Анализ влияния кинетики фототоков телевизионного мультискана на погрешность измерения координат и размеров световых зон
DOI:
https://doi.org/10.22213/2413-1172-2019-1-89-99Ключевые слова:
мультискан, видеосигнал, кинетика токов, координатная характеристика, световая зона, погрешность измеренийАннотация
Рассмотрены особенности формирования координатной характеристики мультискана, определяющие степень ее линейности и связанную с ней ошибку преобразования линейной координаты контролируемого светового потока во временную с учетом кинетики токов резистивных делителей. Описан процесс перераспределения токов внутри мультискана, выполненного на основе двух продольных резистивных делителей и элементарных ячеек трех p-n-переходов. Показано, что в процессе опроса мультискана противофазными пилообразными напряжениями опроса происходит перенаправление фототоков ячеек с одного резистивного делителя на другой, что и вызывает изменение распределения координатно-задающих напряжений вдоль обоих делителей. При этом при проецировании на мультискан световых зон (особенно широких) с большим уровнем освещенности так же, как и в сканисторе, нарушается линейность координатной характеристики. Разработана математическая модель мультискана в виде системы уравнений, связывающих интегральные фототоки и напряжения в элементах его структуры с учетом внешних электрических цепей. Получены выражения и эпюры интегрального и видеосигнального токов мультискана при его включении в режиме «слепое пятно», отображающие расширение выходного видеосигнала и увеличение погрешности координатоуказания световых потоков из-за увеличения сканирующей апертуры. Выполнено моделирование процесса деформации координатно-задающего напряжения в программе Micro-Cap, показавшее максимальное отклонение этого напряжения от линейного около центра фоточувствительной поверхности и уменьшение до нуля к ее концам. Установлено, что эффект перераспределения фототоков, втекающих в резистивные делители (или вытекающих из них при смене полярности диодов ячеек на противоположную) вызывает разнонаправленную погрешность определения координат переднего и заднего фронтов видеосигнала из-за изменения напряжения на делителе. При ограничении освещенности широких световых зон на мультискане до уровня, при котором интегральный фототок не превышает 0,002 тока смещения делителя, погрешности определения координат этих зон не превышают шага структуры мультискана. Для узких световых зон эта погрешность не превышает половины шага дискретной структуры мультискана на всей его длине даже при высоких уровнях освещенности.Библиографические ссылки
Olimpiya Saha, Prithviraj Dasgupta. Experience learning from basic patterns for efficient robot navigation in indoor environments. Journal of Intelligent & Robotic Systems, December 2018, vol. 92, no. 3-4, pp. 545-564.
Laith Rasmi Sahawhen, Tim McLain, Randal W. Beard, Kaleo Rpberts, Jared K. Wikle, Jonathan C. Spencer, Karl F. Warnick. Ground-based sense-and-avoid system for small unmanned aircraft. Article in Journal of Aerospace Information Systems, April 2018, vol. 15, no. 8, pp. 501-517.
Podlaskin B., Guk E., Sukharev A. Registration technique for detection of optical signal position under intense background illumination. Proc. 3rd Mediterranean Conference on Embedded Computing, MECO 2014. Including ECyPS 2014, pp. 232-235.
Podlaskin B., Guk E. New optical sensor with continuous field of view for real-time signal processing. Proc. Mediterranean Conference on Embedded Computing, MECO-2012. 2012, pp. 104-107.
Guk E., Podlaskin B. Novel principle of optical signal sensing based on the creation of signal statistical estimates. Proc. of IEEE Sensors Сер. “IEEE Sensors 2011 Conference, SENSORS-2011”. 2011, pp. 436-439.
Липанов А. М., Шелковников Ю. К. Использование телевизионного сканистора в технике двойного применения // Известия Российской академии ракетных и артиллерийских наук. 2005. № 2. С. 71.
Шелковников Ю. К. Повышение стабильности и линейности координатной характеристики сканисторных информационно-измерительных систем // Интеллектуальные системы в производстве. 2011. № 1 (17). С. 251-255.
Подласкин Б. Г., Гук Е. Г. Позиционно-чувствительный фотодетектор-мультискан // Измерительная техника. 2005. Т.48, № 8. С. 31-34.
Подласкин Б. Г., Гук Е. Г., Носенко Е. В. Построение двойной синтезированной апертуры на фотоприемниках мультискан для определения положения фронта перепада яркости слабоконтрастных оптических сигналов // Журнал технической физики. 2002. Т. 72, № 6. С. 73-78.
Повышение разрешающей способности позиционно-чувствительного устройства на основе датчика интегрального типа / Б. Г. Подласкин, Е. Г. Гук, А. Г. Оболенсков, А. А. Сухарев // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2017. Т. 17, № 3. С. 846-849.
Подласкин Б. Г., Гук Е. Г. Аналоговый процессор на основе фотоприемника мультискан для апертурной коррекции медианы искаженного оптического сигнала // Журнал технической физики. 2006. Т. 76, № 8. С. 93-98.
Подласкин Б. Г. Пространственная фильтрация временного шума при реализации преобразования адамара на фотоприемной матрице // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, № 5. С. 139-142.
Подласкин Б. Г., Гук Е. Г. Анализ компенсации искажений оптических сигналов с помощью позиционно-чувствительного фотоприемника мультискан методом формирования квазимедианы // Журнал технической физики. 2007. Т. 77, № 2. С. 95-98.
Шелковников Ю. К. Выделение видеосигнала с мультискана модуляцией развертывающего напряжения // Ползуновский вестник. 2010. № 2. С. 106-111.
Влияние физических особенностей телевизионной сканисторной структуры на точность измерения непрямолинейности ствольных труб / А. М. Липанов, Ю. К. Шелковников, А. В. Алиев, К. В. Сермягин // Интеллектуальные системы в производстве. 2012. № 2. С. 112-117.
Липанов А. М., Шелковников Ю. К., Осипов Н. И. Применение дискретно-сплошной структуры мультискана в оптико-электронных измерительных устройствах // Датчики и системы. 2003. № 2. С. 46-49.
Опыт создания контрольно-измерительных устройств на основе позиционно-чувствительного датчика «мультискан» / А. Г. Оболенсков, С. М. Латыев, С. С. Митрофанов, Б. Г. Подласкин // Оптический журнал. 2016. Т. 83, № 2. С. 57-61.
Экспериментальные исследования компенсации погрешности координатоуказания оптического сигнала с помощью двойной синтезированной апертуры / А. Г. Оболенсков, С. М. Латыев, Б. Г. Подласкин, Е. Г. Гук // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2016. Т. 16, № 5. С. 757-763.
Подавление влияния мощной фоновой засветки на точность координатоуказания оптического сигнала / Б. Г. Подласкин, Е. Г. Гук, А. Г. Оболенсков, А. А. Сухарев // Журнал технической физики. 2015. Т. 85, № 9. С. 128-131.
Влияние физических особенностей телевизионной сканисторной структуры на точность измерения непрямолинейности ствольных труб / А. М. Липанов, Ю. К. Шелковников, А. В. Алиев, К. В. Сермягин // Интеллектуальные системы в производстве. 2012. № 2. С. 112-117.
Влияние фоторезистивного эффекта резистивных делителей мультискана на точность измерений геометрических параметров объектов / Ю. К. Шелковников, Н. И. Осипов, С. Р. Кизнерцев, А. А. Метелева // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16, № 4. С. 57-64.
Влияние фоторезистивного эффекта резистивных делителей мультискана на точность измерений геометрических параметров объектов / Ю. К. Шелковников, Н. И. Осипов, С. Р. Кизнерцев, А. А. Метелева // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16, № 4. С. 57-64.
