекает траекторию луча датчика – никто никуда не поедет.
С рефлектором (рефлекторный)
Эти датчики совмещают источник (передатчик) и приемник излучения в одном корпусе.
Рефлекторный оптический датчик со световозвращателем
Свет отражается от рефлектора, и попадает обратно. Поэтому некоторые производители называют такие датчики ретрорефлекторными (обратное отражение).
Оптический датчик с отражением от рефлектора
Кстати, на фото видны переключатель Dark / Light On, регулятор чувствительности, и индикаторы стабильности и срабатывания.
А вот хорошее фото, видна оптика передатчика и приемника:
Датчик рефлекторный со стороны оптики, закреплен на кронштейне
Такой датчик – это обязательно система. Для примера – конвейер, и система датчик – отражатель контролирует прохождение заготовки:
Датчик рефлекторный по одну сторону конвейера
Рефлектор может также называться отражателем, световозвращателем или катафотом:
Рефлектор для оптического датчика с другой стороны конвейера
Максимальное рабочее расстояние, на котором обеспечивается стабильная работа – у разных моделей от 5 до 10 м. Теоретически можно и больше, но практически очень трудно обеспечить стабильную работу – малейшее смещение луча из-за вибрации или ослабление света из-за пыли, и всё.
Датчик загрязнен пылью, предельная дальность в этом случае падает примерно на 30%
Датчики рефлекторного типа на производстве используются чаще всего.
Диффузный
Этот тип датчика – с отражением от объекта.
Диффузный оптический датчик с отражением от объекта
У него самая малая дальность действия (до полуметра), зато есть важное свойство – при должной настройке он детектирует появление объектов в зоне действия. Ведь на каждую коробку или бутылку катафот не поставишь!
Объект может быть на оси действия датчика, на расстоянии. По мере приближения датчик, как пороговый элемент, срабатывает.
В простейшем случае регулировка одна – чувствительность.
В крутых датчиках несколько кнопок или регуляторов, и его можно программировать и обучать:
Диффузный датчик с обучением и множеством настроек
Различия по конструкции
Тут просто. Если не рассматривать датчики специального исполнения (например, щелевые), то оптические датчики могут быть двух типов – в прямоугольном и в цилиндрическом корпусе.
Фото прямоугольных я привёл достаточно, а вот цилиндрические:
Оптические датчики в цилиндрическом корпусе с отражателем. Контроль прохождения по конвейеру
Подключение и виды выходного сигнала
Здесь главная путаница. Иногда трудно понять, что такое Нормально Открытый (НО), а что такое Нормально Закрытый (НЗ) выход датчика. Те кто читал мои предыдущие статьи (ссылки в начале), тот прекрасно знает, что это. Но применительно к оптическим датчикам нелишне повториться.
Надо увязать три события:
Путаница возникает, когда под активностью (срабатыванием) понимают попадание света, либо попадание объекта. И что при этом происходит – зависит от переключателя Dark / Light и типа выхода – НО или НЗ.
В НЗ датчиках индикатор может гореть, когда контакт замкнут, а может – когда датчик активен (Это разные события!). Зависит от производителя.
По подключению датчиков статья у меня есть (ссылка в начале), вот ещё. Как правило, схема подключения приведена на корпусе:
Схема подключения на корпусе датчика. Переключатели, регуляторы, индикаторы и клеммы – под герметичной полупрозрачной крышкой
В общем, нужно внимательно читать инструкцию, и всё проверять на практике.
Специфические датчики
Световая решетка
Это две линейки, расположенные точно напротив. На одной расположены светодиоды, на другой – фотодиоды. Таким образом, анализируя перекрытие пар свето/фотодиод, можно измерить с некоторой погрешностью геометрические данные объекта. Например, высоту или ширину объекта.
Световой барьер – линейка для измерения геометрии объектов
Световая решетка подключается к специализированному контроллеру, которые дает данные на главный контроллер.
Световой барьер
Он используется в основном для безопасности, для недопущения людей, или неправильной формы предметов в контролируемую зону.
Пара фоток, чтоб было понятно, о чем речь:
Барьер безопасности – по конвейеру проходит только то, что нужно, и только тогда, когда нужно!
Барьер в системе с датчиками
Это довольно сложная система, в которую кроме того ещё входят минимум 2 рефлекторных датчика (на фото – 4) и свой контроллер.
Лазерные
Это оптические датчики, в которых есть возможность измерения расстояния до объекта.
Лазерный оптический датчик
Лазерный оптический датчик с отображением расстояния
Лазерный оптический датчик с измерением расстояния
Принцип действия – измерение времени прохождения луча. Как в радиолокации.
Щелевые датчики
Отдельный вид датчиков с приемником и передатчиком – щелевые датчики (вилкообразные). Они удобны тем, что хоть передатчик и приемник разнесены, но расположены фактически в одном корпусе, в конструкции которого есть щель.
Щелевые оптические датчики. Два датчики, одно кольцо с прорезями.
Когда в щель между излучателем и приемником попадает активатор (предмет), датчик срабатывает. Щелевые датчики удобны там, где объект, перемещение которого детектируется, имеет небольшую фиксированную толщину. Такая конструкция очень похожа на принцип действия инкрементного энкодера.
Оптоволоконные, или волоконно-оптические
Мне встречались такие датчики в диффузном исполнении, и с приемником+передатчиком.
Смысл в том, что оптические элементы и электронная схема разнесены в пространстве, а свет передается посредством оптоволокна (пластиковый фибер).
Чувствительный элемент оптоволоконного датчика
Видите красную точку? Это выход волоконно-оптического датчика.
В отдалении на расстоянии 4 метра стоят такие блоки оптоволоконных усилителей (для трех датчиков):
Оптоволоконные усилители для датчиков
Такую систему ставят там, где очень стесненное пространство (как настраивать?) и там, где электроника работать не любит – вибрация, влажность, высок риск повреждения.
Ещё несколько фото датчиков с оптоволоконным кабелем:
Два приемопередатчика с оптоволоконными проводами к электронному блоку. Видите потертости? Это следы от индуктивных датчиков, которые постоянно ломались из-за несовершенства механики…
Электронный блок (оптоволоконный усилитель)
Оптическая часть волоконно-оптического датчика. Даже сфотографировать проблематично, не то что настроить!
Электронные блоки – оптоволоконные усилители к оптоволоконным датчикам на фото выше.
Эксперт компании LAN-ART по оптическим передатчикам — Березкин Е.Н.
Комментирует специалист, эксперт компании LAN-ART по оптическим передатчикам — Березкин Евгений Николаевич: “Сегодня в каждом современном доме существуют оптические приемники и передатчики, работающие по оптоволокну. Оптический передатчик сетей кабельного телевидения (КТВ) служит для формирования оптического сигнала, промодулированного электрическим телевизионным сигналом с диапазоном частот группового ТВ-сигнала 47… 862 МГц. В таких передатчиках используют лазеры, в приемниках – фотодиоды. В системе используется оптическое излучение с длиной волны 1100-1600 нм. “
Аналоговые
Аналоговыми эти датчики являются по виду выходного сигнала. Принцип работы может быть как у лазерного, или просто измеряется интенсивность отраженного сигнала.
В данном случае – аналоговый сигнал, соответствующий расстоянию до поверхности разматываемой катушки, подается на аналоговый вход контроллера (АЦП). И контроллер рассчитывает диаметр катушки.
Оптический датчик, измеряющий расстояние до объекта. Красная точка справа показывает место измерения. Корпус датчика защищен от ударов элементом крепления
Этот же датчик приведен в самом начале статьи. У него также есть и дискретный выход, который можно запрограммировать, и он сработает при определенном расстоянии.
Оптический датчик пламени
Этот датчик стоит особняком – он воспринимает свет от пламени сгораемого газа либо другого топлива. Используется в промышленных котельных, где нужна повышенная безопасность.
Вот такая есть модель:
Датчик пламени для котельной с дискретным выходом
Датчик наличия пламени от сгорания газа
Принцип действия – как у радиолампы.
Эй, кто-нибудь ещё помнит, что были аналоговые телевизоры на радиолампах?! Статья про то, как я включил старый ламповый телевизор.
Неисправности и уход за оптическими датчиками
Так же как и оптика зеркальных фотоаппаратов – нужна чистка, аккуратная протирка и проверка механической целостности.
Я для чистки оптики использую салфетки, смоченные в воде с добавлением ничтожного количества нейтрального моющего средства. Например, для посуды. Потом вытираю сухой салфеткой. Главное – чтобы не попал абразив.
Ещё особенность. В оптических датчиках излучающий элемент – как правило, светодиод. Он имеет свой ресурс работы, и со временем интенсивность его излучения падает. Поэтому неудивительно, что раз в несколько лет приходится настраивать чувствительность датчиков, такова селяви…
Скачать книгу про датчики
Всё в статью не вместилось, есть ещё много фото и интересных историй про оптические датчики, но статья не резиновая)))
Поэтому задавайте вопросы и делитесь опытом и фото в комментариях, буду рад!
А ещё буду рад увеличению количества подписчиков и активности в моей группе ВК! Заходите, там самая оперативная информация, которая иногда даже не появляется на блоге.
Также жду новых читателей и подписчиков на моем канале Яндекс.Дзен. Кстати, вот интересная статья в тему на Дзене – разновидности и примеры реального применения энкодеров. Приведены описания реальных узлов оборудования, в которых применяются энкодеры.
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ ТЕЛЕОРИЕНТИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F41G7/26
Описание патента на изобретение RU2100745C1
Изобретение относится к области дистанционного управления машинами и, в частности, летательными аппаратами. В современной технике дистанционного управления широкое применение нашел способ телеориентирования управляемых машин и аппаратов в оптическом луче (Цуккерман С.Т. Гридин А.С. Управление машинами при помощи оптического луча. Л. Машиностроение, 1969), сущность которого заключается в следующем. В пункте управления располагают прожектор, который при помощи закрепленного с ним в общем корпусе оптического визира ориентируют в нужном направлении. Прожектор излучает оптический поток, модулированный таким образом, что каждой координате в пределах его поля зрения соответствует определенное значение информативного параметра, например, частоты модуляции сигнала. Оптический поток излучается одновременно во всю зону управления (круг диаметром 6-8 метров). Таким образом формируется оптическое поле, в котором ориентируется объект управления.
Данный способ формирования оптического поля выбран прототипом заявляемого способа.
Бортовая аппаратура управляемой машины (аппарата), приняв излученный прожектором поток, определяет значения информативного параметра, соответствующие координатам, и по этим значениям вырабатывает команды, приводящие управляемый объект на оптическую ось прожектора.
Устройство, служащее для осуществления известного способа, содержит прожектор, включающий источник непрерывного излучения, механический модулятор (растр) и проекционную оптику, создающую в поле зрения изображение растра. В состав устройства входит также визир.
Данное устройство, описанное в книге С.Т. Цуккермана и А.С. Гридина выбрано в качестве прототипа.
Известные способ и устройство имеют следующие недостатки:
значительные масса, габариты и энергопотребление наземной аппаратуры, ее конструктивная сложность;
невозможность передавать в луче наряду с информацией о координатах дополнительную информацию (например, об угловой скорости линии визирования), необходимую для повышения качества управления;
сложность и даже практическая невозможность изменять в процессе управления крутизну пеленгационной характеристики и положение опорного (соответствующего нулевым значениям координат) направления.
Целью изобретения является создание способа и устройства, характеризующихся:
сниженными по сравнению с прототипами массой, габаритами и энергопотреблением наземной аппаратуры, ее конструктивной простотой;
возможностью передавать в луче наряду с информацией о координатах дополнительную информацию (например, об угловой скорости линии визирования), необходимую для повышения качества управления;
возможностью изменять в процессе управления крутизну пеленгационной характеристики и положение опорного (соответствующего нулевым значениям координат) направления.
Поставленная цель достигается тем, что заполнение оптическим потоком зоны, в которой производится телеориентирование, производят путем сканирования узкими лучами. При этом каждый из сканирующих лучей имеет в сечении картинной (т. е. перпендикулярной оси прожектора) плоскостью вид узкой (отношение длины к ширине 20 и более) полосы. Длина каждой из полос совпадает по размеру с полем зрения. Такие лучи называют плоскими, ножевидными, а также веерообразными. Одна из полос горизонтальна, перемещается по вертикали, и используется для формирования сигналов, служащих для определения координаты вдоль вертикальной оси OY. Другая полоса вертикальна, перемещается по горизонтали, и используется для формирования сигналов, определяющих координату вдоль горизонтальной оси OX. Лучи сканируют зону управления, перемещаясь со взаимным сдвигом по времени вдоль направлений (координатных осей), перпендикулярных плоскостям лучей.
Излучение при этом производят последовательностями посылок, каждая из которых состоит из двух импульсов. Далее по тексту такая посылка из двух импульсов условно названа двойкой. Интервал времени между одиночными импульсами, образующими двойку, постоянен для каждого из лучей, но имеет свое значение для каждого луча. В процессе отклонения каждого сканирующего луча интервалы времени между двойками изменяют пропорционально отклонению луча от оптической оси визира. Знак отклонения указанных интервалов времени от опорных значений, соответствующих нулевым значениям координат, изменяют при переходе лучом направления, совпадающего с оптической осью визира.
Снижение затрат энергии для формирования поля при предложенном способе определяется тем, что обеспечивается возможность использования для кодирования информации о положении луча коротких оптических импульсов. Это позволяет, кроме того, передавать на борт управляемого аппарата дополнительную информацию. Сочетание постепенности формирования зоны управления (зона формируется в процессе сканирования) с импульсным характером излучения позволяет изменять вид пеленгационной характеристики (ее крутизну и положение опорного направления) в процессе управления (принципиально это можно делать в каждом кадре). Данное свойство позволяет повысить качество процесса управления и расширить функциональные возможности аппаратуры. Так, обеспечивается возможность смещать положение оси прожектора относительно оси визира за счет модуляции сигнала. Заполнение зоны управления излучением с использованием плоских лучей позволяет использовать для решения поставленной задачи инжекционные полупроводниковые лазеры, обладающие значительными преимуществами перед другими известными источниками оптического излучения: высоким КПД (до 20 процентов), миниатюрностью, удобством в эксплуатации, надежностью и т.д. Это позволяет создать конструктивно простую и компактную наземную аппаратуру.
На фиг. 1 показана схема сканирования, на фиг. 2 излучаемые сигналы Uи, характеризующие модуляцию одного из лучей, на фиг. 3 сигнал Uп, принимаемый бортовой аппаратурой.
На фиг. 1 представлены границы зоны управления 1 в картинной (т.е. перпендикулярной оси прожектора) плоскости, горизонтальный луч 2 (перемещается по вертикали, используется для измерения координаты по оси OY), вертикальный луч 3. Направления движения лучей указаны стрелками. Фигуры, обозначенные буквами а, б, в, и г, соответствуют положениям лучей в четыре момента времени, сдвинутых относительно друг друга на 1/4 длительности прохода каждым из лучей зоны управления.
Для всех двоек (фиг. 2) вертикального луча длительность интервала времени между первым и вторым импульсом равна t1, для двоек горизонтального луча t2, при этом t1 и t2 не равны между собой. Информация о положении луча содержится в длительности интервалов времени tи между двойками: опорному положению луча соответствует длительность tио, крайним положениям длительности tиmin и tиmax, промежуточным положениям tиi.
Как показано на фиг. 3, принятый сигнал является пачкой импульсов. Пачка имеет колоколообразную огибающую, что определяется результатом движения луча по входному зрачку бортового фотоприемника. Для определения координат X и Y управляемого аппарата достаточно определить длительности промежутков между двойками, расположенными наиболее близко к центрам пачек импульсов, выработанных бортовым фотоприемником при проходе по нему вертикального и горизонтального лучей.
Наряду со способом заявляется устройство, реализующее предложенный способ и объединенное с ним единым замыслом. Его сущность поясняется чертежами, где на фиг. 4 показана структура схемы устройства, на фиг. 5 оптико-механическая часть прожектора.
Устройство (фиг. 4) содержит установленные соосно прожектор 4 и визир 5. Прожектор содержит две аналогичные ветви, каждая из которых служит для определения координаты по одной из координатных осей и содержит схему запуска 6, а также последовательно установленные инжекционный полупроводниковые лазер 7, отклоняющий оптический элемент (цилиндрическую линзу) 8 и объектив 9. Элементы 6-9 и 12 курсовой (т.е. служащей для формирования сигналов, определяющих координаты управляемого объекта по горизонтальной оси OX) ветви обозначены индексом x, элементы тангажной ветви индексом y Каждый из лазеров установлен вблизи фокальной плоскости системы, образуемой объективом 9 и отклоняющим оптическим элементом 8. Лазеры установлены так, что их p-n переходы (узкие полоски) перпендикулярны осям измеряемых координат. Отклоняющие оптические элементы выполнены в виде цилиндрических линз 8, закрепленных на общей рамке 10. Рамка установлена в корпусе на коленчатых валиках 11. Коленчатые валики установлены в шарикоподшипниках, что обеспечивает рамке возможность плоскопараллельного движения по окружности. Оси цилиндрических поверхностей линз 8 параллельны p-n переходам лазеров 7. P-n переход лазера 7y расположен горизонтально и поэтому показан на фиг. 4 точкой, p-n переход лазера 7x расположен вертикально и поэтому изображен в виде вертикальной черты. Входы схем запуска 6 соединены с блоками кодирования 12 сигналов курса и тангажа, входы которых подключены к выходам блока модуляции 13, входы которого соединены с приводом 14 рамки и программным устройством 15.
Все обозначения фиг. 5 соответствуют приведенным выше. Элементы: светодиод 16, фотодиод 17, оптический диск 18 (прерыватель) входят в состав привода 14 и обеспечивают ввод в блок модуляции 13 сигналов, определяющих положение рамки 10, а следовательно, и положение сканирующих лучей относительно опорного направления. Все элементы прожектора закреплены в корпусе 19.
Работает устройство следующим образом.
Оператор при помощи визира 5 ориентирует прожектор 4 в нужном направлении. После этого он воздействует на программное устройство 15, оператор приводит его в действие. Программное устройство 15 вырабатывает сигнал, поступающий на привод 14. Привод 14 через коленчатый вал приводит в движение рамку с закрепленными на ней цилиндрическими линзами 8. При этом штрихи, нанесенные на оптическом диске 18, пересекают поток лучей, идущий от светодиода 16 к фотодиоду 17. В результате фотодиодом 17 вырабатываются и поступают в блок модуляции 13 импульсы, определяющие положение рамки 10. По этим сигналам блок модуляции 13 вырабатывает текущие значения информативных интервалов времени. По сигналам блока модуляции 13 блоки кодирования 12 вырабатывают двойки, поступающие на входы схем запуска 6. Схемы запуска 6 усиливают по току поступающие на их входы импульсы до амплитуд, необходимых для запуска инжекционных лазеров 7. Цилиндрические линзы 8, перемещаясь, заставляют изображения тел лазеров сканировать поле зрения в соответствии со схемой, показанной на фиг. 1.
Попавшее во входной зрачок бортовой аппаратуры излучение прожектора преобразуется в сигналы, определяющие координаты X и Y управляемого аппарата. Сигналы X и Y подаются на рулевые органы управляемого объекта, в результате под их действием он приводится на ось визира.
Похожие патенты RU2100745C1
Иллюстрации к изобретению RU 2 100 745 C1
Реферат патента 1997 года СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ДЛЯ ТЕЛЕОРИЕНТИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ ОБЪЕКТОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к области дистанционного управления машинами, и, в частности, летательными аппаратами и предназначено для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов. Изобретение решает техническую задачу, направленную на снижение массы габаритов и энергопотребления наземной аппаратуры; возможность передавать в луче наряду с информацией о координатах дополнительную информацию, возможность изменять в процессе управления крутизну пеленгационной характеристики и положение опорного направления. Согласно изобретению формирование оптического поля осуществляется заполнением зоны в окрестности оси оптическим потоком, причем заполнение производят путем ее сканирования плоскими (ножевидными) лучами, отклоняемыми со взаимным сдвигом по времени вдоль взаимно перпендикулярных координатных осей, перпендикулярных плоскостям лучей, а излучение производят посылками, каждая из которых состоит из двух импульсов, интервал времени между которыми постоянен для каждого из лучей и имеет свое значение для каждого луча, при этом интервалы времени между посылками для каждого из лучей изменяют при отклонении луча от оптической оси визира, а знак отклонения указанных интервалов времени от опорных значений, соответствующих нулевым значениям координат, изменяют при переходе лучом направления, совпадающего с оптической осью визира. 2 с.п. ф-лы. 5 ил.
Формула изобретения RU 2 100 745 C1
1. Способ формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов, преимущественно управляемых летательных аппаратов, включающий излучение оптического потока и заполнение им зоны в окрестности оптической оси визира, отличающийся тем, что заполнение зоны производят путем ее сканирования плоскими лучами, причем лучи отклоняют со взаимным сдвигом по времени вдоль взаимно перпендикулярных координатных осей, перпендикулярных плоскостям лучей, а излучение производят посылками, каждая из которых состоит из двух импульсов, интервал времени между которыми постоянен для каждого из лучей и имеет свое значение для каждого луча, при этом интервалы времени между посылками для каждого из лучей изменяют при отклонении луча от оптической оси визира, а знак отклонения указанных интервалов времени от опорных значений, соответствующих нулевым значениям координат, изменяют при переходе лучом направления, совпадающего с оптической осью визира. 2. Устройство для формирования оптического поля для телеориентирования управляемых объектов, содержащее установленные соосно визир и прожектор, включающий источники света и оптическую систему, отличающееся тем, что прожектор выполнен в виде как минимум одной пары аналогичных ветвей, каждая из которых содержит схему запуска, а также последовательно установленные инжекционный лазер, отклоняющий оптический элемент и объектив, при этом лазер установлен вблизи фокальной плоскости системы, образуемой объективом и отклоняющим оптическим элементом, излучающие области лазеров установлены перпендикулярно осям измеряемых координат, отклоняющие оптические элементы выполнены в виде цилиндрических линз, закрепленных на общей рамке, установленной в корпусе на коленчатых валиках с возможностью плоскопараллельного движения по окружности, при этом оси цилиндрических поверхностей линз параллельны излучающим областям лазеров, входы схем запуска соединены с выходами блоков кодирования, входы которых подсоединены к выходам блока модуляции, входы которого соединены с приводом рамки и первым выходом программного устройства, выходы схем запуска соединены с лазерами, второй выход программного устройства соединен с приводом рамки.