RU1777240C - Преобразователь перемещени в код - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управлени  станками и радиотелескопами. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател . Дл  этого в преобразователь перемещени  в код, содержащий первичный преобразователь/перемещени  в аналоговые сигналы, фотоприемники, суммирующие усилители, инверторы, компараторы, формирователь напр жени  смещени , первый формирователь корректирующего сигнала, формирователи амплитуд, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ, селектор сигналов октантов и аналого- цифровой преобразователь, дополнительно , введены второй формирователь корректирующего сигнала, формирователь кода адреса, посто нное запоминающее устройство и распределитель импульсов. Введение новых блоков и соответствующих св зей позвол ет разбить весь диапазон преобразовани  на отдельные области, в которых осуществл етс  коррекци  сигнала . 3 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах программного управлени  станками и радиотелескопами.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател .

На фиг. 1 представлена структурна  схема преобразовател ; на фиг.2 - функциональна  схема формировател  напр жений смещени ; на фиг.З-диаграммы, по сн ющие работу преобразовател  перемещени  в код; на фиг, 4 - функциональна  схема формировател  корректирующего сигнала; на фиг. 5 - формирователь амплитуды; на фиг. 6 - формирователь кода адреса.

Преобразователь перемещени  в код содержит первичный преобразователь 1 перемещени  в аналоговые сигналы, содержащий блок 1 перемещени  в аналоговые

сигналы, содержащий блок 2 излучателей, измерительный 3 и индикаторный 4 диски, фотоприемники 5 и 6 и усилители 7 и 8, суммирующие усилители 9 и 10, инверторы 11 и 12, компараторы 13 и 14, формирователь 15 напр жений смещени , формирователи 16 и 17 корректирующих сигналов, формирователи 18-21 амплитуд, элемент 22 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, селектор 23 сигналов октантов, содержащий аналоговые коммутаторы 24 и 25, компаратор 26, элемент 27 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, аналого-цифрой преобразователь (АЦП) 28, формирователь 29 кода адреса, посто нное запоминающее устройство 30 и распределитель 31 импульсов .

Формирователь 15 напр жений смещени  содержит регистры 32 и 33, цифроана- логовые преобразователи 34 и 35,

4

ч ч

ГО

N

О

источники 36 и 37 опорного напр жени , блок 38 делителей напр жени , суммирующие усилители 39 и 40.

Каждый из формирователей 16 и 17 корректирующих сигналов содержит регистр 41, цифроаналоговый преобразователь 42, делитель 43 и суммирующий усилитель 44.

Каждый из формирователей амплитуд 18-21 содержит регистр 45 и цифроаналоговый преобразователь 46.

Формирователь 29 кода адреса содержит формирователи 47 и 48 пр мых и инвер- тированных пр моугольных импульсов, формирователи 49 и 50 импульсов переднего и заднего фронта, блок 51 формировани  счетных импульсов, реверсивный счетчик 52, генератор 53 и счетчик 54.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой поток от блока 2 излучателей через щели измерительного 3 и индикаторного 4 дисков попадает на чувствительные площадки фотоприемников 5 и 6, на которых выдел ютс  электрические сигналы, пропорциональные падающему на них световому потоку. Эти сигналы усиливаютс  усилител ми 7 и 8 и поступают на выходы первичного преобразовател  1. При вращении вала преобразовател  излучение модулируетс  растровым сопр жением и на выходах первичного преобразовател  1 образуютс  сигналы Ui и U2, по форме близкие к синусоидальным (фиг.За, б). Сигналы Ui и U2 поступают на входы суммирукадих усилителей 9,10, на вторые входы которых поступают напр жени  смещени  Uoi и Uo2, вырабатываемые формирователем 15 напр жени  смещени . В идеальном случае на выходах усилителей 9, 10 выдел ютс  сигналы Уз и U4, симметричные относительно нул  и по форме повтор ющие сигналы Ui и U2 (фиг.Зв.г). Компараторы 13 и 14, работающие в режиме нуль-органа, формируют из сигналов Us и Щ логические сигналы, первый из которых  вл етс  сигналом первого разр да выходного кода, а второй смещен относительно первого на четверть шага измерени  (фиг. 3 д,е). Логические сигналы, суммиру сь по модулю два элементом 22 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, образуют на его выходе сигнал второго разр да выходного ко- дз (фиг.Зж).

Пр мые и инвертированные инверторами 11 чл 12 сигналы 1)з и U4 через формиро- ватели 18-21 амплитуд, а кроме того, сигнал Уз непосредственно с выхода усилител  10 поступают на входы аналогового коммутатора 24 селектора 23 сигналов октантов. Коммутатор 24 управл етс  сигналами первого и второго разр дов выходного кода таким образом, что на одном из его выходов при низком уровне сигнала первого разр да выдел етс  пр мой сигнал Оз, поступающий с выхода формировател  18, а при высоком уровне - инвертированный сигнал Уз с выхода формировател  19 (фиг.З з).

На другом выходе коммутатора 24 при разных уровн х сигналов первого и второго

0 разр дов выходного кода выдел етс  инвертированный сигнал 1М с выхода формировател  20, при низких уровн х

сигналов первого и второго разр дов - пр мой сигнал U4 с выхода усилител  10, а при

5 высоких уровн х-пр мой сигнал Щс выхода формировател  21 (фиг. 3 и). Сигналы Us и Us, выдел емые на выходах коммутатора 24, сравниваютс  по величине компаратором 26, на выходе которого формируетс 

0 логический сигнал, смещенный относительно сигнала второго разр да выходного кода на четверть шага (фиг. 3 к). Эти сигналы суммируютс  по модулю два элементом 27 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на выходе которого

5 образуетс  третий разр д выходного кода (фиг. 3 л). Сигналы Us и Ue поступают также на входы аналогового коммутатора 25, который управл етс  логическим сигналом, формируемым компаратором 26 таким образом,

0 что на его выход поступает сигнал Us при низком уровне логического сигнала, а при высоком уровне - сигнал Ue (фиг.З м). С выхода коммутатора 25 аналоговый сигнал, по форме близкий к треугольному, поступа5 ет на вход АЦП 28, где формируютс  младшие разр ды выходного кода.

При линейно возрастающей ветви аналогового сигнала на выходе АЦП 28 вырабатываетс  пр мой код, а при линейно

0 убывающей ветви код на выходе АЦП 28 инвертируетс  сигналом третьего разр да выходного кода.

Младшие разр ды кода могут быть также сформированы АЦП 28, как отношение

5 аналогового сигнала на выходе коммутатора 25 и другого аналогового сигнала, полученного преобразованием сигналов Us и Uc при помощи аналогового коммутатора, управл емого таким образом, что при низком

0 уровне сигнала на выходе компаратора 26 выдел етс  сигнал UG, а при высоком - сигнал Us. В обоих случа х остаточна  погрешность преобразовани  в пределах октантов при необходимости может быть устранена с

5 помощью ПЗУ.

В реальных преобразовател х перемещени  в код имеет место отклонение фазового сдвига между сигналами Ui и Ua от

номинального значени  ( /2) и его измене- в диапазоне измерений, что обусловлено погрешност ми, возникающими при нанесении штрихов на оригиналы индикаторного 4 и измерительного 3 дисков, процессом фотолитографии и наличием остаточного эксцентриситета дисков 3 и 4. Кроме того, изменение соотношени  площадей прозрачных и непрозрачных штрихов на разных участках дорожки измерительного диска 3 приводит к изменению формы и среднего уровн  UCp полного размаха сигна- лов в пределах диапазона измерени . Поэтому при формировании пр моугольных сигналов по уровню, обеспечивающему точное угловое положение фронтов этих сигналов в одной области измерени , в других област х возникают погрешности, привод щие также к погрешност м и внутри шага измерени .

В устройстве дл  каждой области измерений , где погрешность формировани  пр - моугольных сигналов из сигналов Ui и Ua превышает заданную, формирователем 15 напр жений смещени  вырабатываютс  посто нные напр жени  Uoi и Uo2, поступающие на вторые входы суммирующих усилителей 9 и 10. Напр жени  Uoi м Uo2 выбираютс  равными по величине значени м сигналов U 1 и U 2 соответственно при углах, отсто щих на величину л, и обратными по знаку. В результате на выходах сум- миругащих усилителей 9 и 10 формируютс  сигналы Ui и Ua , принимающие нулевые значени  при углах с периодом л, но в общем случае смещенные один относительно другого на величину, не равную л/2.

Формирование напр жений смещени  осуществл етс  следующим образом, От источника 37 опорного напр жени  через делители 38 на входы суммирующих усилителей 39 и 40 поступает посто нное напр жение, ве- личина которого соответствует нижней границе требуемого напр жени  смещени  во всем диапазоне измерени .

На вторые входы суммирующих усилителей 39 и 40 поступают посто нные напр - жени , сформированные перемножающими ЦАП 34 и 35, аналоговые входы которых подключены к источнику 36 опорного напр жени . Величина опорного напр жени  выбираетс  таким образом, чтобы при максимальном значении кода (111...11) на входах ЦАП 34 и 35 напр жени  на выходах суммирующих усилителей 39 и 40 соответствовали верхней границе требуемого напр жени  смещени  во всем диапазоне измерени . Таким образом, при изменении кода, поступающего на входы ЦАП 34 и 35 с выходов регистров 32 и 33, от минимального значени  (00...00) до максимального

значени  (11...11) величины напр жений смещени  Uoi и Uo2 на выходах формировател  15 измен ютс  в диапазоне AUoi и Л Uo2 (фиг.З а). Значени  кодовых комбинаций , при которых сигналы Ui и Ua в определенной области измерени  принимают нулевые значени  при углах с периодом л (с допустимой погрешностью), фиксируютс  регистрами 32 и 33 и остаютс  неизменными в данной области.

Значени  угла, при которых сигналы UV м Ua принимают нулевые значени , могут отличатьс  от теоретических на величину, превышающую допустимую погрешность преобразовани , причем в различных област х диапазона измерени  на различную величину . Эти погрешности устран ютс  суммированием сигналов Ui1 и Ua с сигналами , вырабатываемыми формировател ми

16и 17 корректирующих сигналов и поступающими на входы суммирующих усилителей 9 и 10 соответственно.

Формирователи 16 и 17 корректирующих сигналов работают следующим образом .

С выхода суммирующего усилител  10 на аналоговый вход перемножающего ЦАП 42 подаетс  сигнал U4, который с выхода ЦАП 42 поступает на один из входов суммирующего усилител  44. На второй вход суммирующего усилител  44 через делитель 43 напр жени  поступает инвертированный сигнал Щ с выхода 12. При коэффициенте делени  делител  43, равном двум, и изменении кода на входах ЦАП 42, поступающего с выходов регистра 41, от значени  00...00 до 11... 11 на выходе формировател  16 вырабатываетс  корректирующий сигнал , соответствующий пр мому или инвертированному сигналу U4, мен ющийс  по величине от U4/2 до 0. Таким образом, сигнал Ui суммируетс  в усилителе 9 с частью

сигнала U4, сдвинутого относительно сигнала Ui на величину, близкую л/2, что приводит к смещению значений углов, при которых сигнал Ua принимает нулевые значени . Кодовые комбинации, при которых сигнал Ua в определенных област х измерени  принимает нулевое значение при углах , отличающихс  от теоретических на допустимую величину, фиксируютс  регистром 41 и остаютс  неизменными в этих област х .

Аналогичным образом формирователем

17вырабатываетс  корректирующий сигнал , представл ющий собой часть пр мого или инвертированного сигнала из. который суммируетс  с сигналом Ua усилителем 10. Код, фиксируемый регистром 41 формировател  17, выбираетс  таким, чтобы сигнал 1)4 принимал нулевые значени  с допустимой погрешностью при углах, смещенных на лг/2 относительно аналогичных значений сигнала Us.

Дл  устранени  вли ни  асимметрии сигналов Us и Щ относительно оси абсцисс, а также каждой из полуволн этих сигналов относительно экстремумов на точность формировани  фронтов логического сигнала на выходе компаратора 26 пр мые и инвертированные сигналы 11з и Щ поступают на входы аналогового коммутатора 24 через формирователи амплитуд 18-21.

Величина сигналов на выходах формирователей 18-21 амплитуд, поступающих на аналоговые входы перемножающих ЦАП 46, определ етс  значением кода на цифровых входах ЦАП 46, соединенных с выходами регистров 45.

Значение кода выбираетс  таким, чтобы в пределах определенной области измерений (с требуемой точностью) при угле л/А величина пр мого сигнала Us была равной величине пр мого сигнала Ш на выходе суммирующего усилител  10; при угле 3/4 Л величина инвертированного сигнала Щ - равной величине пр мого сигнала Us на выходе формировател  18; при угле 5/4 Л величина инвертированного сигнала Уз- равной величине пр мого сигнала Щ на выходе формировател  21; при угле 7/4 Л величина пр мого сигнала U4 - равной величине инвертированного сигнала Us на выходе формировател  19. Эти значени  кодов фиксируютс  регистрами 45 формирователей 18-21 и в пределах данной области измерени  остаютс  неизменными.

Вс  совокупность значений кода, поступающих на входы регистров 45 формирователей 18-21, дл  всех областей измерени , где осуществл етс  коррекци  сигналов, записываетс  в ПЗУ 30. Выбор соответствующего значени  кода осуществл етс  кодом адреса, который вырабатываетс  формирователем 29 кода адреса, имеющим две группы выходов. На выходах одной группы при помощи генератора 53 и счетчика 54 формируетс  трехразр дный двоичный код, поступающий , помимо входов ПЗУ 30, на входы распределител  31 импульсов.

На каждом из восьми выходов распределител  31, подключенных к тактовым входам соответствующих регистров, выдел етс  импульс записи в регистр, соответствующий одной из восьми кодовых комбинаций кода адреса. Распределитель 31 работает таким образом, что импульс записи поступает на регистр формировател  15-21, дл  которого предназначена информаци , записанна  в ПЗУ 30 по адресу, код которого соответствует импульсу записи. На выходах другой группы формировател  29 вырабатываетс  код адреса, определ ющий область измерений, к которой относитс  совокупность из восьми кодовых комбинаций, записанных в ПЗУ 30 по этому адресу.

Код адреса этой группы выходов формировател  29 формируетс  следующим образом . Аналоговые сигналы Ui и Ua с выходов преобразовател  1 поступают на входы формирователей 47 и 48, где выдел ютс  пр мые и инвертированные пр моугольные

сигналы, сформированные по среднему уровню сигналов Ui и Ua. Пр моугольные сигналы с выходов формирователей 47 и 48 поступают на формирователи 49 и 50 импульсов переднего и заднего фронта, из которых образуютс  последовательности счетных импульсов блоком 51. Блок 51, на входы которого поступают, помимо импульсов переднего и заднего фронтов, еще пр мые и инвертированные пр моугольные

импульсы с выходов формирователей 47 и 48, работает таким образом, что при перемещении измерительного диска в одном направлении счетные импульсы выдел ютс  на выходе, подключенном к суммирующему

входу реверсивного счетчика 52, а при перемещении измерительного диска в обратном направлении счетные импульсы выдел ютс  на выходе блока 51, подключенном к вычитающему входу счетчика 52.

На выходах счетчика 52, которые  вл ютс  группой выходов формировател  29, вырабатываетс  код, представл ющий собой цифровой эквивалент величины переме- щени . Угловой эквивалент импульса

старшего разр да счетчика 52 соответствует половине диапазона измерений. Число старших разр дов счетчика 52, используемых в качестве кода адреса, определ ет число областей коррекции, равное числу

возможных комбинаций этого кода. Число областей коррекции определ етс  параметрами сигналов Ui и U2 во всем диапазоне измерений, а также величиной допустимой погрешности преобразовател  перемещени  в код.

Claims (4)

1. Формула изобретени  1. Преобразователь перемещени  в код, содержащий первичный преобразователь перемещени  в аналоговые сигналы, первый и второй выходы которого соединены с

   первыми входами соответственно первого и второго суммирующих усилителей, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам формировател  напр жений смещени , выход первого суммирующего усилител  соединен с информационным входом первого формировател  амплитуды, с первым входом первого компаратора, с первым информационным входом первого формировател  корректирующего сигнала и с входом первого инвертора, выход которого соединен с информационным входом второго формировател  амплитуды и с вторым информацион- ным входом первого формировател  корректирующего сигнала, выход которого

   соединен с третьим входом второго суммирующего усилител , выход которого соединен с первым информационным входом селектора сигналов октантов, с информационным входом третьего формировател  амплитуды , с первым входом второго компаратора и с входом второго инвертора, выход которого соединен с информационным входом четвертого формировател  амплитуды , выходы первого, второго, третьего и четвертого формирователей амплитуды соединены соответственно с вторым третьим , четвертым и п тым информационными входами селектора сигналов октантов, вторые входы компаратора соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого компаратора  вл етс  выходом первого разр да преобразовател  и соединен с первым управл ющим входом селектора сигналов октантов и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго компаратора , а выход  вл етс  выходом второго

   разр да преобразовател  и соединен с вторым управл ющим входом селектора сигналов октантов, первый выход которого  вл етс  выходом третьего разр да преобразовател  и соединен с управл ющим входом аналого-цифрового преобразовател , а второй выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразовател , выходы которого  вл ютс  выходами разр дов преобразовател , начина  с четвертого , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены второй формирователь корректирующего сигнала, формирователь кода адреса, посто нное запоминающее устройство и распределитель импульсов, первый и второй выходы которого соединены с одноименными тактовыми входами формировател  напр жений смещени , управл ющие входы которого объединены с одноименными управл ющими входами каждого из формирователей амплитуды и

   каждого из формирователей корректирующего сигнала и подключены к одноименным выходам посто нного запоминающего устройства , первый и второй выходы первичного преобразовател  перемещений в аналоговые сигналы соединены с одноименными входами формировател  кода адреса, перва  группа выходов которого соединена с первой группой входов посто нного запоминающего устройства, а втора  группа выходов соединена с второй группой входов посто нного запоминающего устройства, и

   0 с входами распределител  импульсов, третий и четвертый выходы которого соединены с тактовыми входами соответственно первого и второго формирователей корректирующего сигнала, а п тый, шестой, седь5 мой и восьмой выходы соединены с тактовыми входами соответственно первого , второго, четвертого и третьего формирователей амплитуды, выход второго суммирующего усилител  соединен с пер0 вым информационным входом второго формировател  корректирующего сигнала, выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего усилител , а второй информационным вход подключен к выходу

   5 второго инвертора.
2. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что формирователь напр жений смещени  содержит два регистра, два цифроаналоговых преобразовател , два ис0 точника опорного напр жени , блок делителей напр жени  и два суммирующих усилител , информационные входы регистров объединены и  вл ютс  управл ющими

   входами формировател , тактовые входы 5 первого и второго регистров  вл ютс 

   соответственно первым и вторым тактовыми входами формировател , выходы первого и второго регистров соединены с информационными входами соответствен0 но пероого и второго цифроаналоговых преобразователей , управл ющие входы которых подключены к выходу первого источника опорного напр жени , а выходы соединены с первыми входами соответственно

   5 первого и второго суммирующих усилителей , выходы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым выходами формировател , выход второго источника опорного напр жени  соединен с входом

   0 блока делителей напр жени , первый и второй выходы которого соединен с вторыми входами соответственно первого и второго суммирующих усилителей.
3. 3.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- 5 щ и и с   тем, что формирователь корректирующего сигнала содержит регистр, цифроаналоговый преобразователь, делитель и суммирующий усилитель, выход которого  вл етс  выходом формировател , информационные входы регистра  вл ютс  управл ющими входами формировател , тактовым входом которого  вл етс  тактовый вход регистра, выходы которого соединены с информационными входами цифроэна- логового преобразовател , управл ющий вход которого  вл етс  первым информационными входом формировател , а выход соединен с первым входом суммирующего усилител , вход делител   вл етс  вторым информационным входом формировател , а выход делител  соединен с вторым входом суммирующего усилител .

   0
4. 4. Преобразователь по п. 1,отличающий с   тем, что формирователь амплитуды содержит регистр и цифроаналоговый преобразователь , выход которого  вл етс  выходом формировател , а управл ющий вход - информационным входом формировател , информационные входы регистра  вл ютс  управл ющими входами формировател , а тактовый вход регистра - тактовым входом формировател , выходы регистра соединены с информационными входами цифроаналогового преобразовател .

   Фиг. 2.

   JJ

   T i I If} ( I

   TJTJTJbTL..

   фие.3

   Фиг. 6