RU2029428C1

RU2029428C1 - Angle-to-code converter

Info

Publication number: RU2029428C1
Authority: RU
Inventors: В.М. Гречишников; В.А. Зеленский
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: monitoring system for energy intensive equipment. SUBSTANCE: converter has emitter 1, transmitting light conductor 2, optical demultiplexer 3, first group of light conductors 4, group 5, shaft 6, code disk 7, read-out disk 8, optical attenuators 9,10,11, second group of light conductors 12, optical multiplexer 13, receiving light conductor 14, photodetector 15, amplifier 16, analog-to-digital converter 17, code-to-Gray-code converter 18, multiplexer 19, additional photodetector 21, additional amplifier 22, threshold unit 23, register 24. EFFECT: improved design. 3 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов. The invention relates to automation and computer technology and can be used in a control system for energy-saturated objects.

Известен фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий диск с кодовой маской, жестко связанный с валом, источник света, расположенные напротив дорожек кодового диска, группу световодов, входы которых считывают информацию с кодового диска, а выходы через оптическую линзу соединены с фотоприемником, генератор тактовых импульсов, связанный с триггером, который управляет группой вентилей и соединенный с распределителем, выходы которого через группу вентилей подключены к блокам управления источниками света [1]. A known photoelectric converter of the angle of rotation of the shaft into a code containing a disk with a code mask rigidly connected to the shaft, a light source located opposite the tracks of the code disk, a group of optical fibers, the inputs of which read information from the code disk, and the outputs through an optical lens are connected to a photodetector, a generator clock pulses associated with a trigger that controls a group of valves and connected to a distributor, the outputs of which through a group of valves are connected to control units for light sources [1].

Недостатком данного преобразователя является невысокая помехозащищенность из-за невозможности конструктивно разнести его электронную и оптомеханическую части. The disadvantage of this converter is its low noise immunity due to the impossibility of structurally distributing its electronic and optomechanical parts.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является оптоэлектронный преобразователь перемещения в код, содержащий источник оптического излучения, кодовый оптомеханический элемент, элементы считывания промодулированных оптических сигналов, формирователи кодов грубого и точного отсчетов, преобразователь кода Грея, мультиплексор [2]. Грубый отсчет в преобразователе формируется путем регистрации пороговых уровней сигналов, соответствующих различным участкам кодового элемента, отдельными считывающими элементами и последующей обработкой этих сигналов в преобразователе кода Грея. Closest to the technical essence of the invention is an optoelectronic displacement transducer into a code containing an optical radiation source, an optomechanical encoding element, reading elements of modulated optical signals, coarse and accurate readout code generators, a Gray code converter, a multiplexer [2]. A rough count in the converter is formed by registering threshold levels of signals corresponding to different parts of the code element, by separate reading elements and subsequent processing of these signals in the Gray code converter.

Недостатком данного преобразователя является сложность формирователя кода грубого отсчета из-за большого количества входящих в него элементов. The disadvantage of this converter is the complexity of the coarse code generator because of the large number of elements included in it.

В изобретении решается задача упрощения преобразователя. The invention solves the problem of simplifying the Converter.

Для этого в преобразователь, содержащий излучатель, вал, кодовый диск, считывающий диск, фотоприемник, усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), пороговое устройство, преобразователь кода Грея в двоичный код, мультиплексор, причем вал жестко соединен с кодовым диском, который оптически связан со считывающим диском, выход фотоприемника последовательно соединен с усилителем, АЦП, преобразователем кода Грея в двоичный код и первым информационным входом мультиплексора, к управляющему входу которого подключен выход порогового устройства, введены оптический демультиплексор, фокусирующие граданы, оптические аттенюаторы, оптический мультиплексор, дополнительные фотоприемник и усилитель, регистр, причем выход излучателя соединен с входом оптического демультиплексора, выходы которого соединены с входами фокусирующих граданов, выходы первых трех граданов через кодовый и считывающий диски соединены с входами оптических аттенюаторов, выходы которых соединены с входами оптического мультиплексора, выход которого соединен с входом фотоприемника, выход четвертого градана через кодовый и считывающий диски соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого последовательно соединен с дополнительным усилителем и входом порогового устройства, выход которого подключен к управляющему входу регистра, к информационному входу которого подключен выход преобразователя кода Грея в двоичный код, а выход регистра соединен с вторым информационным входом мультиплексора. For this, a converter containing a radiator, a shaft, a code disk, a read disk, a photodetector, an amplifier, an analog-to-digital converter (ADC), a threshold device, a Gray-to-binary code converter, a multiplexer, the shaft being rigidly connected to a code disk, which is optically connected to a read disk, the output of the photodetector is connected in series with an amplifier, an ADC, a Gray code to binary code converter, and the first information input of a multiplexer, to the control input of which a threshold device output is connected properties, an optical demultiplexer, focusing gradients, optical attenuators, an optical multiplexer, an additional photodetector and amplifier, a register are introduced, the output of the emitter connected to the input of the optical demultiplexer, the outputs of which are connected to the inputs of the focusing gradans, the outputs of the first three gradans are connected via code and read disks to the inputs of optical attenuators, the outputs of which are connected to the inputs of the optical multiplexer, the output of which is connected to the input of the photodetector, the output of the fourth grad on through code and read disks it is connected to the input of an additional photodetector, the output of which is connected in series with an additional amplifier and an input of a threshold device, the output of which is connected to the control input of the register, to the information input of which the output of the Gray code to binary code converter is connected, and the register output is connected to the second information input of the multiplexer.

Кодовый диск преобразователя состоит из четырех дорожек и двух концентрических перемычек, причем первые три дорожки, заключенные между перемычками, выполнены в виде чередующихся в соответствии с кодом Грея прозрачных и непрозрачных элементов с шириной наименьшего элемента а_о, а четвертая дорожка выполнена в виде чередующихся с периодом а_о прозрачных и непрозрачных элементов шириной а_о/2, при этом границы между элементами четвертой дорожки совпадают с границами между прозрачными и непрозрачными элементами одной из трех дорожек кода Грея, считывающий диск имеет четыре отверстия шириной b_о, меньшей а_о/2, расположенные напротив четырех дорожек кодового диска, коэффициенты пропускания К₁-К₃ оптических аттенюаторов изменяются в соответствии с рядом 1/2ⁿ.The converter code disk consists of four tracks and two concentric jumpers, the first three tracks between the jumpers made in the form of transparent and opaque elements alternating in accordance with the Gray code with the smallest element width a _о , and the fourth track made in the form of alternating with a period and _about transparent and opaque elements with width a _о / 2, while the boundaries between the elements of the fourth track coincide with the boundaries between the transparent and opaque elements of one of the three code tracks When warming, the read disk has four openings with a width of b _about , smaller _{than a} _about / 2, located opposite the four tracks of the code disk, the transmittances K ₁ -K _{3 of the} optical attenuators change in accordance with a number 1/2 ⁿ .

На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователя угол-код; на фиг. 2 представлен кодовый диск; на фиг. 3 - изображены диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя. In FIG. 1 shows a functional diagram of an angle-code converter; in FIG. 2 shows a code disk; in FIG. 3 - shows diagrams explaining the principle of operation of the Converter.

В состав преобразователя угол-код входит излучатель 1, соединенный передающим световодом 2 с оптическим демультиплексором 3 (фиг.1). Выходы оптического демультиплексора с помощью первой группы световодов 4 соединены с фокусирующими граданами 5. Оптическое излучение, направленное в фокус градана, на выходе преобразуется в параллельный поток оптической энергии той же мощности. The angle-code converter includes an emitter 1 connected by a transmitting optical fiber 2 with an optical demultiplexer 3 (Fig. 1). The outputs of the optical demultiplexer using the first group of optical fibers 4 are connected to the focusing gradans 5. Optical radiation directed to the focus of the gradan, at the output, is converted into a parallel stream of optical energy of the same power.

В состав преобразователя входят также вал 6, жестко связанный с кодовым диском 7, считывающий диск 8, оптические аттенюаторы 9-11. Коэффициенты К₁-К₃ аттенюаторов 9-11 изменяются в виде ряда 1/2ⁿ, при этом К₁ = 1/2, K₂ = 1/4, K₃ = 1/8. Выходы аттенюаторов 9-11 с помощью второй группы световодов 12 связаны с входами оптического мультиплексора 13. Выход оптического мультиплексора с помощью приемного световода 14 соединен с входом фотоприемника 15, выход которого последовательно соединен с усилителем 16, АЦП 17, преобразователем 18 кода Грея в двоичный код и первым информационным входом мультиплексора 19.The converter also includes a shaft 6, rigidly connected to the code disk 7, a read disk 8, optical attenuators 9-11. The coefficients K ₁ -K ₃ attenuators 9-11 change in the form of a series 1/2 ⁿ , with K ₁ = 1/2, K ₂ = 1/4, K ₃ = 1/8. The outputs of the attenuators 9-11 using the second group of optical fibers 12 are connected to the inputs of the optical multiplexer 13. The output of the optical multiplexer using the receiving fiber 14 is connected to the input of the photodetector 15, the output of which is connected in series with the amplifier 16, ADC 17, the Gray code converter 18 to binary code and the first information input of the multiplexer 19.

Дополнительный световод 20 оптически соединен с входом дополнительного фотоприемника 21, выход которого последовательно соединен с дополнительным усилителем 22, пороговым устройством 23 и управляющим входом мультиплексора 19. Выход преобразователя 18 кода Грея в двоичный код соединен с информационным входом регистра 24, к управляющему входу которого подключен выход порогового устройства 23. Выход регистра 24 соединен с вторым информационным входом мультиплексора 19. The additional optical fiber 20 is optically connected to the input of the additional photodetector 21, the output of which is connected in series with the additional amplifier 22, the threshold device 23, and the control input of the multiplexer 19. The output of the Gray code converter 18 to the binary code is connected to the information input of the register 24, to the control input of which the output is connected threshold device 23. The output of the register 24 is connected to the second information input of the multiplexer 19.

Кодовый диск 7 (фиг.2) имеет четыре дорожки 25-28 и две концентрические перемычки 29, 30. Первые три дорожки 25-27, находящиеся между перемычками, выполнены в виде прозрачных и непрозрачных элементов, чередующихся в соответствии с кодом Грея. Ширина наименьшего элемента составляет а_о. Четвертая дорожка 28 выполнена в виде чередующихся с периодом а_о прозрачных и непрозрачных элементов шириной а_о/2. Границы между прозрачными и непрозрачными элементами четвертой дорожки 28 совпадают с границами между прозрачными и непрозрачными элементами одной из дорожек кода Грея.Code disk 7 (figure 2) has four tracks 25-28 and two concentric jumpers 29, 30. The first three tracks 25-27, located between the jumpers, are made in the form of transparent and opaque elements, alternating in accordance with the Gray code. The width of the smallest element is a _about . The fourth track 28 is made in the form of alternating with a period a _about transparent and opaque elements of width a _about / 2. The boundaries between the transparent and opaque elements of the fourth track 28 coincide with the boundaries between the transparent and opaque elements of one of the tracks of the Gray code.

Считывающий диск 8 имеет четыре отверстия шириной b_о, меньшей а_о/2, расположенных напротив каждой дорожки кодового диска 7. Выходы трех первых граданов 5 через дорожки 25-27 кодового диска 7 и соответствующие им отверстия считывающего диска 8 связаны с входами оптических аттенюаторов 9-11. Выход четвертого градана 5 через дорожку 28 кодового диска 7 и соответствующее ей отверстие считывающего диска 8 оптически связан с входом дополнительного световода 20.The read disk 8 has four openings with a width of b _about , smaller than a _about / 2, located opposite each track of the code disk 7. The outputs of the first three gradans 5 through the tracks 25-27 of the code disk 7 and the corresponding holes of the read disk 8 are connected to the inputs of the optical attenuators 9 -eleven. The output of the fourth gradan 5 through the track 28 of the code disk 7 and the corresponding hole of the read disk 8 is optically connected to the input of the additional fiber 20.

Преобразователь работает следующим образом. The converter operates as follows.

Излучатель 1 создает направленное оптическое излучение, которое с помощью передающего световода 2 подводится к оптическому демультиплексору 3. В оптическом демультиплексоре происходит деление мощности этого излучения на четыре равных потока. Каждый поток с помощью одного из световодов 4 первой группы поступает в фокус градана 5 и на выходе последнего увеличивается по площади, но уменьшается по плотности. Мощность каждого потока при этом остается неизменной. Закрепленный на валу 6 кодовый диск 7 модулирует потоки оптической мощности, кодируя тем самым угловое положение вала 6. The emitter 1 generates directional optical radiation, which is supplied to the optical demultiplexer 3 by means of a transmitting fiber 2. In the optical demultiplexer, the power of this radiation is divided into four equal fluxes. Each stream with the help of one of the optical fibers 4 of the first group enters the focus of gradan 5 and at the output of the latter increases in area, but decreases in density. The power of each stream remains unchanged. Mounted on the shaft 6, the code disk 7 modulates the optical power flows, thereby encoding the angular position of the shaft 6.

Пройдя через отверстия считывающего диска 8, три оптических потока воспринимаются аттенюаторами 9-11 и делятся в соответствии с законом 1/2ⁿ на 1/2, 1/4, 1/8 части мощности соответствующего потока на выходе. В оптическом мультиплексоре 13 промодулированные потоки складываются и с помощью приемного световода 14 воспринимаются фотоприемником 15. В фотоприемнике 15 оптическое излучение преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Усилитель 16 усиливает этот сигнал, обеспечивая полный динамический диапазон для АЦП 17.After passing through the openings of the read disk 8, the three optical streams are perceived by the attenuators 9-11 and are divided in accordance with the law 1/2 ⁿ into 1/2, 1/4, 1/8 of the power of the corresponding output stream. In the optical multiplexer 13, the modulated fluxes are added up and are received by the photodetector 15 using the receiving fiber 14. In the photodetector 15, the optical radiation is converted into an electrical signal proportional to it. Amplifier 16 amplifies this signal, providing a full dynamic range for the ADC 17.

Первые три дорожки кодового диска 7 формируют соответственно первый, второй и третий разряды кода Грея. Каждому разряду соответствует свой уровень сигнала на входе АЦП 17, причем уровни сигналов каждого разряда могут изменяться от нуля до своего максимального значения. Нулевой и максимальный уровни сигнала в каждом разряде - номинальные значения. The first three tracks of the code disk 7 form the first, second, and third bits of the Gray code, respectively. Each category has its own signal level at the input of the ADC 17, and the signal levels of each category can vary from zero to its maximum value. Zero and maximum signal levels in each category are nominal values.

Благодаря использованию кода Грея в один момент времени может изменяться уровень сигнала только в одном разряде. Моменты смены кода фиксируются с помощью сигнала с четвертой дорожки 28 кодового диска 7. Due to the use of the Gray code, at one moment in time, the signal level in only one bit can change. The moments of the code change are recorded using the signal from the fourth track 28 of the code disk 7.

Если измеряемый угол α лежит в диапазоне К (а_о/2-b_o), где К - целое положительное число (фиг.3), уровни сигналов каждого разряда принимают свои номинальные значения и угловое положение вала 6 однозначно определяется уровнем суммарного сигнала на входе АЦП 17 (сигнал 31 на фиг.3). Этот уровень преобразуется в код Грея, а затем в преобразователе 18 кода Грея в двоичный код и через первый информационный вход мультиплексора 19 поступает на выход преобразователя угол-код. Если измеряемый угол α лежит в диапазоне Кb_о, то угловое положение вала 6 не может быть однозначно определено из-за отклонения уровня сигнала в одном из разрядов от своих номинальных значений.If the measured angle α lies in the range K (a _o / 2-b _o ), where K is a positive integer (Fig. 3), the signal levels of each discharge take their nominal values and the angular position of the shaft 6 is uniquely determined by the level of the total input signal ADC 17 (signal 31 in figure 3). This level is converted to a Gray code, and then in the Gray code converter 18 to a binary code, and through the first information input of the multiplexer 19, an angle-code is output to the converter. If the measured angle α lies in the range of K b _about , then the angular position of the shaft 6 cannot be uniquely determined due to the deviation of the signal level in one of the discharges from their nominal values.

Неопределенность устраняется считыванием с четвертой дорожки 28 кодового диска 7 оптического сигнала смены кода, который по дополнительному световоду 20 поступает в дополнительный фотоприемник 21, где преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Через дополнительный усилитель 22 сигнал 32 (фиг.3) поступает на вход порогового устройства 23, которое формирует запрет на выдачу текущего кода (сигнал 33 на фиг.3). Предыдущий код преобразователя записывается в регистр 24 и хранится там в течение интервала b_о, пока не закончится смена кода. Одновременно сигналом 33 переключается мультиплексор 19 и код с выхода регистра 24 через второй информационный вход мультиплексора 19 поступает на выход преобразователя угол-код. После завершения смены кода сигнал 33 переключает мультиплексор 19 в исходное состояние. Двоичный код, соответствующий новому угловому положению α вала 6, через первый информационный вход мультиплексора 19 поступает на выход преобразователя угол-код.Uncertainty is eliminated by reading from the fourth track 28 of the code disk 7 an optical code change signal, which, through an additional fiber 20, enters an additional photodetector 21, where it is converted into an electrical signal proportional to it. Through an additional amplifier 22, the signal 32 (Fig. 3) is input to the threshold device 23, which forms a ban on the issuance of the current code (signal 33 in Fig. 3). The previous code of the converter is recorded in register 24 and stored there for the interval b _о , until the code change is completed. At the same time, the signal 33 switches the multiplexer 19 and the code from the output of the register 24 through the second information input of the multiplexer 19 is fed to the output of the angle-code converter. After completion of the code change, the signal 33 switches the multiplexer 19 to its original state. The binary code corresponding to the new angular position α of the shaft 6 passes through the first information input of the multiplexer 19 to the output of the angle-code converter.

Claims

ANGLE CONVERTER - A CODE containing an emitter, a shaft, code and read disks, photodetectors, an amplifier, an analog-to-digital converter, a threshold device, a Gray to binary code converter, a multiplexer, the shaft being rigidly connected to a code disk that is optically connected to the read disk , the output of the photodetector is connected in series with an amplifier, an analog-to-digital converter, a Gray-to-binary code converter, and the first information input of the multiplexer, to the control input of which an output of a threshold device, characterized in that an optical demultiplexer, focusing gradients, optical attenuators, an optical multiplexer, an additional photodetector and amplifier, a register are inserted into it, the output of the emitter connected to the input of an optical demultiplexer, the outputs of which are connected to the inputs of the focusing gradans, the outputs of the first three gradanov through the code and read disks are connected to the inputs of the optical attenuators, the outputs of which are connected to the inputs of the optical multiplexer, the output of which is inen with the input of the photodetector, the output of the fourth gradan through the code and read disks is connected to the input of the additional photodetector, the output of which is connected in series with the additional amplifier and the input of the threshold device, the output of which is connected to the control input of the register, to the information input of which the output of the Gray code to binary converter is connected code, and the register output is connected to the second information input of the multiplexer, and the code disk consists of four tracks and two concentric jumpers , The first three tracks, enclosed between the webs are formed as alternating in accordance with the Gray code of transparent and opaque parts with a width of the smallest element of a _o, a fourth path is in the form alternating with a period a _{of the} transparent and opaque parts of width a _on / 2, while the boundaries between the elements of the fourth track coincide with the boundaries between the transparent and opaque elements of one of the three tracks of the Gray code, the read disk has four holes of width b _о <a _о / 2, located opposite four doors code disk burner, transmittances K ₁ - K _{3 of} optical attenuators are changed in accordance with a number 1/2 ⁿ .