מתודולוגיה רווח-פיצוי עבור סריקה סינוסי המראה גַלוָנוֹמֶטֶר ב פרופורציונלי-אינטגרל-דיפרנציאל בקרה באמצעות טכניקות טרום דגש

המטרה הכוללת של הליך זה היא להדגים טכניקה לפיצוי על הפחתת ההגבר של מראות גלוונומטר במעקב אחר נתיב גל סינוס, תוך שימוש בבקרת פרופורציונלית-אינטגרלית-דיפרנציאלית (PID) לפיצוי על טשטוש תנועה. ניתן ליישם שיטה זו בתחום ההנדסה האופטית לפתרון בעיות כגון מעקב אחר מטרה, בקרת סריקה ופיצוי על טשטוש תנועה.

היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא נשענת על פרמטרים שהוגדרו מראש ועל יחס הקלט-פלט, ואינה דורשת מודלים נוספים של קו מתאר פעיל (active contour models) או חומרה נוספת. בצעו את הניסוי על שולחן אופטי, והכינו מראת גלוונומטר להתקנה על השולחן.

יש להניח את המראה בתוך מתאם (jig) בהתאמה אישית, כדי למנוע תזוזה של המראה ושל גופה במהלך התנודות. מקמו את המתאם ואת המראה בתושבת אופטית. לאחר מכן, קבעו את התושבת לשולחן האופטי כדי להמשיך.

שלוטו במראה באמצעות מחשב המצויד בלוח A/D D/A. מתחו כבלים המחוברים כראוי מהלוח אל המראה. שם, חברו את הכבלים לשקעי הכניסה והמיקום של מראת הגלוונומטר.

במחשב, השתמשו בממשק גרפי למחולל פונקציית גל סינוס. תכננו את הממשק כך שיבצע מספר ניסיונות תוך שינוי התדר (Frequency) והאמפליטודה (Amplitude). עבור ניסוי זה, השתמשו בלולאה חיצונית על פני טווח תדרים.

הגדירו את התדר המינימלי ל-100 Hertz. הגדירו את התדר המקסימלי ל-500 Hertz. הגדילו את התדר במרווחים של 100 Hertz.

הלולאה הפנימית היא על אמפליטודת המתח. השתמש במתח מינימלי של 10 millivolts. למתח מקסימלי, השתמש ב-500 millivolts.

העלו את המתח ב-10 millivolts. הגדירו את משך אות נתיב גל הסינוס כ-2000 samplings. הפעילו את המראה באמצעות המחשב, ובמקביל רשמו את אות המיקום שלה וקבעו את הזווית שלה.

השתמשו בקובץ נפרד לשמירת הנתונים עבור כל תדר וכל משרעת מתח. לאחר איסוף כל הנתונים, שרטטו את משרעת הפלט כפונקציה של משרעת הקלט עבור כל אחד מהתדרים. שימו לב כי הנתונים עבור התדרים הנמוכים מראים משרעת פלט גבוהה יותר כפונקציה של משרעת הקלט בהשוואה לתדרים הגבוהים.

סרטון זה מדגים את הירידה בהגבר כפונקציה של התדר, עבורה טכניקה זו מפצה. יש להשמיט את ההתנהגות הבלתי-ליניארית ולהתמקד בחלק הליניארי בקירוב של הגרפים כדי לקבל את מקדמי ה-pre-emphasis. ניסוי זה דורש תמונה נעה בטווח הראייה של המראה.

כדי להשיג זאת, השתמשו במסוע המסוגל לנוע במהירות של 30 kilometers per hour. התמונה עבור ניסוי זה, תבנית בעלת טקסטורה עדינה, הודפסה על סרט דביק והודבקה למסוע. כעת, עברו להגדרת האלמנטים האופטיים.

סדרו מצלמה עם עדשת טלפוטו, כך שתוכל להשתמש במראת הגלוונומטר כדי לעקוב אחר תנועת מסוע ההובלה. ודאו שמראת הגלוונומטר מחוברת למחשב הבקרה באמצעות תוכנת pre-emphasis. כדי לצלם תמונות באיכות טובה, האירו את מסוע ההובלה באמצעות מקור אור מתאים.

בסביבת העבודה, כווננו את מיקוד העדשה המתאים לתצוגת המחשב. לאחר מכן, סנכרנו את המראה ואת זמן החשיפה של המצלמה. לבסוף, הזינו את הגדרות המצלמה עבור התמונות הצפויות.

תמונה זו ממחישה את התזמון שבו משתמשת תוכנת ההפעלה (trigger). כפונקציה של הזמן, זווית המראה מוצגת על ידי העקומה הסינוסואידלית הכחולה. פונקציית המשולש האדום מייצגת את זווית המראה האידיאלית לסריקה כפונקציה של הזמן.

מרכזו את זמן החשיפה כאשר הזווית היא אפס מעלות והיא נעה במהירות זוויתית חיובית. זוהי נקודת ההצטלבות של שתי העקומות. הגדירו בתוכנה את טריגר המצלמה כך שיחל מחצית מזמן החשיפה קודם לכן, ויסתיים מחצית מזמן החשיפה מאוחר יותר.

באמצעות תוכנת ה-pre-emphasis, הזינו את מהירות מסוע ההובלה בקילומטרים לשעה. לאחר מכן, הזינו את המרחק מהמצלמה למסוע במטרים. התוכנה תחשב את המהירות הזוויתית הנדרשת.

בשלב הבא, הזן את התדר שבו המראה מונעת. התוכנה מחשבת את אמפליטודת הקלט. השתמש באמפליטודה בתוכנת ה-pre-emphasis.

לאחר שהוזנו כל הפרמטרים, חזרו למסוע. הפעילו את המסוע במהירות שהוגדרה בתוכנה כדי ליצור תמונה נעה. הפעילו את תוכנת הבקרה והתחילו בהקלטת תמונות מהמצלמה.

הבקר מפצה על ההתמדה של מראת הגלוונומטר כדי לשפר את טשטוש התמונה. לפני יישום טכניקת ה-pre-emphasis, זה היה גרף אות המוצא כפונקציה של אות הכניסה. לאחר יישום הטכניקה, זהו הגרף.

כמעט כל גרפי הפלט נמצאים על הקו y שווה x. באופן דומה, לפני טכניקת ה-pre-emphasis, זה היה הגרף של ההגבר כפונקציה של אות הכניסה. לאחר יישום הטכניקה, כמעט כל גרפי האמפליטודה נמצאים על הקו y שווה 0 dB.

זוהי תמונה של אובייקט שהונח על מסוע, כפי שהיא נראית כאשר המסוע במצב מנוחה. הקו הכחול מציין את המיקום שבו נלקח הפרופיל שמימין. זוהי אותה תמונה כאשר המסוע נע במהירות של 30 קילומטר לשעה וללא פיצוי עבור טשטוש תנועה.

כאן קיימת פיצוי על טשטוש תנועה, אך הדגשה מוקדמת (pre-emphasis) אינה פעילה. בגרסה סופית זו, הן הפיצוי על טשטוש התנועה והן טכניקת ההדגשה המוקדמת פעילים. היא מייצגת שיפור ניכר לעומת שתי האפשרויות האחרות.

ברגע שתשלוט בטכניקה זו, ניתן יהיה לבצעה בשעה אחת אם תבוצע כראוי. לאחר פיתוחה, סללה טכניקה זו את הדרך עבור חוקרים בתחום ההנדסה האופטית לחקור פיצוי על טשטוש תנועה בסריקה במהירות גבוהה.