專利名稱：動態(tài)測角裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種用于大地測量和工程測量的經(jīng)緯儀中的動態(tài)測角裝置。
現(xiàn)有的經(jīng)緯儀中配備的動態(tài)測角裝置，見瑞士威特廠生產(chǎn)的T2000電子經(jīng)緯儀。它采用的動態(tài)測角裝置的結構原理。測角裝置的度盤由馬達通過皮帶帶動，玻璃度盤的盤面畫有等分為1024個間隔的柵格，每個間隔由等寬的反射帶和空白(透明)帶組成，每個間隔的角值為Φ。＝360°／1024＝21′05。625″不是一個間隔的小數(shù)是用脈沖填充技術來測定的。
為了消除照準慘偏心差和度盤偏心差的影響，裝置中安置了對徑180°的一對固定讀定器Ls和一對活動讀定器Lr。水平測角系統(tǒng)中固定讀定器相當于零分劃，活動讀定器與望遠鏡方向一致，并隨照準部一起轉(zhuǎn)動，相當于與照準部固聯(lián)的讀數(shù)指標。每一讀定器由發(fā)射二極管和接收二極管組成。由紅外二極管發(fā)出的光束遇到空白帶時不被反射，接收二極管亦收不到信號，當發(fā)出的光束遇到反射帶時就被反射到接收二極管的窄縫上，光電管把收到的信號變成方波信號，通過脈沖填充技術進行計數(shù)。
測角時望遠鏡照準某一目標，Lr與Ls間的夾角φ相應于該目標在度盤上的方向值。若照準另一目標，同樣得另一目標的方向值。兩方向值之差就是兩目標的夾角，它的生產(chǎn)工藝復雜、價格昂貴。
本實用新型的目的是設計一種加工簡單、價格便宜、可實現(xiàn)高精度角度測量的動態(tài)測角裝置。
本實用新型的設計思想和技術解決方案其測角原理為動態(tài)測量法，如

圖1所示。度盤是由上下兩面各刻劃了n條等間隔縫的金屬盤充當(n＞80)。度盤的上、下面各安裝了兩對對偶管，相對位置180°，下面的為參考管，它們相對于照準部是固定的，相當于零分劃。度盤上面為活動管，是隨照準部一起轉(zhuǎn)動的。在度盤2上、下面按裝兩對作為活動管的對偶管1、5和作為參考管的對偶管9、12，對偶管1、5和對偶管9、12之間相對位置180°。
度盤由馬達通過皮帶帶動，皮帶設在度盤腰上，度盤中間還設置了一根軸承，是皮帶靠馬達帶動度盤軸承旋轉(zhuǎn)，按特定速度旋轉(zhuǎn)。此時每對對偶管都可接收到被金屬盤切割調(diào)制了的脈沖信號，其周期為T＝2π／ω；ω為度盤旋轉(zhuǎn)角速度若刻縫n＝1，只有一對活動管及一對參考管。只要將固定管及參考管上的信號分別作為兩個觸發(fā)脈沖信號送進觸發(fā)器，就可得到兩對管子之間的相位差，并利用脈沖填充技術求得之間的夾角。
在實際電路中，我們是將信號二分頻后的方波信號送入異或門，這樣得到的相位差信號就不存在集成電路在兩觸發(fā)信號接近時的冒險競爭的問題了。
我們實際的度盤刻縫是取n＝90，情況就要比上述復雜的多了，我們度盤上的刻線是利用分度頭在銑床上加工而成?？p與縫之間的間隔誤差為±2′左右，它的間隔誤差雖然大，但一旦加工完畢，其差值也就是固定的了。
若刻線誤差為零，則αc＝2π／T×t而若存在著刻線誤差，則αc＝2π／T×t＋ε這里
從上面的分析可以看出，這個ε是一個固定不變的常量，因此，從理論上來說就消除了刻線誤差對角度的影響。
以上談的是一般情形。而當活動管接收到的信號與參考管信號逼近時，由于刻線誤差以及異或門的作用，α到達不了零，即αc≥ε為此，我們增加了一個甄別信號a·c，它是參考管的脈沖信號和異或門出來的信號相與的結果。即a·c＝R·Q當甄別信號為零時，為一般情形，不作特別處理。一旦出現(xiàn)了甄別信號a·c，計算上將采取措施，進行零點計算，得出正確的值。
通過脈沖填充技術，進行比值法計算，得出角度ac因為n≠1，所以有0≤ac＜T／n就是說，ac與參考管、活動管之間的夾角相差T／n的整數(shù)倍。為此，在加工度盤時，將上下兩面各加工一條寬縫作為零點；并增加了一個脈寬鑒別電路，得出真信號波形和角度值為ad。
ad與ac經(jīng)過一定的組合，便可獲得真實的角度a，再經(jīng)過二——十進制轉(zhuǎn)換，將結果送入顯示電路顯示。這些就是電子經(jīng)緯儀所要做的工作。在結構上采用加工簡單，成本低廉的金屬度盤取代了成本昂貴、加工要求嚴格的玻璃度盤，光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結構設計科學合理，簡便易行。在電路上，采用了異或門電路、處理電路和計算機結合在一起完成了用我們幾乎沒有精度要求的金屬度盤(相當于其它電子經(jīng)緯儀所使用的光柵度盤來說)來實現(xiàn)高精度角度測量目的。
電子部分(如圖3所示)一、光電轉(zhuǎn)換部分采用阻隔式光電耦合管(如圖4)該器件的一邊是紅外發(fā)光二極管，另一邊是光電接收管。顯然當發(fā)射二極管通以一定電流工作時，接收管上就將產(chǎn)生一定的光電流，但當該器件中間的縫隙被不透明物遮擋時，接收管上將沒有電流存在。讓旋轉(zhuǎn)盤的縫隙通過該器件的中間，就將在接收管上獲得與旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動過程相關的周期信號。這些信號就是以后電路中的工作信號。在設計中，平盤和豎盤分別需要四個這樣的光電耦合管，以構成對徑采樣系統(tǒng)。各信號連接至主電路板上。
二、平／豎(H／V)選擇電路選用集成數(shù)據(jù)選擇器74HC158，構成電子四——二選一開關，根據(jù)外部按鍵的指令，分別選通平盤信號或是選通豎盤信號。
三、被選通的信號進入信號處理電路首先信號經(jīng)過由74HC74D觸發(fā)器構成的單穩(wěn)電路整形(優(yōu)先結構)；然后經(jīng)74HC14非門、74HC08與門組成的分劃電路獲得精、粗測信號。
精、粗測信號再分別通過二分頻——異或電路(優(yōu)選結構)得到供計數(shù)用的精、粗測閘門信號。
最后由8253二進制十六位計數(shù)器分別計數(shù)。
四、微型單片機選用美國Intel公司80C31單片機，程序固化在4K×8bit位的EPROM2732之中，該微機全面控制機器的工作，對精、粗測計數(shù)值進出讀入計算判別。并最后輸出顯示，或送輸給數(shù)據(jù)接口。
五、同步控制電路是為了克服微機工作速度不能滿足設計要求而專門設置的。它的主體由一塊74HC161二進制同步計數(shù)器構成。
六、按鍵部份，選用微型輕觸按鍵，后續(xù)74HC74構成的雙穩(wěn)電路構成。
附圖1是本實用新型機械部分的結構示意圖。
附圖2是本實用新型電子部分電路方框圖。
附圖3是本實用新型電子部分的電路原理圖。
附圖4是光電耦合管的結構示意圖。
附圖中1、5是作為活動管的對偶管，9、12是作為參考管的對偶管，3是照準部、4是滾珠、6是主動輪、7是馬達、8是皮帶、10是軸承、11是中軸套，2是金屬度盤，31是光電轉(zhuǎn)換、32是平／豎盤選擇電路、33是信號處理電路、34是粗測(計數(shù)器)、35是精測(計數(shù)器)、36是單片微機控制、37是顯示、38是數(shù)據(jù)接口、39是同步控制、40是按鍵，圖3中的a、b、C分別是標準脈沖信號、處理電路出來的信號、異或門電路的信號。
權利要求1.主要由電子、機械二部分組成的動態(tài)測角裝置，其特征是電子部分有光電轉(zhuǎn)換、平/豎盤選擇電路、信號處理電路、單片微機以及同步控制電路和按鍵部分組成，其中的光電轉(zhuǎn)換部分采用阻隔式光電耦合管，這種光電耦合管的一邊是紅外發(fā)光二極管，另一邊是光電接收管，旋轉(zhuǎn)盤的縫隙通過該管的中間就將在接收管上獲得與旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動過程相關的周期信號即工作信號，平盤和豎盤分別需要4個光電耦合管以構成對徑采樣系統(tǒng)；平/豎(H/V)選擇電路選用集成數(shù)據(jù)選擇器74HC158，構成電子四-二選一開關，根據(jù)外部按鍵的指令分別選通平/豎盤信號；信號處理電路，工作信號經(jīng)由74HC74D觸發(fā)器構成的單穩(wěn)電路整形，然后經(jīng)74HC14非門、74HC08與門組成的分劃電路獲得粗、精測信號，精、粗信號再分別通過二分頻-異或門電路得到供計數(shù)用的精、粗測閘門信號，最后由8253二進制十六位計數(shù)器分別計數(shù)；單片微機是對精、粗測計數(shù)值進出讀入、計算判別，最后輸出顯示或送輸給數(shù)據(jù)接口；同步控制電路是由一塊74HC161二進制同步計數(shù)器構成；按鍵部分選用微型輕觸按鍵后續(xù)74HC74構成的雙穩(wěn)電路構成；機械部分在度盤2的上、下面按裝兩對作為活動管的對偶管1、5和作為參考管的對偶管9、12，對偶管1、5之間和對偶管9、12之間相對位置180°，對偶管9、12隨照準部3一起轉(zhuǎn)動而對偶管1、5相對于照準部3固定，在度盤2上、下面刻劃了n條等間隔縫，n＞80，在度盤2腰上設計皮帶8，度盤中間設計了軸承10，度盤軸承由馬達7通過皮帶8帶動度盤一起旋轉(zhuǎn)。
專利摘要本實用新型給出的是一種用電子經(jīng)緯儀的動態(tài)測角裝置，它主要有機械和電子二部分組成，機械部分有度盤2，并且在度盤上下各設兩對對偶管，度盤正反二面刻劃n條間隔，n＞80，還有皮帶，度盤由馬達通過皮帶轉(zhuǎn)動，電子部分主要有光電轉(zhuǎn)換、平/豎選擇電路、信號處理、粗、精測、微機、顯示等組成。它具有對機械加工精度、工藝要求、裝配要求相比光學經(jīng)緯儀簡單、易行。同樣達到光學經(jīng)緯儀的精度要求，成本低，易制造，適用性好等優(yōu)點。并且可以批量生產(chǎn)。
文檔編號G01C1/02GK2063222SQ9021209
公開日1990年10月3日 申請日期1990年4月5日 優(yōu)先權日1990年4月5日
發(fā)明者王旭禾, 俞云龍, 俞無名 申請人:華東光學儀器廠