Urządzenie do pomiaru położenia obiektu

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY
(19)PL
(21) Numer zgłoszenia: 283824
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(5 4 )
(22) Data zgłoszenia: 16.02.1990
(51) IntCl5:
G01D5/26
G05D 1/00
Urządzenie do pomiaru położenia obiektu
(73)
(43)
(11)161131
(13) B1
Zgłoszenie ogłoszono:
26.08.1991 BUP 17/91
Uprawniony z patentu:
Politechnika Warszawska, Warszawa, PL
(72) Twórcy wynalazku:
(45)
P
6
1
L
31 B1
(57)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.05.1993 WUP 05/93
Krzysztof Holejko, Warszawa, PL
Jerzy Siuzdak, Warszawa, PL
1. Urządzenie do pomiaru położenia obiektu, składające się z umieszczonego na obiekcie
nadajnika modulowanego promieniowania optycznego oraz dwóch stacji bazowych, z których
każda zawiera wirujący odbiornik optyczny, znamienne tym, że każda stacja zawiera przetwornik kątowo-impulsowy (6, 7) sprzężony z odbiornikiem optycznym (2,3) i układem napędzającym (4,5) oraz nieruchomy nadajnik optyczny (8,9) wycelowany w wirujący odbiornik optyczny
(2, 3) stacji przeciwległej, a ponadto umieszczoną na wyjściu odbiornika optycznego (2, 3)
bramkę Start-Stop (10,11), przez którą impulsy wyjściowe przetwornika kątowo-impulsowego
(6, 7) podaw ane są do kom putera pomiarowego (12) wyznaczającego położenie obiektu w
drodze interpolacji położeń kątowych obu stacji.
Urządzenie do pomiaru położenia obiektu
Zastrzeżenia
patentowe
1. Urządzenie do pom iaru położenia obiektu, składające się z umieszczonego na obiekcie
nadajnika modulowanego prom ieniowania optycznego oraz dwóch stacji bazowych, z których
każda zawiera wirujący odbiornik optyczny, znamienne tym, że każda stacja zawiera przetwornik
kątowo-impulsowy (6, 7) sprzężony z odbiornikiem optycznym (2,3) i układem napędzającym (4,
5) oraz nieruchomy nadajnik optyczny (8, 9) wycelowany w wirujący odbiornik optyczny (2, 3)
stacji przeciwległej, a ponadto umieszczoną na wyjściu odbiornika optycznego (2, 3) bramkę
Start-Stop (10, 11), przez którą impulsy wyjściowe przetwornika kątowo-impulsowego (6, 7)
podawane są do kom putera pomiarowego (12) wyznaczającego położenie obiektu w drodze
interpolacji położeń kątowych obu stacji.
2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że położenie i szybkość wirowania odbiornika
optycznego (2, 3) jednej ze stacji synchronizowane są zgrubnie przez układ napędzający (4, 5) tej
stacji sterowany impulsami odbiornika optycznego (2, 3) przeciwległej stacji pochodzącymi od
sygnałów umieszczonego na obiekcie nadajnika (1).
* * *
Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pom iaru położenia obiektu, zwłaszcza modeli
statków lub maszyn roboczych, z wykorzystaniem modulowanego promieniowania optycznego.
Znane jest urządzenie do pom iaru położenia modeli statków, w którym sygnały zwrotne
pochodzące z odbłyśników lub aktywnego układu transmisyjnego zainstalowanego na ruchomym
modelu odbierane są przez układ naziemny. W urządzeniu tym układ naziemny składa się z dwóch
stacji bazowych oddalonych o odległość b, z których każda zawiera laser oświetlający oraz
odbiornik światła. Pom iar kątów dokonywany jest za pośrednictwem pomiaru czasu pomiędzy
odbłyskami w trakcie wirowania nadawczo-odbiorczego układu stacji bazowych. W adą tego
urządzenia jest niewielki zasięg, bardzo duże prędkości obrotowe układów nadawczo-odbiorczych
oraz stosowanie laserów wrażliwych na wpływy atmosferyczne.
Znane jest także urządzenie do pom iaru położenia obiektu, w którym układ naziemny,
umieszczony na wysokości h nad powierzchnią, składa się z jednej stacji zawierającej odbiornik
optyczny automatycznie śledzący przemieszczający się obiekt, na którym zainstalowny jest nadajnik sygnałów optycznych. Pomiar odległości realizowany jest przez pom iar aktualnych kątów
azymutu i elewacji i wyliczenie pozycji na podstawie znajomości wysokości h. W adą tego urządzenia jest konieczność stosowania precyzyjnych układów nadążnych śledzących ruch obiektu w
dwóch płaszczyznach.
Celem wynalazku jest skonstruowanie urządzenia nie wymagającego zatosowania skomplikowanego układu śledzącego, wyeliminowanie względnie dużych prędkości obrotowych układu
pomiaru azymutu, oraz zwiększenie zasięgu urządzenia.
Urządzenie do pom iaru położenia obiektu, składające się z umieszczonego na obiekcie nadajnika modulowanego promieniowania optycznego oraz dwóch stacji bazowych, z których każda
zawiera wirujący odbiornik optyczny, wyróżnia się tym, że każda stacja zawiera przetwornik
kątowo-impulsowy sprzężony z odbiornikiem optycznym i układem napędzającym, oraz nieruchomy nadajnik optyczny wycelowany w wirujący odbiornik optycznej stacji przeciwległej.
Ponadto każda stacja zawiera umieszczoną na wyjściu odbiornika optycznego bramkę Start-Stop,
przez którą impulsy wyjściowe przetwornika kątowo-impulsowego podawane są do komputera
pomiarowego. D okładne położenie obiektu wyznaczane jest przez kom puter pomiarowy w drodze
interpolacji położeń kątowych obu stacji.
Położenie i szybkość wirowania odbiornika optycznego jednej ze stacji synchronizowane są
zgrubnie przez układ napędzający tej stacji sterowany impulsami odbiornika optycznego przeciwległej stacji pochodzącymi od sygnałów nadajnika umieszczonego na obiekcie, co pozwala na
161 131
3
zredukowanie wpływu niejednoczesności obydwu pomiarów, znaczącego przy szybkich zmianach
położenia obiektu, a tym samym zwiększenie dokładności pomiaru.
Rozwiązanie według wynalazku pozwala na uzyskiwanie kilkusetmetrowych zasięgów urządzenia, nawet przy niewielkich mocach nadajnika modulowanego promieniowania optycznego
umieszczonego na ruchomym obiekcie. Ponadto komputerowa interpolacja namierzanych kątów
pozwala na dokładne wyznaczanie pozycji, nawet przy szybkich ruchach namierzanego obiektu.
Wynalazek przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym urządzenie na schemacie blokowym.
Urządzenie składa się z dwu stacji bazowych A i B, oddalonych o odległość bazową b, oraz
nadajnika 1 modulowanego prom ieniowania optycznego umieszczonego na ruchomym obiekcie.
Każda stacja bazowa A i B zawiera przetw ornik kątowo-impulsowy 6 ,7 sprzężony z odbiornikiem
optycznym 2, 3 i układem napędzającym 4 ,5 . Ponadto każda stacja bazowa zawiera nieruchomy
nadajnik optyczny 8 ,9 wycelowany w obracający się odbiornik optyczny 2 ,3 stacji przeciwległej.
Wyjściowe impulsy przetworników kątowo-impulsowych doprowadzone są poprzez bramki StartStop 10,11 do kom putera pom iarowego 12 współpracującego z rejestratorem 13. Ponadto układ
napędzający 5 połączony jest z wyjściem odbiornika optycznego 2 i wyjściem odbiornika optycznego 3.
Urządzenie działa następująco. W momencie, gdy wirujące odbiorniki optyczne 2, 3 nacelowane są na nadajnik 1 umieszczony na ruchomym obiekcie, powstają w tych odbiornikach impulsy
„start“, które przekazywane są do bram ek 10, 11. Po obrocie odbiorników o kąty (360° - α) i ß
powstaje następna para impulsów „stop“ w momentach, gdy odbiorniki 2, 3 nacelowane są na
nadajniki 8, 9 przeciwległych stacji bazowych. Kąty (360° - α) i ß mierzone są w przetwornikach
kątowo-impulsowych 6, 7 przez zliczenie liczby impulsów kątowych pomiędzy impulsami „startstop“. Dane o zliczonej liczbie impulsów przekazywane są do kom putera pomiarowego 12, gdzie na
podstawie znajomości kąta α określającego położenie kątowe stacji A względem obiektu i kąta ß
określającego położenie kątowe stacji B względem obiektu, oraz wprowadzonej wcześniej do
kom putera odległości bazowej b, wyliczane są współrzędne położenia obiektu.
Wpływ niejednoczesności obydwu pomiarów, istotny przy szybkich zmianach położenia
obiektu, redukowany jest zgrubnie przez układ napędzający 5, który śledzi za położeniem i
szybkością obrotów odbiornika optycznego 2 na podstawie różnicy czasu występowania impulsów
„start“ w obu odbiornikach optycznych 2,3. Dalsza korekcja jednoczesności pom iaru następuje w
drodze interpolacji dokonywanej przez kom puter 12. Położenie ruchomego obiektu zobrazowane
jest na ekranie m onitora oraz rejestrowane na taśmie papierowej rejestratora 13.
161 131
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.
Cena 10 000 zł