Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Для автоматизації процесу відліку по кутових шкалах геодезичних приладів різного призначення широко застосовуються оптосини. Ці датчики перетворюють кути повороту осей геодезичного приладу безпосередньо в цифрову форму, що дозволяє без поперед­ньої обробки результатів вимірювань вводити ці значення в мікро ЕОМ, вбудовану в той чи інший геодезичний прилад. Частіше всього оптосини застосовуються в якості датчика кута повороту в таких приладах як кодовий теодоліт [183] і гіротеодоліт.

Найбільш просто оптосин використаний в кодовому теодоліті схема якого має кана­ли точного і грубого відліків. Датчик (рис. 3.83), виконаний із кодового диску з двома штри­

ховими доріжками, має роздільну здатність

Штрихова доріжка 1 є доріжкою точного відліку, а штрихова доріжка 2 є доріжкою градусного відліку або по іншому грубого відліку. Штрихи обох штрихових доріжок розмі­щені по концентричних кругах через рівні кутові проміжки. Число штрихів пТ доріжки точ­ного відліку і пг доріжки грубого відліку визначаються по формулах:

(3.120)

пг = пт —1, (3.121)

де: А — число градусів (360°) або градів (400д) на повному крузі;

а — необхідна дискретність відліку.

Перші Штрихи обох штрихових доріжок розташовують один над другим в радіально­му напрямі. Кутові проміжки у між штрихами доріжок точного і грубого відліку визначають­ся по формулах:

Фотоприймальний пристрій 3 розташовують за діафрагмою 4, ширина щілини якої вибирається дещо більшою, чим відстань між двома сусідніми штрихами доріжки точного відліку. Підсвічування кодового диску здійснюється джерелом світла 5.

В полі зору щілини діафрагми розташована тактова доріжка, яка складається із nt

рівних по ширині прозорих і непрозорих смужок. Число тактів nt дорівнює або більше чис­ла штрихів доріжки точного відліку, тобто

п,=рпт> (3.124)

де р — довільне ціле число більше нуля.

Щільова діафрагма з тактовою доріжкою розміщується в фокальній площині оптичної системи фотоприймального пристрою. Ширина елементу тактової доріжки дорівнює від­стані між двома сусідніми штрихами доріжки точного відліку в площині діафрагми тактової доріжки, тобто

, _ лДк

* —Z

nt

де: Д — діаметр середнього ділильного кола доріжки точного відліку безпосеред­

ньо на кодовому диску;

к — збільшення оптичної системи, що проектує зображення лімба на чутливу площадку фотоприймального пристрою.

На рис. 3.84 приведено зображення на чутливій площадці фотоприймального при­строю: 1 — штрих доріжки точного прямого відліку; 2 — штрих доріжки грубого прямого від­ліку; З — штрих доріжки точного діаметрально протилежного відліку; 4 — тактова доріжка; 5 — штрихи, що мають відомість про додаткову інформацію. Значення відліку N кодового теодоліта складається із суми грубого Nr і точного NT відліків

N = Nr +NT. (3.126)

Тактова доріжка являє собою масштабний елемент для вимірювання NT і Nr. Точ­ний відлік визначається шляхом вимірювання відстані між штрихами 1 і З

NT =(nt ±tT)mT, (3.127)

де: nt — повна кількість елементів тактової доріжки;

tT — кількість елементів тактової доріжки, що знаходиться між прямим і діамет­рально протилежним штрихами доріжки Точного відліку; тт — масштабний коефіцієнт доріжки точного відліку.

Грубий відлік визначається виразом

, " Nr=(tr+c)mc, (3.128)

де: tr — кількість елементів тактової доріжки, що знаходиться між штрихами дорі­

жок точного і грубого відліків;

с — поправка в грубий відлік при реєстрації на фотоприймальному пристрої по­переднього порядкового штриха на кодовій доріжці грубого відліку (с = 1) тг — масштабний коефіцієнт для доріжки грубого відліку.

Недолік такого датчика полягає в двоканальності вихідної інформації, тобто в наяв­ності каналів точного і грубого відліків, що ускладнює практичне застосування.

Більш перспективними є датчики на основі багаторозрядних кодових дисків. Такі дат­чики безпосередньо видають інформацію про кут повороту в цифровій формі з необхід­ною (заданою) дискретністю відліка. Для ознайомлення з його принципом дії наведемо рис. 3.85. На валу, кут розкручування у якого необхідно виміряти, жорстко закріплений ко­довий лімб 1. Лімб уявляє собою скляну плоскопаралельну пластинку з нанесеними на ній кодовими доріжками 2 (кодові маски). Кодові доріжки мають вигляд концентричних рядів прозорих і непрозорих елементів для світлового потоку випромінювача 4, розташованого за лімбом. Кодова маска є відображенням того двійкового коду, який використовується в датчику. Кодовий лімб розташовується між нерухомими елементами системи рахування так, що випромінювач знаходиться по одну сторону лімба, а обмежуюча діафрагма 5 (щі- льова діафрагма, що розміщується уздовж радіуса лімба) і блок фотоприймачів 6 по дру­гу. В момент фіксації кута повороту у промені світла від випромінювача направляються

на лімб, освітлюючи одночасно всі кодові доріжки 2. Випромінювання модулюється кодо­вими доріжками в залежності від прозорих і непрозорих ділянок 3, що знаходяться в да­ний час на тій чи іншій доріжці в полі зору щільової діафрагми. Фотоприймачі або виробля­ють сигнал рівний 1, коли навпроти щілини і фотоприймача на тій чи іншій кодовій доріжці знаходиться сегмент маски, або на його виході відсутній сигнал, коли чутлива площадка фотоприймача закрита непрозорим сегментом. Сигнали кодових доріжок відповідають двійковим одиницям, а відсутність сигналів відповідає двійковим нулям.

Таким чином, кожному куту, з дискретністю, що визначається мінімальною шириною елемента на кодових доріжках, присутня своя комбінація електричних сигналів, яка і є цифровим виразом даного кута. Параметри такого типу фотоелектричного датчика зале­жать від виду прийнятого коду, системи рахування інформації, типу джерела випроміню­вання і фотоприймачів, виду електричних схем обробки сигналів, а також конструктивних особливостей датчика. Недоліком фотоелектричних датчиків повороту на основі багато­розрядних кодових дисків є їх значні габарити і вага, а також те, що дискретність інформа­ції обмежена числом розрядних доріжок і технологією виконання кодових елементів з по­перечними розмірами в одиниці мікрон.

Вищеприведені недоліки відсутні у датчиків на основі голографічного кодуючого дис­ка [61, 126]. Такий диск дозволяє записати на одній кодовій доріжці дуже малу дискрет­ність кутового положення кодового диску відносно його нульового положення і відтворити цю інформацію в цифровій формі на нерухомому фотоприймальному пристрої. Датчик

(рис. 3.86) має джерело когерентного випромінювання — лазер 1, формувач світлового по­току, який складається із циліндричної лінзи 2 і щільової діафрагми 3, і формує пучок променів визначеної конфігурації. На шляху променів встановлений кодовий диск 4 , який скріплено з валом, кут повороту якого вимірюється.

Рис. 3.86. Датчик на основі голографічного кодуючого диска

Кодовий диск представляє собою голограму на якій з необхідною дискретністю (на­приклад, частки кут. сек) і в необхідному коді (наприклад, двійковому) записані дискретні кутові положення вала [126]. Розміри такого кодового диска можуть не перевищувати 10 +50 мм, а кількість двійкових одиниць інформації записаних на ньому, тобто дискрет­них кутів повороту, може досягати декілька мільйонів. Це дає можливість на одному диску реалізувати роздільну здатність повороту валу, що дорівнює часткам кутової секунди. В якості чутливих елементів використані фотоприймачі 5 , чутливі площадки яких розташо­вані в площині відновлення голограм. Це можливо зробити, так як чутливі площадки фото­приймачів і джерело світла оптично зв’язані через голограми, що записані на кодовому диску. Інформація про кутове положення валу знімається з реєструючого блоку 6.

При визначенні кутового положення валу кодовий диск жорстко поєднується з валом, а освітлювач і фотоприймач розташовуються нерухомо по різні сторони диска. Випромі­нювання лазера за допомогою лінзи 2 і діафрагми 3 розгортається в плоский промінь, розмір якого в поперечному перетині дорівнює розміру одиничної голограми 4,. Сформо­ваний таким чином промінь падає на кодовий диск і при його розкручуванні безперервно відновлює на фотоприймачах інформацію в цифровій формі, яка відповідає куту поворота валу. Цей датчик має невеликі габарити і значно більшу чутливість. Незначним недоліком датчика можна рахувати те, що носієм інформації кута повороту є кодовий диск, а це по­требує попереднього запису на ньому інформації про кути повороту.

До перспективної можна віднести також схему датчика з многогранною призмою, що встановлена на валу, кут повороту якого необхідно вимірювати, і голограмою, що розта­шована на нерухомій основі [149]. Датчик (рис. 3.87) включає в себе джерело когерентно­го випромінювання — лазер 1, що знаходиться в фокусі формувача світлового потоку — ци­ліндричної лінзи 2, многогранну призму 3, на кожній грані якої нанесені відбиваючі смуги А, голограму 4, фотоприймач 5 і блок перетворення електричного сигналу в код 6. Ко­герентне монохроматичне випромінювання циліндричною лінзою розгортається в плоский промінь, висота якого дорівнює висоті граней многогранно!’ призми. Від призми відбива­ється тільки та частина променя, яка попадає на відбиваючу смугу А відповідної грані. Розташування смуг на кожній і — й грані призми ставиться в однозначну відповідність з кутом повороту призми і і-ої чарунки опорної голограми. Голограма являє собою набір чарунок, розташованих по строчках і стовпцях. В кожній чарунці в визначеному коді

записано дискретне значення кута. Дискретність запису вибирають виходячи з необхідної точності перетворення. В одній строчці записуються кути в межах тільки однієї грані, а ку­ти, що відповідають другій грані записуються в наступній строчці. Число строчок решітки голограми відповідає числу граней призми. По попаданню променя в ту чи іншу чарунку голограми роблять висновок про кут повороту призми. Сигнал, пропорційний куту поворо­ту, трансформується голограмою на фотоприймач. З виходу матричного фотоприймача сигнал поступає в блок перетворення електричного сигналу в код.

Аналіз конструкцій всіх оптосинів дозволяє зробити висновок, що одним із основних параметрів, що впливає на точність, чутливість, габаритні розміри, величину і якість елек­тричних сигналів з фотоприймачів є ширина лічильного променя. В любому оптосині кодо­ве значення кута повороту у визначається шляхом рахування інформації з кодової маски, тоді як джерело випромінювання, як правило, освітлює значну площу кодової маски. Тому,

для більш точного визначення кута у, необхідно здійснювати обмеження світлових потоків, що проходять на фотоприйма­чі. Роль такого елемента в більшості конструкцій виконує щільова діафрагма. Лічильний промінь, як правило, форму­ється прямокутної форми з шириною сторони ju. Залеж­ність вихідних сигналів з фото­приймачів від ширини лічиль­ного променя розглянемо на прикладі трирозрядної шкали (рис. 3.88). Там величина кван­та, тобто найменшої градації

коду позначена через х. При // -» 0, тобто при нескінченно вузькому лічильному промені форма вихідного сигналу буде прямокутною, а індикація нулів і одиниць ідеальною
(рис. 3.89 а). Але // -> О приводить до того, що на кодові доріжки падає мінімальний (майже нульовий) світловий потік і сигнал на виході буде мчати до нуля. Тому конструк­тивно ц завжди має кінцеву ширину. Із епюр рис. 3.89 стає зрозуміло, що при повному пе­рекритті лічильного променя непрозорим елементом кодової маски вихідний сигнал фото­приймача відсутній (Ueux = 0) і цей стан приймається за двійковий нуль. При модуляції

променевого потоку краями непрозорого елемента виникає збільшення (або зменшення) вихідного сигналу від нуля до одиниці, або навпаки. Коли світловий потік модулюється прозорою дільницею кодової маски, то в такому положенні ІІвих = 1, що відповідає стану двійкової одиниці. Із епюр також видно, що крім нуля і максимуму сигнала є стан в якому вирогідні ці два значення. Цей інтервал називається зоною невизначеності сигналу. Шири­на зони невизначеності 77 пропорційна ширині лічильного променя. Але і величина вихід­ного сигналу ІІтх також пропорційна ширині лічильного променя ц. Таким чином, для зменшення зони невизначеності 77 необхідно зменшувати ц, але це зменшення впливає на кінцеве значення Ueux.

Тому в конструкціях оптосинів вибирають критерій зменшення ц. Таким критерієм є значення /лйх.

Рис. 3.89. Залежність вихідного сигналу від ширини лічильного променя: а) ц -> 0; б) ц = 1/2Х ; в) ц = X; г) ц — 2х

Для зняття інформації з декількох розрядних доріжок на кодовому диску, лічильний промінь повинен мати клиновидну форму рис. 3.90. Кут ца при вершині лічильного проме­ня повинен дорівнювати кутовій мірі кванта в кодовому диску ha, тобто /ла= ha. Тоді куто­ва величина кванта для всіх розрядів залишається постійною, але відповідні їй лінійні ве­личини кванта х, в кожному і — му розряді будуть різні, і тим більше, чим більший діа­метр кодової зони молодших розрядів. При цьому сигнали з фотоприймачів будуть також різні, що незручно. Тому приймають прямокутну форму лічильного променя, накладаючи при цьму обмеження на величину х. Для кругової маски справедливий вираз

X п{х {X,, (3.129)

де лінійні величини квантів і — тих розрядів вибираються по внутрішньому діаметру кодової зони, при цьому необхідно виконати умову

Х = *пшх=Х.„- (3.130) Рис. 3.90. Форма лічильного променя на кодовому диску

Таким чином, критерієм значення р в цьому випадку буде умова

рїхп. (3.131)

Діаметр кодового диску для п — розрядної кодової маски визначається виразом

Д = deu + 2[(h + f’)n + Л] = dm + 2(Sn + Л), (3.132)

де: h — ширина робочої частини кодової доріжки;

Г — міжрозрядна перемичка;

3 = h + f’ — ширина кодової зони; <

Л — ширина перемички між зовнішнім діаметром кодової доріжки молодшого розряду і краєм диску.

Комментарии запрещены.