RU2665591C2 - Устройство для контроля пространственных перемещений - Google Patents
Устройство для контроля пространственных перемещений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665591C2 RU2665591C2 RU2017100280A RU2017100280A RU2665591C2 RU 2665591 C2 RU2665591 C2 RU 2665591C2 RU 2017100280 A RU2017100280 A RU 2017100280A RU 2017100280 A RU2017100280 A RU 2017100280A RU 2665591 C2 RU2665591 C2 RU 2665591C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetectors
- signals
- cylindrical body
- movement control
- multipoint
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title abstract description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/28—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication
- G01D5/30—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication the beams of light being detected by photocells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области контроля перемещений объектов и касается устройства для контроля пространственных перемещений. Устройство включает в себя корпус, источник и приемники света. Источник света является многоточечным, жестко связан с исследуемым объектом и находится в пространстве, ограниченном цилиндрическим корпусом. Сигналы многоточечного излучателя регистрируются матрицей фотоприемников, расположенных на боковой поверхности цилиндрического корпуса и обращенных чувствительными поверхностями внутрь корпуса. По тому, какой набор фотоприемников в данный момент регистрирует сигналы излучателя, делается вывод о текущем положении исследуемого объекта, его крене и перемещении от предыдущего положения. Анализ производится с использованием технологии вывода на основе прецедентов. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения параметров движения по трем осям, повышении быстродействия, долговечности и надежности устройства. 3 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для контроля крена объекта и перемещения в пространстве с привязкой по трем координатам. С помощью описанного далее устройства также возможна фиксация точек перемещения объекта в пространстве в течение определенного промежутка времени для контроля траектории его перемещения, что может оказаться полезным для исследования влияния на его движение различных внешних воздействий и предотвращения аварийных ситуаций.
Известно устройство, измеряющее углы наклона объекта (Пат. 2234058, МПК G01C 9/00, опубл. 10.08.2004 - Устройство для определения углов наклона объекта), которое может быть использовано для определения углов наклона строительных механизмов и машин, а также при эксплуатации промышленных зданий и сооружений. Устройство содержит сферический корпус, заполненный жидкостью, с помещенным в него шаром-замыкателем и контактными поверхностями. Контактные поверхности выполнены в виде системы переплетенных между собой разомкнутых проводников, закрепленных вертикально и горизонтально на внутренней поверхности сферического корпуса.
Недостатком данного устройства является невозможность оценки угла наклона объекта только по трем направлениям и невозможность использования датчика при низких температурах.
Известно устройство для контроля линейного или углового перемещения оборудования или механизма грузоподъемной машины (Пат. 2403204, МПК G01B 7/00, опубл. 10.11.2010 - Устройство для контроля линейного или углового перемещения оборудования или механизма грузоподъемной машины), в котором осуществляется преобразование перемещения контролируемого объекта в угловое перемещение вала оптического энкодера. Это устройство позволяет с учетом полученной величины отклонения регулировать работу привода грузоподъемной машины.
Недостатком данного устройства является низкое быстродействие и аппаратная избыточность.
Известно устройство для измерения внешнего воздействия (Пат. US 20070097362 A1, опубл. 03.05.2007 - Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same), использующее один излучатель света и оптоволокно с тремя световодами, направляющими свет от излучателя на три оптических сенсора. Каждый сенсор содержит четыре фотодиода. При движении объекта направление света из каждого световода меняется, величина светового потока фиксируется фотодиодами.
Недостатком данного устройства является низкая надежность и ограниченный диапазон измерения.
Наиболее близким аналогом является устройство для контроля перемещений, определяющее крен объекта (Пат. 2150086, МПК G01C 9/00, опубл. 27.05.2000 - Устройство для контроля перемещений) - прототип. Данное устройство представлено двумя блоками датчиков, выполненных в виде маятника с излучателем света, а также шкалы фотоприемников, расположенной вдоль траектории движения маятника. При движении маятника сигнал излучателя света регистрируется одним из фотоприемников. По тому, какой именно фотоприемник регистрирует сигнал излучателя, определяется положение маятника (угол его отклонения от вертикального положения) в конкретный момент времени.
Это устройство отличается более высоким быстродействием и долговечностью в использовании, оно может быть применено в исследованиях стабилизации неустойчивых объектов. Недостатком данного устройства является невозможность измерения пространственных характеристик движения объекта, т.к. измеряются только характеристики движения маятника по двум координатам.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение определения параметров движения исследуемого объекта (крен, скорость, перемещение от предыдущего положения и др.) в пространстве.
Усовершенствование системы состоит в том, что излучатель света становится многоточечным и жестко соединяется с исследуемым объектом металлической штангой, а блок приемников сигнала располагается на боковой поверхности цилиндрического корпуса и представлен матрицей фотоприемников, чувствительные поверхности которых обращены внутрь корпуса.
Технический результат - определение параметров движения объекта по трем осям, а также повышение быстродействия, долговечности и надежности устройства. Достигается данный результат тем, что в конструкции устройства предусмотрены многоточечный излучатель света, жестко прикрепленный к исследуемому объекту, и блок приемников сигнала, расположенный на боковой поверхности цилиндрического корпуса и выполненный в виде матрицы фотоприемников, чувствительные поверхности которых обращены внутрь корпуса.
Изобретение дополняется чертежами, поясняющими структуру устройства: фиг. 1 - схема устройства, фиг. 2 - схема матрицы фотоприемников, фиг. 3 - функциональная схема системы.
Предлагаемая схема устройства приведена на фиг. 1. Элементами устройства являются многоточечный излучатель света и блок приемников сигнала. К исследуемому объекту 1 через жесткий подвес 2 прикреплен многоточечный излучатель света 3. Точка соединения подвеса с излучателем обозначена цифрой 4. Многоточечный излучатель состоит из четырех излучателей света 5 с узкой диаграммой направленности (например, лазерных) и находится в пространстве, ограниченном цилиндрическим корпусом 6. Этот корпус содержит блок приемников сигнала - матрицу фотоприемников, расположенную на боковой поверхности цилиндрического корпуса, причем эта матрица чувствительной поверхностью обращена внутрь корпуса. Отсутствие матрицы фотоприемников на верхней грани корпуса объясняется тем, что сквозь нее проходит жесткий подвес, соединяющий исследуемый объект с многоточечным излучателем света, а на нижней грани - тем, что по координатам двух осей можно однозначно определить перемещение объекта.
Схема расположения фотоприемников на боковой поверхности корпуса представлена на фиг. 2. Ряды фотоприемников, расположенные на внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса, чередуются с шагом h в вертикальном и горизонтальном направлениях. Количество фотоприемников K, обозначенных V11…VDNM, зависит от числа строк N и столбцов М матрицы. Общее число фотоприемников 7 в устройстве равно К. Оно зависит от необходимой точности измерений и вычисляется по формуле:
K=N⋅М,
где N - количество столбцов матрицы фотоприемников, М - количество строк матрицы фотоприемников.
Таким образом, данное устройство отличается наличием многоточечного излучателя света, а также тем, что блок приемников сигнала выполнен в виде матрицы фотоприемников, расположенных на внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса.
Данное устройство может быть применено в системе контроля перемещений, описание которой приведено далее.
Составляющие системы контроля перемещений: устройство для контроля пространственных перемещений, содержащее исследуемый объект с многоточечным излучателем света, блок приемников сигнала; два мультиплексора сигналов и микропроцессор (например, микроконтроллер Intel 8051 АН с внешней перезаписываемой памятью).
Рассмотрим работу системы. Ее функциональная схема представлена на фиг. 3. После включения питания системы происходит ее инициализация: запись начальных настроек в микропроцессор, сброс значений фотоприемников, включение излучателей света, установка начального положения исследуемого объекта. Далее системой начинается непрерывный опрос блока приемников сигнала. Сигналы с фотоприемников VD11…VDNM (фиг. 2) поступают на устройства преобразования величины тока в напряжение. Каждое такое устройство преобразует фототок одного фотоприемника в выходное напряжение Uout и содержит фотодиод VD, резисторы R1 и R2 и операционный усилитель DA. После этого сигналы с устройств преобразования по каналам 1..N (с горизонтальных рядов матрицы) и 1..М (с вертикальных рядов матрицы) поступают на мультиплексоры MSH и MSV, в которых сигналы с фотоприемников в горизонтальных и вертикальных рядах отдельно обрабатываются и передаются в микропроцессор.
На входы A1-AK и A1-AL мультиплексоров MSH и MSV по линиям адреса поступают с нулевого и второго портов микропроцессора адреса каналов, выбранных для передачи данных. С выходов OUT мультиплексоров на входы Р1.0 и Р1.1 микропроцессора по линиям данных поступают сигналы с фотоприемников и фиксируются во внешней памяти. Далее с выходов Р1.2-P1.6 микропроцессора по адресным линиям на входы А0-А4 EPROM поступают адреса ячеек, выбранных для записи данных о текущем состоянии объекта, а через линии третьего порта микропроцессора Р3.0-Р3.7 производится обмен данными с EPROM. Выход P1,7 управления записью-чтением микропроцессора соединяется с соответствующим выводом WR/RD EPROM.
Программа, хранящаяся во внутреннем ПЗУ микропроцессора, обрабатывает сигналы, поступающие с матрицы фотоприемников, и устанавливает набор фотоприемников, на которых в данный момент регистрируются сигналы излучателей света. Для точного определения перемещения многоточечного излучателя и, следовательно, исследуемого объекта применяется технология Case-Based Reasoning (CBR), или вывода на основе прецедентов. Так, прецедент можно представить в виде:
CASE=(VDi, VDj, VDk, VDl, R),
где VDi, VDj, VDk, VDl - набор фотоприемников, зарегистрировавших сигнал от первого, второго, третьего и четвертого излучателей света соответственно; R - решения (управляющие рекомендации).
Библиотека прецедентов (БП), содержащая всевозможные наборы сигналов с фотоприемников, а также соответствующие решения, формируется до ввода системы в эксплуатацию и записывается во внешнюю память.
Во время работы системы выполняется определение сходства данного прецедента с хранимыми в БП. При нахождении однозначного соответствия устанавливаются координаты положения объекта, его крена, скорости и величины перемещения от предыдущего положения и др.
Claims (1)
- Устройство для контроля пространственных перемещений, содержащее корпус, источник и приемники света, отличающееся тем, что источник света является многоточечным, жестко связан с исследуемым объектом и находится в пространстве, ограниченном цилиндрическим корпусом, сигналы многоточечного излучателя регистрируются матрицей фотоприемников, расположенных на боковой поверхности цилиндрического корпуса и обращенных чувствительными поверхностями внутрь корпуса; по тому, какой набор фотоприемников в данный момент регистрирует сигналы излучателя, делается вывод о текущем положении исследуемого объекта, а также о его крене, перемещении от предыдущего положения с использованием технологии CBR.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017100280A RU2665591C2 (ru) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Устройство для контроля пространственных перемещений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017100280A RU2665591C2 (ru) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Устройство для контроля пространственных перемещений |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2017100280A RU2017100280A (ru) | 2018-07-09 |
| RU2017100280A3 RU2017100280A3 (ru) | 2018-07-09 |
| RU2665591C2 true RU2665591C2 (ru) | 2018-08-31 |
Family
ID=62814122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017100280A RU2665591C2 (ru) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Устройство для контроля пространственных перемещений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2665591C2 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4906846A (en) * | 1985-09-03 | 1990-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement detector for detecting an amount of displacement of an object to be measured |
| RU2150086C1 (ru) * | 1998-11-16 | 2000-05-27 | Тюменский государственный нефтегазовый университет | Устройство для контроля перемещений |
| US20070097362A1 (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-03 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same |
| RU2377498C2 (ru) * | 2007-11-08 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Оптико-механическое угломерное устройство поворотного типа с оптическим указателем на основе многозначной меры и фотоэлектронным регистратором |
-
2017
- 2017-01-09 RU RU2017100280A patent/RU2665591C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4906846A (en) * | 1985-09-03 | 1990-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement detector for detecting an amount of displacement of an object to be measured |
| RU2150086C1 (ru) * | 1998-11-16 | 2000-05-27 | Тюменский государственный нефтегазовый университет | Устройство для контроля перемещений |
| US20070097362A1 (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-03 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same |
| RU2377498C2 (ru) * | 2007-11-08 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Оптико-механическое угломерное устройство поворотного типа с оптическим указателем на основе многозначной меры и фотоэлектронным регистратором |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2017100280A (ru) | 2018-07-09 |
| RU2017100280A3 (ru) | 2018-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1904544B (zh) | 追踪式激光干涉仪 | |
| CN106197287B (zh) | 用于大型结构物变形或位移参数的自校准式测量装置及方法 | |
| US7113270B2 (en) | Determination of an orientation parameter of an elongate object with a scan beam apparatus | |
| JPS6279306A (ja) | 自由プロ−ブを備えた検査機 | |
| CN106197288B (zh) | 用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置及方法 | |
| RU2431804C2 (ru) | Шаблон позиционирования | |
| US4732472A (en) | Methods of, and systems for, determining the position of an object | |
| US20030043362A1 (en) | Six dimensional laser tracking system and method | |
| ES2588998T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para controlar el funcionamiento correcto de un ascensor | |
| CN105890578A (zh) | 姿势检测装置以及数据取得装置 | |
| CN102661709B (zh) | 一种大行程运动台位移测量方法 | |
| CN104380038A (zh) | 对车轮定位系统进行转动偏摆补偿的改进的方法及设备 | |
| CN113702991A (zh) | 光检测和测距装置及其校准系统 | |
| EP2250461B1 (en) | Tilt sensor for a measuring instrument | |
| US20230384090A1 (en) | High-precision dual-axis laser inclinometer based on wavefront homodyne interference and measuring method | |
| CN115683059A (zh) | 一种结构光三维垂线测量装置及方法 | |
| CN112539698A (zh) | 一种激光光束作用材料内部在线跟踪与实时反馈的方法 | |
| RU2665591C2 (ru) | Устройство для контроля пространственных перемещений | |
| CN106225721A (zh) | 一种基于角度测量的电梯导轨平行度检测装置 | |
| CN117929786B (zh) | 一种光干涉式微集成三轴加速度传感结构及其解算方法 | |
| CN106370146B (zh) | 电梯导轨垂直度检测系统 | |
| JPS61155803A (ja) | 幅測定装置 | |
| CN115031683B (zh) | 实时高精度结构挠度测量系统 | |
| KR20220024843A (ko) | 조정 장치 및 라이다 측정 장치 | |
| CN206223095U (zh) | 用于大型结构物垂直位移或变形的自校准式测量装置 |