Цифровий вимірювач відстані

Цифровий вимірювач відстані до віддаленого об'єкта дослідження, що включає генератор високочастотних імпульсів, джерело оптичних імпульсів заданої ват-секундної площі, цифровий відліковий пристрій, клавіатуру, флеш-пам'ять, загальну шину та мікроконтролер, порт "D" якого через загальну шину з'єднаний зі входамивиходами цифрового відлікового пристрою, флешпам'яті та клавіатури, а також містить послідовно з'єднані між собою фотоприймач і підсилювачформувач імпульсів заданої вольт-секундної площі, послідовно з'єднані між собою логічний елемент "І" і лічильник імпульсів, виходи і входи керування якого підключені до входів-виходів порту "С" мікроконтролера, канал візуалізації об'єкта, що містить послідовно розташовані і оптично з'єднані між собою та з оком оператора напівпрозору пластину, фокусуючу лінзу та окуляр з візиром, оптикомеханічну систему, що складається з відбиваючого дзеркала, розташованого на першому відомому об'єкті, і трьох об'єктивів, перший та другий з яких розташовані на оптичній осі передавального тракту і підключені, відповідно, до першого і другого діаметрально протилежних виходів джерела оптичних імпульсів вздовж оптичної осі, на якій розташовані об'єкти з нормованою за значенням і невідомою відстанями відповідно, а третій об'єктив розташований на оптичній осі приймального тракту, який відрізняється тим, що додатково введені 2 (19) 1 3 Винахід належить до галузі вимірювальної техніки і може бути застосований для високоточного вимірювання відстані до досліджуваного об'єкта, перш за все для визначення великих відстаней, порядка десятків кілометрів в геодезії, навігації, у геодезичних дослідженнях тощо. Відомий цифровий вимірювач відстані [див. Петровский В.И., Пожидаев О.А. Локаторы на лазерах. М., 1969. - С.70-75], який містить оптичну систему з вузьким кутом огляду, оптичну систему з широким кутом огляду, перший та другий перемикачі, суматор, детектор, перший та другий приймачі, сервопривід точного супроводження, сервопривід грубого супроводження, лічильно-розв'язуючий пристрій широкого променю, лічильнорозв'язуючий пристрій вузького променю, лічильно-розв'язуючий пристрій, першу та другу керуючу основу, блок видачі кутових даних, що з'єднані між собою відомим способом. Відомому цифровому вимірювачу відстані присутні недостатня точність вимірювання. Вона обумовлена нестабільністю параметрів ліній затримки та функції перетворення фотоприймача. Крім того, у відомому цифровому вимірювачі відстані відсутній (не показано) оптичний канал візуалізації зображення досліджуваного об'єкта, що також приводить до додаткових похибок пов'язаних з наведенням цифрового вимірювача відстані на об'єкт дослідження. Відомий цифровий вимірювач відстані не ураховує вплив на результат вимірювання середньоінтегрального значення показника заломлення навколишнього середовища (повітря) вздовж траєкторії розповсюдження електромагнітної хвилі до досліджуваного об'єкта. Це звужує функціональні можливості та точність вимірювача. Відомий цифровий вимірювач відстані [див. Криксунов Л.З. Системы передачи информации с оптическими квантовыми генераторами. К., 1970. С.196], який включає в себе оптичний квантовий генератор, модулятор, лінзу, приймач променевої енергії, підсилювач, відзеркалювач, генератор імпульсів, децимальний лічильник відстані, імпульс збросу, мультивібратор, бінарний лічильник, тригер, схему формування, що з'єднані між собою відповідним чином. Відомому цифровому вимірювачу відстані присутні недостатня точність вимірювання, обумовлена впливом на результат вимірювання швидкості розповсюдження оптичного випромінювання вздовж шляху проходження електромагнітної хвилі до досліджуваного об'єкта та затримки часу проходження оптичними імпульсами оптичного тракту, а електричними імпульсами - електронного каналу. Крім того, недостатня точність обумовлена тим, що відомий вимірювач реалізує спосіб вимірювання, що не виключає систематичні похибки вимірювання відстані. В цьому цифровому вимірювачі відстані відсутній оптичний канал візуалізації зображення об'єкта дослідження, що також приводить до додаткових похибок по наведенню цифрового вимірювача відстані на об'єкт. Відомий цифровий вимірювач відстані не забезпечує визначення швидкості розповсюдження електромагнітної хвилі до досліджуваного об'єкта, яка зале 89122 4 жіть від значення показника заломлення навколишнього середовища (повітря) вздовж всього шляху. В результаті не досягається достатньо висока точністьвимірювання. Відомий цифровий вимірювач відстані [див. а.с. №1811263, кл. G01С3/08, опубл.27.06.1990. / В.А. Данильченко, В.М. Камнев, А.В. Сємєнєнко. Импульсный лазерный даль номер], що містить лічильник імпульсів з інтерфейсом зв'язку, генератор електричних імпульсів високої частоти, чий вихід підключений до лічильного входу лічильника імпульсів, фотоприймач, електричну лінію затримки, першу напівпрозору пластину, першу та другу фокусуючі лінзи, остання з яких через першу напівпрозору пластину оптично з'єднана з об'єктом дослідження, лазерний генератор оптичних імпульсів, який оптично з'єднаний через першу напівпрозору пластину з першим відбивним дзеркалом, при цьому вихід фотоприймача підключений до першого входу формувача імпульсів, другий вхід якого з'єднаний з земляною шиною, вихід формувача імпульсів підключений до входу електричної лінії затримки. Відомому цифровому вимірювачу відстані присутня недостатня точність вимірювання відстані та обмежені функціональні можливості. Це обумовлено тим, що відомий вимірювач реалізує прямий метод вимірювання, який не забезпечує виключення систематичних похибок вимірювання, які обумовлені нестабільністю функції перетворення першого та другого фотоприймачів. Крім того, відомий цифровий вимірювач відстані не враховує впливу швидкості розповсюдження оптичних імпульсів, яка залежіть від середньоінтегрального значення показника заломлення навколишнього середовища, вздовж всього шляху розповсюдження електромагнітної хвилі. Це знижує точність вимірювання відстані. Як зазначають самі автори, максимальна дальність (>>20км) забезпечується для багатогабаритних об'єктів типу міських будівель, при нормальних метеорологічних умовах видимості. Слід зазначити, що у відомому цифровому вимірювачі відстані також відсутній оптичний канал візуалізації зображення досліджуваного об'єкта, що також приводить до додаткових похибок по наведенню цифрового вимірювача відстані на об'єкт. Все це знижує точність вимірювання та звужує функціональні можливості вимірювача. В основу винаходу покладена задача створення такого технічного рішення цифрового вимірювача відстані, який би забезпечував підвищення точності вимірювання відстані до досліджуваного об'єкта за рахунок врахування впливу навколишнього середовища на швидкість розповсюдження оптичних імпульсів та виключення систематичних похибок на результат вимірювання відстані, у тому числі й температурних похибок оптичних і електронного каналів. Крім того, поставлена задача розширення функціональних можливостей запропонованого технічного рішення, тобто забезпечити точне попадання відбитого оптичного імпульсу у вхідний отвір фотоприймача, виключити появу ефекту збігу електричних імпульсів, що надходять на логічні елементі, забезпечити можливість спо 5 89122 6 стереження за результатами вимірювань дальносзми також оптично з'єднана через третє відбиваюті не відволікаючись від вимірювача та об’єкта че дзеркало і четвертий об'єктив з верхньою та тощо. нижньою гранями першої прямокутної призми, Поставлена задача вирішується завдяки тому, нижня грань якої додатково, через друге відбиващо у цифровий вимірювач відстані до віддаленого юче дзеркало і п'ятий об'єктив, оптично з'єднана з об’єкта дослідження, що включає генератор висовиходом третього об'єктива приймального тракту, кочастотних імпульсів, джерело оптичних імпульз яким оптично з'єднаний через поворотне відбисів заданої ват-секундної площі, цифровий відліваюче дзеркало, другу грань другої прямокутної ковий пристрій, клавіатуру, флеш-пам'ять, призми і напівпрозору пластину вхід фотоприймазагальну шина та мікроконтролер, порт „D" якого ча. через загальну шину з'єднаний зі входамиНа рисунку наведена структурна схема вимівиходами цифрового відлікового пристрою, флешрювача відстані, де 1 - джерело оптичних імпульпам'яті та клавіатури, послідовно з'єднані між сосів; 2 - досліджуваний об'єкт; 3, 4, 5, 6, 7 - перший, бою фотоприймач і підсилювач-формувач імпульдругий, третій, четвертий та п'ятий об'єктиви; 8 і 9 сів заданої воль-секундної площі, послідовно з'єдперша та друга прямокутні призми; 10, 11 і 12 нані між собою логічний елемент „І" і лічильник перше, друге і третє відбиваючі дзеркала; 13 - поімпульсів, виходи і входи керування якого підклюворотне дзеркало; 14 - цифроаналоговий перетвочені до входів-виходів порту „С" мікроконтролера, рювач „кут повороту-код"; 15 і 16 - перша і друга канал візуалізації об’єкта, що містить послідовно напівпрозори пластини; 17 - апертурна діафрагма; розташовані і оптично з'єднані між собою та з оком 18 - окуляр; 19 - наочник (наглазник - русс.) з візиоператора напівпрозору пластину, фокусуючу лінром; 20 - око оператора; 21 - імерсійний фотопзу та окуляр з візиром, оптико-механічну систему, риймач; 22 - підсилювач-формувач імпульсів; 23 що складається з відбиваючого дзеркала, розта„D" тригер; 24 - логічний елемент "Т"; 25 - генерашованого на першому відомому об'єкті і трьох тор високочастотних (лічильних) імпульсів; 26 об'єктивів, перший та другий з яких розташовані на електрична лінія затримки; 27 - лічильник імпульоптичній осі передавального тракту і підключені, сів; 28 і 29 - перший і другий цифрові відлікові привідповідно, до першого і другого діаметрально строї; 30 - клавіатура; 31 - флеш-пам'ять; 32 - мікпротилежних виходів джерела оптичних імпульсів роконтролер; 33 - загальна шина. вздовж оптичної осі, на якій розташовані об'єкти з Причому, джерело 1 оптичних імпульсів заданормованою за значенням і невідомою відстанями ної ват-секундної площі оптично з'єднано через відповідно, третій об'єктив розташований на оптиперший об'єктив 3 з першим відбиваючим дзеркачній осі приймального тракту, від відомих відрізнялом 10, а через другий об'єктив 4 - з досліджувається тим, що додатково введені другий цифровий ним об'єктом 2. відліковий пристрій, входи якого підключені до Третій об'єктив 5 розташований на оптичній загальної шини, перетворювач „кут повороту-код", осі приймального тракту між об'єктом 2 і поворотвходи керування якого з'єднані з входаминим дзеркалом 13. Четвертий об'єктив 6 оптично виходами порту „В" мікроконтролера, електрична з'єднаний з верхньою та нижньою гранями першої лінія затримки та „D''-тригер, вхід установки нуля прямокутної призми 8 і другим відбиваючим дзерякого підключений до виходу підсилювачакалом 12. П'ятий об'єктив 7 оптично з'єднаний з формувача імпульсів, вхід установки одиниці з'єддругим відбиваючим дзеркалом 11 і третім об'єкнаний зі старшим розрядом порту „А" мікроконтротивом 5 (при іншому положенні поворотного дзерлера, інші розряди якого підключені до входів кекала 13). рування джерела оптичних імпульсів, вхід Канал візуалізації об’єкта містить в собі послісинхронізації „D''-тригера з'єднаний з виходом гедовно розташовані і оптично з'єднані між собою та нератора високочастотних імпульсів, до якого підз оком оператора 20 напівпрозору пластину 15, ключені й входи електричної лінії затримки, вихід окуляр 18 і наочник 19. При цьому напівпрозора якої з'єднаний з першим входом логічного елеменпластина 15 оптично з'єднана з оптичним виходом та „І", другий вхід якого підключений до виходу „D''другого цифрового відлікового пристрою (з рідинтригера, який з'єднаний зі входом послідовного но-кришталевим індикатором). порту „Е" мікроконтролера, у канал візуалізації Вхід фотоприймача 21 оптично з'єднаний чеоб’єкта додатково введена під кутом 90 перша рез другу напівпрозору пластину 16 і апертурну напівпрозора пластина, яка оптично з'єднана з діафрагму 17 з верхньою та нижньою гранями друоптичним виходом другого цифрового відлікового гої прямокутної призми 9, верхня грань якої додатпристрою і, через фокусуючі лінзу і окуляр, - з ково оптично з'єднана з третім відбиваючим дзероком оператора, у оптико-механічну систему вимікалом 12, а нижня - з поворотним дзеркалом 13, рювача додатково введені поворотне відбиваюче яке кінематично з'єднано з перетворювачем „коддзеркало, що кінематично з'єднане з виходом пекут повороту". ретворювача „кут повороту-код", апертурна діафЕлектричний вихід фотоприймача 21 підклюрагма, друга напівпрозора пластина, друге та тречений до входу підсилювача-формувача 22 імпутє відбиваючі дзеркала, четвертий та п'ятий льсів заданої вольт-секундної площі. об'єктиви, перша та друга прямокутні призми, верГенератор 25 високочастотних імпульсів з'єдхня та нижня грані другої прямокутної призми опнаний зі входами електрична лінія затримки 26 і тично з'єднані через апертурну діафрагму та напівходом синхронізації „D"-тригера 23, вхід установвпрозору пластину зі входом фотоприймача та з ки нуля якого підключений до виходу підсилювачапершою напівпрозорою пластиною каналу візуаліформувача 22. Вхід установки одиниці „D"-тригера зації об’єкта, верхня грань другої прямокутної при23 з'єднаний зі старшим розрядом порту „А" мікро 7 89122 8 контролера 32, інші розряди якого підключені до Цифрові відлікові пристрої 28 і 29 показують нулі. входів керування джерела 1 оптичних імпульсів. Цифроаналоговий перетворювач „код-кут повороПерший вхід логічного елемента „І" 24 з'єднату" 14 знаходиться у стані, при якому поворотне ний з виходом електричної лінії затримки 26, друдзеркало 13 встановлюється у положення, показагий вхід підключений до виходу „D''-тригера 23 і до не на рисунку. Тригер 23 встановлюється у стан, входу послідовного порту „Е" мікроконтролера 32. при якому на його виході має місце логічний нуль, Вихід логічного елемента „І" 24 з'єднаний з лічильщо подається на другий вхід логічного елемента „І" ним входом лічильника імпульсів 27, виходи і вхо24. Тому імпульси з виходу генератора 25 високоди керування якого підключені до входів-виходів частотних імпульсів через електричну лінію затрипорту „С" мікроконтролера 32, порт „D" якого через мки 26 на лічильник імпульсів 27 не надходять. загальну шину 33 з'єднаний зі входами-виходами Прилад готовий до роботи. цифрових відлікових пристроїв 28 і 29, клавіатури Робота цифрового вимірювача відстані скла30, флеш-пам'яті 31 та джерела 1 оптичних імпудається з трьох тактів вимірювання та одного такльсів. Входи-виходи порту „В" мікроконтролера 32 ту обчислення результатів проміжних вимірювань. з'єднані зі входами керування цифроаналогового Причому у першому такті визначається час затриперетворювача „код-кут повороту" 14. мки оптичного імпульсу, що пройшов відстань до і Слід зазначити, що другий цифровий відліковід відомого об’єкта з нормованою за значенням вий пристрій 29 встановлений для безпосередньовідстанню, у другому - час затримки оптичного го відображення результату попереднього вимірюімпульсу, що пройшов відстань до і від досліджування відстані перед оком оператора (у верхньому ваного об’єкта з невідомого відстанню, а у третьокуті візира) з метою не відволікання його від прому такті - час затримки оптичного імпульсу, що цесу вимірювання. пройшов відстань, яка дорівнює сумі відстаней до Розглянемо сутність роботи цифрового вимівідомого і невідомого об'єктів. рювача відстані. Припустимо, що час затримки оптичного імпуПісля ввімкнення живлення всі функціональні льсу, що пройшов відстань до об’єкта і від нього блоки встановлюються в вихідне положення, видо фотоприймача 21, а потім до обчислювального конавчі блоки - у положення, показане на рисунку. блока, 32 визначається рівнянням величин N'з Nз N 1 U0 t з U0T0 S'л Фх1 tои U0 t з t з Фх2 tои U0T0 вк oc Т0 де Ф х1 t ои - ват-секундна площа послабленого оптичного імпульсу, що дійшов до об’єкта 2 (на момент відбиття); Фх2 t ои - ват-секундна площа послабленого відбитого оптичного імпульсу, що дійшов до фотоприймача 21; Δtои - тривалість оптичних імпульсів, що формуються джерелом 1 оптичного випромінювання; ос - час затримки оптичних імпульсів у оптичному тракті (у оптичному каналі); вк - час затримки прийнятих імпульсів у вимірювальному (у електронному каналі) каналі; S'л реальна чутливість фотоприймача ({S'л}={Sл}(1+ л), л={ΔSл}/{Sл} і {S'л}→N∞, при якій виконується рівність {Фх1}{Sл}={Фх2}{Sл}={U0}; k2=2; f0 - частота лічильних імпульсів (f0=1/T0), що генерує генератор 25 високочастотних імпульсів. Після включення живлення цифровий вимірювач відстані направляється на досліджуваний об'єкт 2. Натискаються кнопки „#" і „2" (наведення на об'єкт і другий такт), що розташовані на клавіатурі 30. За командою з мікроконтролера 32 у джерела 1 встановлюється режим безперервного випромінювання потоку інфрачервоного випромінювання з правого виходу джерела 1. Оператор визначає напрям на досліджуваний об'єкт 2. На об'єкті 2 з'являється червона пляма від направленого потоку оптичного випромінювання. Ця пляма відбивається від об’єкта 2 і надходить, через блоки 5, 13, 9, 17, 16, 15, 18 і 19, на око 20 оператора. Він бачить об'єкт (ціль) і встановлює прилад таким чином, щоб ця червона пляма f0 k 2 t з tз вк oc Т0 f0 oc ,(1) вк попала точно у вхідний отвір фотоприймача 21. При необхідності перевіряється напрямок на об'єкт з нормованою за значенням відстанню D0. Для цього натискаються кнопки „#" і „1" (наведення на об'єкт і перший такт). За командою з мікроконтролера 32 у джерела 1 встановлюється режим безперервного випромінювання потоку інфрачервоного випромінювання з лівого виходу джерела 1. Оператор бачить відомий об'єкт з нормованою за значенням відстанню D0 і корегує, при необхідності, положення окуляра 3 таким чином, щоб червона пляма попала точно у вхідний отвір фотоприймача 21. Виконавчі механізми зміни просторового положення об'єктивів 3, 4, 5, 6, і 7 на рисунку не наведені. Слід зазначити, що їх положення змінюється при появі відповідних команд з мікроконтролера 32. Після наведення цифрового вимірювача на об'єкт дослідження, здійснюється процес вимірювання відстані. За допомогою кнопки ,,*" (Пуск), що знаходиться на клавіатурі 30, на мікроконтролер 32 подається команда "початок вимірювання". У першому такті, як було сказано вище, визначається час затримки оптичного імпульсу, що пройшов відстань до і від відомого об’єкта з нормованою за значенням відстанню D0. Припустимо, що цій відстані відповідає наступна сума шляхів: шлях (L1) оптичного імпульсу від джерела 1 до відбиваючого дзеркала 10, шлях (L2) від дзеркала 10 до першої прямокутної призми 8, шлях (L3 - на рисунку не показаний) від призми 8 до фотоприймача 21 по оптичному шляху через третій об'єктив, 9 89122 10 третє відбиваюче дзеркало 12, другу прямокутну першої прямокутної призми 8, відбивається від неї призму 9 і другу напівпрозору пластину 16. і, через четвертий об'єктив 6, третє відбиваюче За командою з мікроконтролера 32, на виході дзеркало 12, другу прямокутну призму 9, апертурпорту „A" з'являється цифровий сигнал, що надхону діафрагму 17 і напівпрозору пластину 16 наддить на входи керування джерелом 1 оптичних ходить на оптичний вхід фотоприймача 21. За доімпульсів. На першому виході джерела 1 (зліва) помогою фотоприймача 21 і підсилювачаз’являється оптичний імпульс заданої ватформувача 22 оптичний імпульс перетворюється у секундної площі у інфрачервоному діапазоні довелектричний імпульс. жин хвиль, який фокусується, за допомогою об'єкЗ виходу підсилювача-формувача 23 прямокутива 3 і направляється на відбиваюче дзеркало тний імпульс надходить на вхід установки нуля 10. тригера 23. На його виході з'являється сигнал лоОдночасно з виходу старшого розряду порту гічного нуля, що надходить на другий вхід логічно„A" мікроконтролера 32 на вхід установки одиниці го елемента 24 і на вхід послідовного порту „Е" тригера 23 надходить сигнал, який переводить мікроконтролера 32. тригер 23 у стан, при якому на його виході з'являНаявність сигналу логічного нуля на другому ється сигнал логічної одиниці. Останній надходить вході логічного елемента 24 зупиняє прохід через на другий вхід логічного елемента 24 і дозволяє нього лічильних імпульсів і, тим самим, відлік чиспроходження імпульсів з виходу генератора 25 на ла електричних імпульсів, що надійшла у лічильвхід лічильника 27. За допомогою останнього здійник 27 з виходу генератора 25 імпульсів. При появі снюється підрахунок імпульсів за час проходження на вході послідовного порту „Е" сигналу логічного оптичним імпульсом відомої відстані D0. нуля, мікроконтролером видається команда на Відбившись від дзеркала 10, оптичний імпульс запам'ятовування отриманого коду числа проходить шлях L2 і надходить на верхню грань (2) , де Δtз0 - час затримки електричних імпульсів відносно синхроімпульсів при відстані D0, який дорівнює часу затримки першого оптичного імпульсу по всьому шляху його проходження. Отриманий результат запам'ятовується у пам'яті мікроконтролера 32. Слід зазначити, що електричні імпульсі, які формуються мікроконтролером 32 і керують роботою тригера 23, змінюють його стан тільки при наявності імпульсів, що надходять на вхід синхронізації тригера 23 з виходу генератора 25 високочастотних імпульсів. Тому, для успішної роботи лічильника 27 на його вхід подаються імпульси, що затримані у часі на долі мікросекунд за допомогою електричної лінії затримки 24. Завдяки цьому виключається ефект збігу імпульсів керування і лічильних. Після запам'ятання коду отриманого значення (2) часу затримки автоматично виконується другий такт вимірювання невідомої за значенням відстані до досліджуваного об’єкта 2. У другому такті, за командою з мікроконтролера 32, на виході порту „A" з'являється цифровий сигнал, що надходить на входи керування джерелом 1 оптичних імпульсів. На другому виході джерела 1 (справа) з’являється оптичний імпульс заданої ват-секундної площі, який фокусується, за допомогою другого об'єктива 4, і направляється на досліджуваний об'єкт 2. Одночасно з виходу старшого розряду порту „A" мікроконтролера 32 на вхід установки одиниці тригера 23 надходить сигнал, який переводить тригер 23 у стан, при якому на його виході з'явля ється сигнал логічної одиниці. Останній надходить на другий вхід логічного елемента 24 і дозволяє проходження імпульсів з виходу генератора 25 імпульсів на вхід лічильника 27. За допомогою останнього здійснюється підрахунок імпульсів за час проходження оптичним імпульсом невідомої відстані Dx до досліджуваного об’єкта. Відбившись від досліджуваного об'єкта, оптичний імпульс проходить шлях Dx до об’єкта 2, відбивається від нього і, через третій об'єктив 5, надходить на поворотне дзеркало 13. Відбивається від дзеркала 13 і, через нижню грань другої прямокутної призми 9, апертурну діафрагму 17 і напівпрозору пластину 16 надходить на оптичний вхід фотоприймача 21. За допомогою фотоприймача 21 і підсилювача-формувача 22 оптичний імпульс перетворюється у електричний імпульс. З виходу підсилювача-формувача 23 прямокутний імпульс надходить на вхід установки нуля тригера 23. На його виході з'являється сигнал логічного нуля, що надходить на другий вхід логічного елемента 24 і на вхід послідовного порту „Е" мікроконтролера 32. Наявність сигналу логічного нуля на другому вході логічного елемента 24 зупиняє прохід через нього лічильних імпульсів і, тим самим, відлік числа електричних імпульсів, по поступили у лічильник 27 з виходу генератора 25 імпульсів. При появі на вході послідовного порту „E" сигналу логічного нуля, мікроконтролером видається команда на запам'ятовування отриманого коду числа 11 89122 12 (3) , де Δtзх - час затримки електричних імпульсів відносно синхронізуючих імпульсів при відстані Dx, який дорівнює часу затримки другого оптичного імпульсу по всьому шляху його проходження. Отриманий результат запам'ятовується у пам'яті мікроконтролера 32. У третьому такті вимірюється час затримки при проходженні оптичним імпульсом відстані Dx0, значення якої дорівнює {Dx0}={Dx}+{D0}. Для цього по команді з порту „В" мікроконтролера 32, що надходить на вхід керування перетворювача 14 „кодкут повороту". Поворотне дзеркало встановлюється у положення, протилежне показаному на рисунку. В результаті відкривається шлях для оптичного імпульсу від об'єктива 5 до об'єктива 7 і далі. Як й у попередніх тактах, за командою з мікроконтролера 32, на виході порту „А" з'являється цифровий сигнал, що надходить на входи керування джерелом 1 оптичних імпульсів. На другому виході джерела 1 (справа) з’являється оптичний імпульс заданої ват-секундної площі, який фокусується, за допомогою другого об'єктива 4, і направляється на досліджуваний об'єкт 2. Одночасно з виходу старшого розряду порту „А" мікроконтролера 32 на вхід установки одиниці тригера 23 надходить сигнал, який переводить тригер 23 у стан, при якому на його виході з'являється сигнал логічної одиниці. Останній надходить на другий вхід логічного елемента 24 і дозволяє проходження імпульсів з виходу генератора 25 імпульсів на вхід лічильника 27. За допомогою останнього здійснюється підрахунок імпульсів за час проходження оптичним імпульсом невідомої відстані Dx0. Відбившись від досліджуваного об'єкта, оптичний імпульс проходить шлях Dx до об’єкта 2, відбивається від нього і, через третій об'єктив 5 і п'ятий об'єктів 7 надходить на відбиваюче дзеркало 11. Оптичний імпульс відбивається від дзеркала 11 і надходить на нижню грань першої прямокутної призми 8. Відбивається від неї і надходить, через четвертий об'єктив 6, третє відбиваюче дзеркало 12, верхню грань другої прямокутної призми 9, апертурну діафрагму 17 і напівпрозору пластину 16, на оптичний вхід фотоприймача 21. За допомогою фотоприймача 21 і підсилювача-формувача 22 оптичний імпульс перетворюється у електричний імпульс. З виходу підсилювача-формувача 23 прямокутний імпульс надходить на вхід установки нуля тригера 23. На його виході з'являється сигнал логічного нуля, що надходить на другий вхід логічного елемента 24 і на вхід послідовного порту „Е" мікроконтролера 32. Наявність сигналу логічного нуля на другому вході логічного елемента 24 зупиняє прохід через нього лічильних імпульсів і, тим самим, відлік числа електричних імпульсів, по поступили у лічильник 27 з виходу генератора 25. При появі на вході послідовного порту „Е" сигналу логічного нуля, мікроконтролером видається команда на запам'ятовування отриманого коду числа (4) , де Δtзх0 - час затримки електричних імпульсів відносно синхроімпульсів при проходженні ним відстані Dx0, який дорівнює значенню часу затримки третього оптичного імпульсу при проходженні ним відстані Dx0. Отриманий результат запам'ятовується у пам'яті мікроконтролера 32. По програмі, записаній у мікроконтролер 32, здійснюється обчислення дійсного значення відстані Dx до досліджуваного об’єкта 2 згідно з рівнянням числових значень N Nз1 NDx {D0 } з3 (5) Nз3 Nз2 . У запропонованому технічному рішенні цифрового вимірювача відстані позитивний ефект (підвищення точності вимірювання та розширення функціональних можливостей) отриманий завдяки додатковому введенню в пристрій нових функціональних блоків та їх зв'язків між собою та з іншими блоками цифрового вимірювача відстані. Вони забезпечують визначення дійсних значень часів затримки оптичних імпульсів при проходженні ними нормованої та невідомих за значенням відстаней D0, Dx і Dx0 з одними й тими ж похибками. Завдяки обробці результатів проміжних вимірювань здійснюється автоматична корекція похибок вимірювання, які пов'язані з нестабільністю функції перетворення електронного каналу, температурних похибок оптичних каналів, похибок, що обумовлені затримками імпульсів у оптичному тракті та у електронному каналі. Це стало можливим завдяки реалізації у цифровому вимірювачі відстані нового методу надлишкових вимірювань відстані та обчислення результатів проміжних вимірювань по запропонованому рівнянню числових значень. Крім того, завдяки реалізованому надлишкових вимірювань стало можливим визначати швидкість 13 89122 14 розповсюдження оптичного імпульсу у навколишвідстані, наприклад Dx=10000 метрів, буде дорівньому середовищі у любий момент часу вимірюнювати 1 метр. вання відстані. Запропоноване технічне рішення цифрового Якщо у (5) підставити аналітичні вирази (2), (3) вимірювача відстані має розширені функціональні і (4), то, після скороченні подібних членів, отримуможливості. По-перше зазначеним приладом можємо рівняння надлишкових вимірювань у вигляді на точно встановлювати попадання відбитого оптичного імпульсу у вхідний отвір фотоприймача, t D x D0 зх (6) що дає можливість зберегти потужність послаблеt з0 . ного за потужністю оптичного імпульсу та підвищиЗ (6) видно, що числове значення відстані ти надійність вимірювань. По-друге, введення елепропорційне числовому значенню відомої дальноктричної лінії затримки виключає появу ефекту сті і відношенню числових значень часів затримки збігу електричних імпульсів, що надходять на логіоптичних імпульсів при відстанях Dx і D0. Крім того, чний елемент „І", що зменшує похибку вимірюванз (5) і (6) можна зробити висновки, що результат ня часу затримки оптичних імпульсів. По-третє, надлишкових вимірювань не залежіть від часу ос введення другого цифрового відлікового пристрою затримки оптичних імпульсів у оптичному каналі та забезпечило можливість спостереження за ревід часу вк затримки прийнятих імпульсів у електзультатами вимірювань дальності не відволікаюронному каналі, від чутливості S'л фотоприймача, чись від окуляра каналу візуалізації досліджуванонапруги U0, а також від частоти f0. Але, згідно з (5) і го об’єкта. По-четверте, можливість корегування (6), швидкість залежіть від похибки ΔD визначення просторового положення об'єктивів забезпечує відстані D0. Тому результат вимірювання відстані підвищення точності та надійності вимірювань. до невідомого об’єкта буде все-таки залежати від Таким чином, запропонований цифровий виміпохибки ΔD визначення відстані D0. Якщо ця похирювач відстані забезпечує вирішення поставленої бка дорівнює ΔD=1 метр, то й похибка визначення технічної задачі. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601