Pierwszenstwo: 20.V.1964 Niemiecka Republika Demokratyczna Opublikowano: 20.XII.1965 51494 KI. 42d, 1/15 MKP UKD G 01 d 5) Twórca wynalazku: Heinz Wagner Wlasciciel patenitu: VEB Spezialwaagenfabrik „Rapido", Radebeui (Nie¬ miecka Republika Demokratyczna) Urzadzenie i uklad przemiany wychylenia wskazówki w war¬ tosc cyfrowa na drodze fotoelektrycznej Wynalazek dotyczy urzadzenia i ukladu do prze¬ miany wychylenia wskazówki w elektryczna war¬ tosc cyfrowa, przy którym z osia wskazówki lub z inna ruchoma czescia przyrzadu pomiarowego po¬ laczony jest nosnik z umieszczonym na nim rast¬ rem, skladajacym sie z czesci przepuszczajacych i nieprzepuszczajacych swiatlo, który umieszczony jest przed dwoma przesunietymi wzgledem siebie przetwornikami fotoelektrycznymi, które przez dys- kryminator kierunkowy polaczone sa z elektrycz¬ nym licznikiem wartosci rosnacych i malejacych.W znanych urzadzeniach tego rodzaju pasmo skali, wzdluz którego przebiega wskazówka, roz¬ dzielone jest na czesci, których liczba jest propor¬ cjonalna do mierzonej wartosci, które to czesci w czasie poruszania sie wskazówki sa doliczane lub odliczane zaleznie od kierunku ruchu wskazówki tak? ze wynik liczenia jest zgodny w kazdej chwi¬ li z wartoscia wskazana na skali. Pasmo polaczone ze wskazówka wraz z ukladem elementów jasnych i ciemnych porusza sie przed dwoma przesuniety¬ mi wzgledem siebie ukladami swietlnymi. Uklady te steruja uklad logiczny, z którego po kolejnym oswietleniu poszczególnych przetworników foto™ elektrycznych wysylany jest impuls do wejscia wartosci rosnacych lub wejscia wartosci maleja¬ cych róznicowego licznika elektronowego. Kazdo¬ razowy stan liczenia w postaci elektrycznej war¬ tosci cyfrowej doprowadzany jest w znany sposób 30 do znanych aparatów dla dalszego ich przetwarza¬ nia.Jednakze, jezeli wymaga sie wysokiej zdolnos¬ ci rozdzielczej dla mierzonej wartosci, na przy¬ klad przy wagach, sam raster musi byc podzielo¬ ny na bardzo drobne czesci. Nosnik rastra nie mo¬ ze byc jednak zbyt duzy, aby nie obciazac lozys¬ kowania wskazówki. Dlatego tez urzadzenia tego rodzaju wykorzystuja stosunkowo maly wytrawia¬ ny raster, który za pomoca powiekszajacego ukla¬ du optycznego jest rzutowany na przetworniki fo- toelektryczne. Wytwarzanie precyzyjnego rastra oraz optycznego ukladu powiekszajacego jest zwia¬ zane ze znacznymi nakladami.Wynalazek stawia sobie za zadanie stworzenie urzadzenia i ukladu do przemiany wychylenia wskazówki w elektryczna wartosc cyfrowa na dro¬ dze fotoelektrycznej, które pomimo duzej zdolnos¬ ci rozdzielczej posiada stosunkowo niewielki ele¬ ment, na którym znajduje sie raster tak, ze obcia¬ zenie lozyskowania wskazówki jest niewielkie lub w przypadku przyrzadów o silniejszej konstrukcji z rastrem sredniej wielkosci eliminuje optyczne powiekszanie obrazu rastra zmniejszajac w ten sposób konieczne naklady, przy czym jednoczesnie uklad logiczny dolaczony do przetworników foto- elektrycznych wymaga stosunkowo niewielkiego nakladu elementów.Wedlug wynalazku zadanie to zostalo rozwiazane w ten sposób ze na kazda, jednakowej dlugosci 514945U94 * a jasna i ciemna 'czesc pasma rastra, umieszczonego w znany sposób przed jirzetwornikiem fotoelektry- cznym, przypadaja cztery dzialki skali przyrzadu pomiarowego, które zliczane sa do przodu i do ty¬ lu odpowiednio do porównania kierunku zmian jasnosci wzgledem wspólnego stanu jasnosci prze¬ tworników fotoelektryczhych, przy czym przetwor¬ niki fotoelektryczne sa przesuniete wzgledem sie¬ bie o pól jasnej lub ciemnej czesci plus wielokrot¬ nosc Vlryrazona liczba calkowita jasnej wzglednie ciemnej czesci tak, ze przy przejsciu ¦ .ciemno-jas¬ no wzglednie jasno-ciemno wystepuja dwie zipia- ny pradu w kazdym przetworniku fótoelektrycz- nym, które sluza do rózniczkowania czterech im¬ pulsów liczacych w zamknietym obwodzie logicz¬ nym, do którego sterowania w znany sposób slu¬ za dwa uklady spustowe Schmitfa, których prady wyjsciowe plyna przez cewki powietrzne transfor¬ matora w kierunkach przeciwnych wzgledem sie¬ bie, w których to cewkach we wszystkich czte¬ rech fazach jednego okresu dzialki rastra indukuja po stronie wtórnej impulsy napieciowe, które w pierwszej i czwartej fazie maja polaryzacje od¬ wrotna niz w drugiej i trzeciej fazief a których polaryzacja zmienia sie ogólnie na przeciwna, gdy kierunek ruchu pasma rastra ulega zmianie, a po¬ nadto prady te plyna przez opornik ograniczajacy, okreslajacy wielkosc calkowitego pradu oraz przez cewki pierwotne drugiego, podobnego transforma¬ tora, gdzie w pierwszej i czwartej fazie okresu rastra indukuja po stronie wtórnej impulsy na¬ pieciowe. Poniewaz wszystkie wysylane impulsy liczace maja te sama polaryzacje, wiec w pierw¬ szej i czwartej fazie okresu rastra tylko wypros¬ towane impulsy z drugiego transformatora docie¬ raja do wejscia liczacego wprzód lub do wejscia liczacego wstecz licznika róznicowego, stosownie do polaryzacji koncówek cewek, natomiast w dru¬ giej i trzeciej fazie docieraja tam tylko impulsy z tej samej polaryzacji z pierwszego transformato¬ ra. W tym celu w obwód pradowy sa wlaczone pa¬ ry prostowników, które wtórne cewki pierwszego i drugiego transformatora lacza parami z przeciw¬ na polaryzacja, przy czym czesciowo sa one zbocz- nikowane opornikami. Dla milkniecia wzajemnego Wplywu na siebie obu wejsc liczacych, wlaczone sa przed nimi zawory prostownikowe.Wynalazek zostanie wyjasniony na podstawie przykladu wykonania uwidocznionego na rysunku.Lampa 1 oswietla fotodiode 2, a lampa 4 foto¬ diode 5, dopóki nieprzepuszczajaca swiatlo czesc 7 tasmowego rastra 8 przesuwajacego sie przed fo¬ todiodami nie umozliwi tego oswietlenia. Uklad spustowy Schmitfa wlacza skokowo prad o duzym natezeniu plynacy przez górna cewke pierwotna transformatora 9, oraz wlaczone równolegle cewki pierwotne transformatora 10, gdy tylko fotodioda 2 zostanie dostatecznie oswietlona, przy czym rów¬ niez skokowo prad ten zastaje wylaczony, gdy fo¬ todioda ponownie jest zaciemniona. Podobnie uk¬ lad spustowy 6 wlacza lub wylacza prad przez dolna cewke pierwotna transformatora 9 oraz przez cewki pierwotne transformatora 10, zaleznie od zmian oswietlenia fotodiody 5. Uklady spustowe 3, 6 zasilane sa ze zródla 12.Kazda zmiana w jedne1j.-zi £»welL.pierwotnybh transformatorów 9, 10 wywoluje ay, kazdej cewce wtórnej tych transformatorów iiriiuls; napieciowy.Polaryzacja impulsów poza ustalonym kierunkiem 5 uzwojenia cewek zalezy od tego, czy prad przez jedna z cewelt pierwotnych jest wlaczany czy tez wylaczany. Zgodnie z powyzszym polaryzacja im¬ pulsów powstajacych na poczatkach uzwojenia 13, IB" wtórnych cewek transformatora 9 jest dodat- 10 nia wzgledem konców uzwojenia 14, 15, jesli uk¬ lad spustowy 3 jest wlaczany lub uklad spustowy 6 wylaczany, natomiast polaryzacja ta jest ujem¬ na, gdy uklad 3 jest wylaczany a ul*Lad,6 wlacza¬ ny. Prostownik 19 laczy kazdorazowo^ dodatnie wy- !5 prowadzenie cewki 13 lub 14 , z ; wyprowadzeniem 20. W ten sposób na kazdorazowym wyprowadze- tniu 14 lub 13 znajduje sie pelne ujemne napiecie impulsowe równiez wzgledem wyprowadzenia 20.Natomiast prostownik 21 laczy kazdorazowo ujem- 20 ne wyprowadzenie' 15. lub 16 z wyprowadzeniem 22 tak, ze kazdorazowo dodatnie wyprowadzenie 16 lub 15 posiada pelne dodatnie napiecie impul¬ sowe wzgledem wyprowadzenia 22.Wielkosc pradów z ukladów spustowych prze- 25 plywajacych przez cewki pierwotne transformatora 10 zalezy glównie od opornika ograniczajacego 11.W ten sposób prad pierwotny transformatora 9 ma wielkosc i kierunek niezalezny w praktyce od te¬ go, czy wywolany on jest przez jeden z ukladów $0 spustowych 3, "6 lubf tez przez oba te uklady rów¬ noczesnie. Impulsy powstajace na wyprowadze¬ niach cewek wtórnych 17, 18, a indukowane przez wlaczanie wzglednie wylaczanie pradu pierwotnego w transformatorze 10, doprowadzane sa z dodat- 35 nia polaryzacja przez prostownik 23 do wyprowa¬ dzania 20 i jednoczesnie przez prostownik 24 do¬ prowadzane sa z ujemna polaryzacja do wypro¬ wadzenia 22 tak, ze przy wyprowadzeniu 20 znaj¬ duje sie zawsze dodaitni impuls wzgledem masy, 40 a przy wyprowadzeniu 22 zawsze ujemny impuls wzgledem masy, gdy pierwsza z obu fotodiod jest oswietlona lub druga jest zaciemniona niezaleznie od kierunku ruchu tasmy rastra 8.Przy ruchu rastra 8-w kierunku strzalki oswiet- « lona jest najpierw fotodioda 2 tak, ze wlaczony zo¬ staje uklad spustowy 3. Na wyprowadzeniu 14 wy¬ stepuje ujemny impuls wzgledem punktu 20, a w tym ostatnim — impuls dodatni wzgledem masy.Oba impulsy przylaczone sa przeciwsobnie, a wy- 50 prowadzenie 14 nie ma napiecia impulsowego wzgledem masy. Jednoczesnie w wyprowadzeniu •16 powstaje impuls dodatni wzgledem punktu 22, a w tym ostatnim — impuls ujemny wzgledem masy. Równiez te impulsy sa przeciwne tak, ze 55 wyprowadzenie 16 nie ma napiecia impulsowego wzgledem masy. Natomiast ujemny impuls z pun¬ ktu 22 dochodzi przez opornik 26 i prostownik 30 do wejscia dla liczenia wprzód 32 licznika rózni¬ cowego 34. Nastepnie oswietlona zostaje fotodioda " 5 wlaczajaca uklad spustowy 6. Prad z ukladu spu¬ stowego 6 znosi dzialanie równego co do wielkos¬ ci pradu z ukladu spustowego 3, ze wzgledu na przeciwny kierunek uzwojenia pierwotnego w trah- sfomatorze 9. Dodatnie teraz wyprowadzenie cew- gg ki polaczone jest z masa przez prostownik 19 i o-siiu pornik 25. Ujemny wzgledem masy impuls pow¬ stajacy przy wyprowadzeniu 13 kierowany jest przez prostownik 28 do wejscia dla liczenia do przodu 32 licznika róznicowego 34. Nastepnie fo¬ todioda zostaje ponownie zaciemniona tak, ze wyj¬ scie ukladu 3 jest ponownie bezpradowe. Wskutek tego prad z ukladu 6 dziala na transformator 9.Powstaje ponownie ujemny impuls na wyprowa¬ dzeniu 13, który równiez przez prostownik 28 do¬ ciera do wejscia 32 licznika 34.W koncu fotodioda 5 zostaje ponownie zaciem¬ niona i uklad 6 staje sie bezpradowy tak, ze przez uzwojenia pierwotne obu transformatorów 9, 10 nie plynie prad. Polaryzacja impulsów jest wiec taka sama jak przy pierwszym oswietleniu fotodiody 2 tak, ze z punktu 22 zostaje wyslany ujemny im¬ puls do wejscia 32 licznika 34 p^zea prostownik 30.Opisany przebieg powtarza sieT-tak dlugo raster 8 porusza sie nadal w kierunku strzal¬ ki.Przy ruchu rastra 8 w kierunku przeciwnym strzalce, impulsy po wtórnej stronie transformatora* 9 wystepuja z przeciwna "polaryzacja. Wskutek te¬ go, przy równoczesnej zmianie pradu pierwotnego w transformatorach 9, 10, wystepujace wtedy w punkcie 22 ujemne impulsy dochodza przez opor¬ nik 27 i prostownik 31 do wejscia dla liczenia wstecz 33 licznika 34, do którego docieraja przez prostownik 29 równiez ujemne impulsy wystepu¬ jace w transformatorze 9. Wszystkie inne drogi, tak w tym przypadku jak i w przypadku ruchu rastra w 'kierunku strzalki, sa zablokowane przez prostowniki lub przez impulsy o tej samej wiel" kos*ci lecz przeciwnie skierowane.W praktyce, ze wzgledu na odchylenia w wyko¬ naniu poszczególnych elementów, ^wystepuja wuk- ladzie pewne asymetrie tak, ze na wejsciach licz¬ nika powstaja impulsy zaklócajace. Amplituda tych impulsów stanowi zwykle mniejszy lub wiekszy procent amplitudy impulsów uzytecznych. Istnieje zawsze mozliwosc takiego ustalenia czulosci zadzia¬ lania licznika, ze amplituda sygnalów uzytecznych lezy powyzej tej granicy, a amplituda sygnalów zaklócajacych ponizej tej wartosci progowej.Przy wagach o skali kolowej nosnik rastra mo¬ ze sie równiez skladac z kolowej tarczy blaszanej, na której brzegu raster naciety jest w postaci o- tworów lub szczelin, przy czym w jej srodku ulo- zyskowana jest wskazówka.Jezeli przy takim wykonaniu jako przetworniki fotoelektryczne stosowane sa fotodiody, to optycz¬ ne powiekszanie obrazu rastra jest niepotrzebne. PL