RU2237358C1 - Raster interpolator - Google Patents

Raster interpolator Download PDF

Info

Publication number
RU2237358C1
RU2237358C1 RU2002133939/09A RU2002133939A RU2237358C1 RU 2237358 C1 RU2237358 C1 RU 2237358C1 RU 2002133939/09 A RU2002133939/09 A RU 2002133939/09A RU 2002133939 A RU2002133939 A RU 2002133939A RU 2237358 C1 RU2237358 C1 RU 2237358C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
raster
photodetector
differential amplifier
Prior art date
Application number
RU2002133939/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002133939A (en
Inventor
А.В. Косинский (RU)
А.В. Косинский
С.Ю. Потомский (RU)
С.Ю. Потомский
А.А. Холомонов (RU)
А.А. Холомонов
П.В. Гущин (RU)
П.В. Гущин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электроники и математики (технический университет) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный институт электроники и математики (технический университет)
Priority to RU2002133939/09A priority Critical patent/RU2237358C1/en
Publication of RU2002133939A publication Critical patent/RU2002133939A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2237358C1 publication Critical patent/RU2237358C1/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: automation and computer engineering; numeric-control systems for inputting data in computer.
SUBSTANCE: novelty is introduction of static raster component identical to single-channel raster modulator whose input is also optically coupled with light source. Photodetector is also newly introduced, its input being optically coupled with output of static raster component and output, with second input of differential amplifier whose first input is coupled with output of single-channel raster modulator photodetector.
EFFECT: reduced error, enhanced precision.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления, для автоматического ввода информации в электронно-вычислительную машину (ЭВМ).The invention relates to automation and computer technology and can be used in software control systems for automatically entering information into an electronic computer (computer).

Известно устройство, представляющее собой растровый интерполятор, который предназначен для преобразования перемещения в фазовый сдвиг, в котором для повышения точности используется только один растровый модулятор (вместо нескольких растровых модуляторов, применяемых в обычных схемах растровых интерполяторов). Точность повышается за счет того, что опущенные растровые модуляторы не вносят свои погрешности в общую погрешность преобразования [Косинский А.В. и др. Аналого-цифровые преобразователи перемещений. А.В.Косинский, В.Р.Матвеевский, А.А.Холомонов. - М.: Машиностроение, 1991, с.105-107].A device is known which is a raster interpolator that is designed to convert displacement to a phase shift, in which only one raster modulator is used to increase accuracy (instead of several raster modulators used in conventional raster interpolator circuits). The accuracy increases due to the fact that the omitted raster modulators do not contribute their errors to the total conversion error [Kosinsky A.V. and other analog-to-digital displacement transducers. A.V. Kosinski, V.R.Matveevsky, A.A. Kholomonov. - M .: Engineering, 1991, p.105-107].

Недостатком данного устройства является то, что добавленные элементы вносят свои погрешности в общую погрешность преобразования перемещение-фаза.The disadvantage of this device is that the added elements contribute their errors to the total error of the conversion of the movement-phase.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому растровому интерполятору является устройство, в котором этот недостаток устраняется тем, что часть блоков, вносящих дополнительную погрешность, исключается [А.В.Косинский, А.А.Холомонов. Растровый интерполятор. АС №1644379, Бюл. №15, 23.04.1991].The closest in technical essence to the proposed raster interpolator is a device in which this drawback is eliminated by the fact that part of the blocks introducing an additional error is excluded [A.V. Kosinsky, A.A. Kholomonov. Raster interpolator. AC No. 1644379, Bull. No. 15, 04/23/1991].

Недостатком прототипа является то, что его погрешность преобразования перемещение-фаза зависит от нестабильности темнового напряжения фотоприемника и нестабильности напряжения источника постоянного напряжения.The disadvantage of the prototype is that its shift-phase conversion error depends on the instability of the dark voltage of the photodetector and the instability of the voltage of the constant voltage source.

Техническая задача, которую решает предлагаемый интерполятор, состоит в повышении точности преобразования перемещение-фаза.The technical problem that the proposed interpolator solves is to increase the accuracy of the movement-phase conversion.

Техническая задача решается тем, что в растровом интерполяторе, содержащем источник света, оптически связанный с входом одноканального растрового модулятора, выход которого через фотоприемник связан с первым входом дифференциального усилителя, нуль-орган, первый вход которого связан с выходом дифференциального усилителя, генератор несущей частоты, выход которого связан со вторым входом нуль-органа, формирователь импульсов, вход которого связан с выходом нуль-органа, полосовой фильтр, вход которого связан с выходом формирователя импульсов, выход которого является выходом растрового интерполятора, согласно изобретению, в него введен статический растровый элемент, вход которого оптически связан с источником света, фотоприемник, вход которого оптически связан с выходом статического растрового элемента, а выход связан со вторым входом дифференциального усилителя. По сравнению с прототипом отсутствуют такие аддитивные погрешности какThe technical problem is solved in that in a raster interpolator containing a light source optically coupled to the input of a single-channel raster modulator, the output of which through a photodetector is connected to the first input of the differential amplifier, there is a zero-organ whose first input is connected to the output of the differential amplifier, a carrier frequency generator, the output of which is connected to the second input of the zero-organ, pulse shaper, the input of which is connected to the output of the zero-organ, a band-pass filter, the input of which is connected to the output of the pulse shaper An x-ray, the output of which is the output of a raster interpolator, according to the invention, a static raster element is introduced into it, the input of which is optically connected to the light source, a photodetector, the input of which is optically connected to the output of the static raster element, and the output is connected to the second input of the differential amplifier. Compared with the prototype, there are no such additive errors as

1) погрешность из-за нестабильности темнового напряжения фотоприемника.1) the error due to the instability of the dark voltage of the photodetector.

2) погрешность из-за нестабильности уровня напряжения источника постоянного напряжения.2) the error due to the instability of the voltage level of the constant voltage source.

Изобретение поясняется чертежом, где изображена блок-схема устройства.The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a device.

Предлагаемый растровый интерполятор (преобразователь) содержит источник 1 света, одноканальный растровый модулятор 2, фотоприемник 3, дифференциальный усилитель 4, нуль-орган 5, формирователь 6 импульсов, полосовой фильтр 7, генератор 8 несущей частоты, фотоприемник 9, статический растровый элемент 10.The proposed raster interpolator (converter) contains a light source 1, a single-channel raster modulator 2, a photodetector 3, a differential amplifier 4, a zero-organ 5, a pulse shaper 6, a bandpass filter 7, a carrier frequency generator 8, a photodetector 9, a static raster element 10.

Рассматриваемое устройство работает следующим образом.The device in question works as follows.

Постоянный световой поток Ф0 от источника 1 света поступает на одноканальный растровый модулятор 2 и на статический растровый элемент 10. Статический растровый элемент конструктивно полностью идентичен растровому модулятору 2, состоящему из неподвижного и подвижного растра, связанного с объектом, перемещение x которого, является входным сигналом растрового интерполятора. В статическом растровом элементе 10 подвижный растр не связан с объектом. Он жестко закрепляется в положении, соответствующем исходному состоянию растрового модулятора 2 (когда x=0,

Figure 00000002
).The constant luminous flux Φ 0 from the light source 1 is supplied to a single-channel raster modulator 2 and to a static raster element 10. The static raster element is structurally completely identical to the raster modulator 2, which consists of a fixed and movable raster associated with an object whose movement x is an input signal raster interpolator. In the static raster element 10, the moving raster is not associated with the object. It is rigidly fixed in the position corresponding to the initial state of the raster modulator 2 (when x = 0,
Figure 00000002
)

Функция прозрачности растрового модулятора 2 определяется выражением (см. Косинский А.В. и др. Аналого-цифровые преобразователи перемещений. А.В.Косинский, В.Р.Матвеевский, А.А.Холомонов, - М.: Машиностроение, 1991).The transparency function of the raster modulator 2 is determined by the expression (see Kosinsky A.V. et al. Analog-digital displacement transducers. A.V. Kosinski, V.R.Matveevsky, A.A. Kholomonov, - M .: Mashinostroenie, 1991) .

Figure 00000003
Figure 00000003

где S0, mх - средняя составляющая прозрачности растрового модулятора 2 и глубина модуляции;where S 0 , m x is the average transparency component of the raster modulator 2 and the modulation depth;

g - шаг растра.g is the raster step.

Функция прозрачности статического растра 10 равнаThe transparency function of the static raster 10 is equal to

Figure 00000004
Figure 00000004

где

Figure 00000005
- средняя составляющая прозрачности статического растра 10.Where
Figure 00000005
- the average transparency component of the static raster 10.

Устройство настраивается таким образом, чтобы имело место равенствоThe device is configured so that there is equality

Figure 00000006
Figure 00000006

Световой поток на выходе одноканального растрового модулятора 2 преобразуется с помощью фотоприемника 3 в пропорциональное напряжение согласно формулеThe luminous flux at the output of a single-channel raster modulator 2 is converted using a photodetector 3 into a proportional voltage according to the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где kФП1 - коэффициент преобразования фотоприемника 3,where k FP1 is the conversion coefficient of the photodetector 3,

UФПТ1 - темновой ток фотоприемника 3.U FPT1 - dark current of the photodetector 3.

Световой поток на выходе статического растрового элемента 8 преобразуется с помощью фотоприемника 9 в пропорциональное напряжение согласно формулеThe light flux at the output of the static raster element 8 is converted using a photodetector 9 into a proportional voltage according to the formula

Figure 00000008
Figure 00000008

где kФП2 - коэффициент преобразования фотоприемника 9;where k FP2 is the conversion coefficient of the photodetector 9;

UФП2 - темновой ток фотоприемника 9.U FP2 - dark current of the photodetector 9.

Выходное напряжение с фотоприемника 3 поступает на первый вход дифференциального усилителя 4. Выходное напряжение с фотоприемника 9 поступает на второй вход дифференциального усилителя 4.The output voltage from the photodetector 3 is supplied to the first input of the differential amplifier 4. The output voltage from the photodetector 9 is supplied to the second input of the differential amplifier 4.

Напряжение на выходе дифференциального усилителя 4 определяется выражениемThe voltage at the output of the differential amplifier 4 is determined by the expression

Figure 00000009
Figure 00000009

где kДУ1, kДУ2 - коэффициенты усиления первого и второго каналов дифференциального усилителя 4.where k ДУ1 , k ДУ2 - gains of the first and second channels of differential amplifier 4.

Напряжение с выхода дифференциального усилителя 4 подается на первый вход нуль-органа 5, на второй вход которого подается напряжение с выхода генератора 8 несущей частоты, равноеThe voltage from the output of the differential amplifier 4 is supplied to the first input of the zero-organ 5, the second input of which is supplied with the voltage from the output of the carrier frequency generator 8, equal to

Figure 00000010
Figure 00000010

где Um, ω - амплитуда и частота напряжения генератора 8.where U m , ω is the amplitude and frequency of the voltage of the generator 8.

В момент времени tи равенства напряжений UДУ мгновенному значению напряжения UНЧ, определяемый из уравненияAt time t and the equality of stresses U ДУ instantaneous value of voltage U LF , determined from the equation

Figure 00000011
Figure 00000011

нуль-орган 5 выдает импульс.null-organ 5 gives out an impulse.

Из выражений (7) и (8) вытекает, чтоFrom expressions (7) and (8) it follows that

Figure 00000012
Figure 00000012

или с учетом выражений (1)-(2), (4)-(8)or taking into account expressions (1) - (2), (4) - (8)

Figure 00000013
Figure 00000013

Формирователь 8 выдает прямоугольные импульсы с выходным напряжением, равнымShaper 8 produces rectangular pulses with an output voltage equal to

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

где

Figure 00000016
Where
Figure 00000016

Разлагая в ряд Фурье, получаемExpanding in a Fourier series, we obtain

Figure 00000017
Figure 00000017

Полосовой фильтр 7 выделяет в этом сигнале первую гармонику и отсеивает постоянную составляющую из всех гармоник с номерами k>1 согласно выражениюThe band-pass filter 7 selects the first harmonic in this signal and eliminates the constant component from all harmonics with numbers k> 1 according to the expression

Figure 00000018
Figure 00000018

где kпф - коэффициент преобразования полосового фильтра 7;where k pf is the conversion coefficient of the band-pass filter 7;

αпф - начальная фаза напряжения на выходе фильтра 7.α pf - the initial phase of the voltage at the output of the filter 7.

Из уравнения (33) видно, что фаза выходного напряжения полосового фильтра 7 линейно зависит от tи, а следовательно, с учетом выражения (10), определяется выражениемFrom equation (33) it can be seen that the phase of the output voltage of the bandpass filter 7 linearly depends on t and , therefore, taking into account expression (10), is determined by the expression

Figure 00000019
Figure 00000019

Из выражения (14) вытекает, что для идеальной работы рассматриваемого интерполятора необходимо соблюдение следующих условий:From the expression (14) it follows that for the perfect operation of the considered interpolator the following conditions must be met:

Figure 00000020
Figure 00000020

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

С учетом выражения (3) будет иметь место следующее выражение:Given expression (3), the following expression will take place:

Figure 00000024
Figure 00000024

Таким образом, из уравнения (19) следует, что фаза на выходе полосового фильтра линейно зависит от x.Thus, from equation (19) it follows that the phase at the output of the bandpass filter linearly depends on x.

Проанализируем погрешности предлагаемого устройства при тех же условиях, при которых определялась погрешность устройства-прототипа. При этом учтем, что в предлагаемом устройстве отсутствует источник постоянного напряжения, поэтому нестабильность ΔU0 его выходного напряжения в предлагаемом устройстве отсутствует.We analyze the errors of the proposed device under the same conditions under which the error of the prototype device was determined. Moreover, we take into account that in the proposed device there is no constant voltage source, therefore, the instability ΔU 0 of its output voltage in the proposed device is absent.

Для анализа погрешности предлагаемого устройства будем считать, что, как и в анализе прототипа, вместо φ необходимо подставить φ+Δφ, вместо Uфпт1 необходимо подставить Uфпт1+ΔUфпт1, а вместо UФпт1 подставить Uфпт2+ΔUфпт2 To analyze the error of the proposed device, we assume that, as in the prototype analysis, instead of φ it is necessary to substitute φ + Δφ, instead of U fpt1 it is necessary to substitute U fpt1 + ΔU fpt1 , and instead of U Fpt1 substitute U fpt2 + ΔU fpt2

Figure 00000025
Figure 00000025

Раскроем скобкиExpand the brackets

Figure 00000026
Figure 00000026

илиor

Figure 00000027
Figure 00000027

где

Figure 00000028
Where
Figure 00000028

Учитывая (16)-(18), получимGiven (16) - (18), we obtain

Figure 00000029
Figure 00000029

С учетом того, что при малых Δφ имеет место sinΔφ=Δφ cosΔφ=1,

Figure 00000030
Given that for small Δφ, sinΔφ = Δφ cosΔφ = 1,
Figure 00000030

илиor

Figure 00000031
Figure 00000031

Разделим обе части этого выражения на cosφ’Divide both sides of this expression by cosφ ’

Figure 00000032
Figure 00000032

Подставляя выражение (21 а) в выражение (24) с учетом выражения (19) получимSubstituting expression (21 a) into expression (24) taking into account expression (19) we obtain

Figure 00000033
Figure 00000033

илиor

Figure 00000034
Figure 00000034

Учитывая тот факт, что темновые напряжения фотоприемников равны между собой (ΔUФПТ1=ΔUФПТ2), что практически имеет место при выполнении фотоприемников на одной подложке Δφ=0. Это означает, что аддитивные погрешности в предлагаемой схеме взаимно компенсируются.Considering the fact that the dark voltages of the photodetectors are equal to each other (ΔU FPT1 = ΔU FPT2 ), which practically takes place when the photodetectors are installed on the same substrate, Δφ = 0. This means that the additive errors in the proposed scheme are mutually compensated.

Таким образом, фаза выходного сигнала растрового интерполятора изменяется пропорционально входному перемещению x, при этом оказываются скомпенсированными все аддитивные погрешности и существенно повышается точность растрового интерполирования.Thus, the phase of the output signal of the raster interpolator changes in proportion to the input displacement x, while all additive errors are compensated and the raster interpolation accuracy is significantly increased.

Требования к параметрам схемы, определяемые выражениями (15)-(19), реально выполняются при настройке устройства.Requirements for the circuit parameters defined by expressions (15) - (19) are actually fulfilled when configuring the device.

Claims (1)

Растровый интерполятор, содержащий источник света, оптически связанный с входом одноканального растрового модулятора, выход которого через фотоприемник связан с первым входом дифференциального усилителя, нуль-орган, первый вход которого связан с выходом дифференциального усилителя, генератор несущей частоты, выход которого связан со вторым входом нуль-органа, формирователь импульсов, вход которого связан с выходом нуль-органа, полосовой фильтр, вход которого связан с выходом формирователя импульсов, выход которого является выходом растрового интерполятора, отличающийся тем, что в него введен статический растровый элемент, вход которого оптически связан с источником света, фотоприемник, вход которого оптически связан с выходом статического растрового элемента, а выход связан со вторым входом дифференциального усилителя.A raster interpolator containing a light source optically coupled to the input of a single-channel raster modulator, the output of which through a photodetector is connected to the first input of the differential amplifier, a null organ, the first input of which is connected to the output of the differential amplifier, a carrier frequency generator, the output of which is connected to the second zero input -organ, pulse shaper, the input of which is connected to the output of the zero-organ, a bandpass filter, the input of which is connected to the output of the pulse shaper, the output of which is the output p strovogo interpolator, characterized in that it introduced a static picture elements whose input is optically connected to the light source, a photodetector having an input optically coupled to the output of static picture element, and an output connected to the second input of the differential amplifier.
RU2002133939/09A 2002-12-17 2002-12-17 Raster interpolator RU2237358C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133939/09A RU2237358C1 (en) 2002-12-17 2002-12-17 Raster interpolator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002133939/09A RU2237358C1 (en) 2002-12-17 2002-12-17 Raster interpolator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002133939A RU2002133939A (en) 2004-07-10
RU2237358C1 true RU2237358C1 (en) 2004-09-27

Family

ID=33433287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002133939/09A RU2237358C1 (en) 2002-12-17 2002-12-17 Raster interpolator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2237358C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ДОМРАЧЕВ В.Г. и др. Схематехника цифровых преобразователей перемещения. - М.: Энергоатомиздат, 1987, с.18, 24. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4841225A (en) Capacitive sensor for measuring a displacement
US4595991A (en) Position measuring method and apparatus
CN102192784B (en) Interferometer step scanning system and method
US4034367A (en) Analog-to-digital converter utilizing a random noise source
RU2237358C1 (en) Raster interpolator
US3995267A (en) Digital to analog converter with system gain insensitivity
JPS6073418A (en) Displacement transducer
RU2127867C1 (en) Method of dynamic measurement of angular displacements
SU629443A1 (en) Angular displacement photoelectric transducer
SU1197064A1 (en) Displacement-to-digital converter
RU1797161C (en) Converter from shaft rotation angle to code
RU2023982C1 (en) Interference method for measuring phase shift of light waves
SU885803A1 (en) Device for converting phase shift to digital code
JPH05175850A (en) D/a converter
SU1120358A1 (en) Calculating device
SU1750020A1 (en) Position determination device for an armature of inductor step motor with resistor-capacitor modules as grid plates on the armature and inductor
SU1446691A2 (en) Shaft angle digitizer
SU661377A1 (en) Measuring convereter
SU1608798A2 (en) Shaft angle digitizer
SU1716605A1 (en) Code/displacement converter
SU463935A1 (en) Device for entering kinematic corrections
SU1501271A1 (en) Displacement-to-a.c. signal phase converter
RU2060549C1 (en) Device for calculation of trigonometric functions
SU1150633A1 (en) Device for generating functions
SU1644379A1 (en) Raster interpolator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041218