RU2446557C1 - Recursive code scale - Google Patents
Recursive code scale Download PDFInfo
- Publication number
- RU2446557C1 RU2446557C1 RU2011110234/08A RU2011110234A RU2446557C1 RU 2446557 C1 RU2446557 C1 RU 2446557C1 RU 2011110234/08 A RU2011110234/08 A RU 2011110234/08A RU 2011110234 A RU2011110234 A RU 2011110234A RU 2446557 C1 RU2446557 C1 RU 2446557C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- code
- information
- track
- recursive
- scale
- Prior art date
Links
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угловых перемещений в код.The invention relates to measuring equipment, in particular to analog-to-digital conversion, and in particular to the code scales of angular displacement converters to code.
В настоящее время и в перспективе одной из актуальных и технически сложных задач является цифровое измерение угловых перемещений подвижных органов многочисленных систем автоматического управления различными объектами. Эту функцию выполняют преобразователи угловых перемещений.At present, and in the future, one of the urgent and technically challenging tasks is the digital measurement of the angular displacements of the moving organs of numerous automatic control systems for various objects. This function is performed by angular displacement transducers.
Развитие преобразователей угловых перемещений - поставщиков первичной информации - в значительной степени обусловлено повсеместным использованием управляющих микро-ЭВМ и различных вычислительных устройств на основе микропроцессорных и других больших и сверхбольших интегральных схем.The development of angular displacement transducers - suppliers of primary information - is largely due to the widespread use of control micro-computers and various computing devices based on microprocessor and other large and very large integrated circuits.
В целом к преобразователям угловых перемещений, отличающимся большим разнообразием, предъявляется совокупность самых различных и, как правило, высоких технических требований.In general, the angular displacement transducers, which are very diverse, are presented with a combination of the most diverse and, as a rule, high technical requirements.
Анализ литературных источников позволяет отметить у преобразователей с непосредственным преобразованием перемещения в код, основанных на считывании с использованием пространственного кодирования, следующие достоинства: возможность использования различных физических методов считывания информации, высокое быстродействие, для преобразователей углового перемещения высокая скорость вращения кодируемого вала от 100 до 150 об/мин, высокая разрешающая способность (до 20 двоичных разрядов), устойчивость к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, возможность удовлетворения различным условиям применения, возможность функционального преобразования перемещения в код и др. Основным элементом таких преобразователей, определяющим их наиболее важные характеристики, является кодовая шкала (КШ).An analysis of literary sources allows us to note the following advantages for transducers with direct conversion of displacement to code, based on reading using spatial coding: the ability to use various physical methods of information reading, high speed, for encoders of angular displacement, high rotation speed of the encoded shaft from 100 to 150 rpm / min, high resolution (up to 20 binary bits), resistance to external destabilizing their factors, the ability to meet various application conditions, the possibility of functional conversion of movement to code, etc. The main element of such converters that determines their most important characteristics is the code scale (KS).
Элементарный участок (квант) кодовой дорожки (КД) шкалы представляется, как правило, одним двоичным символом, где единичным символам соответствуют активные участки шкалы, а нулевым - пассивные.The elementary section (quantum) of the code track (CD) of the scale is represented, as a rule, by one binary symbol, where the active sections of the scale correspond to single symbols, and passive sections correspond to zero.
Учитывая, что преобразователи угловых перемещений, построенные по методу считывания, могут быть реализованы на различных физических способах считывания информации, под активными и пассивными элементарными участками КД шкалы понимают соответственно токопроводящие и нетокопроводящие участки шкалы при контактном методе съема информации, прозрачные и непрозрачные участки шкалы при фотоэлектрическом методе съема информации, наличие металлической обкладки и изоляции на участках шкалы при емкостном методе съема информации, наличие и отсутствие магнитного материала на участках шкалы при электромагнитном методе съема информации и т.д.Considering that the angular displacement transducers constructed by the reading method can be implemented on various physical methods of reading information, the active and passive elementary sections of the CD scale mean, respectively, the conductive and non-conductive parts of the scale with the contact method of reading information, transparent and opaque parts of the scale with photoelectric the method of information retrieval, the presence of a metal plate and insulation on the sections of the scale with the capacitive method of information retrieval, the presence and the absence of magnetic material on the parts of the scale with the electromagnetic method of reading information, etc.
В настоящее время существенный вклад в развитие преобразователей угловых перемещений вносит микроэлектроника, использование которой позволяет более полно решить проблему технологичности, обеспечив максимальное упрощение прецизионных механических узлов, основным из которых является КШ [1].Currently, microelectronics makes a significant contribution to the development of angular displacement transducers, the use of which makes it possible to more fully solve the problem of manufacturability, providing the maximum simplification of precision mechanical components, the main of which is KS [1].
Известна рекурсивная кодовая шкала (РКШ) для преобразователей угловых перемещений, построенная на основе нелинейных двоичных последовательностей [2]. Достоинством РКШ можно считать возможность ее реализации с использованием большинства известных методов считывания информации. Недостатками такой шкалы являются малая разрешающая способность и неоднозначность считывания со шкалы кодовой комбинации.Known recursive code scale (RCS) for angular displacement transducers, built on the basis of nonlinear binary sequences [2]. The advantage of RCS can be considered the possibility of its implementation using most well-known methods of reading information. The disadvantages of this scale are the low resolution and the ambiguity of reading from the code combination scale.
Наиболее близкой по техническому решению и выбранной авторами за прототип является рекурсивная кодовая шкала для преобразователей угловых перемещений, построенная на основе нелинейных двоичных последовательностей [3].Closest to the technical solution and chosen by the authors for the prototype is a recursive code scale for angular displacement transducers, built on the basis of nonlinear binary sequences [3].
Рекурсивная кодовая шкала содержит первую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, n считывающих элементов, размещенных вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта первой информационной кодовой дорожки δ=360°/N, вторую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной М=2m, m считывающих элементов, размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), где δ2=360°/NM - величина кванта второй информационной кодовой дорожки, регулярную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами {0,1, ...,0,1, ...,0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк.=360°/2NM, являющимся одновременно величиной кванта рекурсивной кодовой шкалы, считывающий элемент регулярной кодовой дорожки, смещенный относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние k=2еδшк.+(δшк./2), e=0,1,2,3, ... и размещенный вдоль регулярной кодовой дорожки, mдоп. дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно первого из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк., j=0,1,2, ... и размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), дополнительную информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n и циклически сдвинутую относительно первой информационной кодовой дорожки на 180° по ходу часовой стрелки, nдоп.=n дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=Nδ/2+δшк. и размещенных вдоль дополнительной информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта первой информационной кодовой дорожки δ, с выходов n, nдоп., m, mдоп. считывающих элементов и выхода считывающего элемента регулярной кодовой дорожки снимается информация об угловом положении рекурсивной кодовой шкалы.The recursive code scale contains the first information code track, made in accordance with the symbols of a nonlinear binary sequence of length N = 2 n , n read elements, placed along the first information code track with an angular step equal to the quantum value of the first information code track δ = 360 ° / N , the second information code track formed in accordance with the symbol periods N nonlinear binary sequences of length M = 2 m, m sensing elements arranged along a second informational odovoy track with an angular pitch (δ 2 + δ), where δ 2 = 360 ° / NM - value quantum second information code the track regular code track formed in accordance with the symbols {0,1, ..., 0,1, ..., 0,1} of a binary sequence of length 2NM uniformly quantized with a quantization period of δ nk. = 360 ° / 2NM, which is simultaneously the quantum value of the recursive code scale, the reading element of the regular code track, offset from the first of n reading elements by an angular distance k = 2еδ шк. + (δ шк. / 2), e = 0,1,2,3, ... and placed along a regular code track, m add. additional reading elements offset relative to the first of m reading elements by an angular distance k m = (j + m) δ + δ pc. , j = 0,1,2, ... and placed along the second information code track with an angular step (δ + δ 2 ), an additional information code track made in accordance with the symbols of a nonlinear binary sequence of length N = 2 n and cyclically shifted relative to the first information code track 180 ° clockwise, n add. = n additional reading elements offset relative to the first of n reading elements by an angular distance k n = Nδ / 2 + δ pc. and placed along an additional information code track with an angular step equal to the quantum value of the first information code track δ, from outputs n, n add. , m, m add. reading elements and the output of the reading element of the regular code track is removed information about the angular position of the recursive code scale.
Недостатками прототипа является его сложность и, как следствие, увеличенные габариты рекурсивной кодовой шкалы за счет использования четырех кодовых дорожек.The disadvantages of the prototype is its complexity and, as a result, the increased dimensions of the recursive code scale due to the use of four code tracks.
В предлагаемом изобретении решается задача упрощения рекурсивной кодовой шкалы в части уменьшения ее габаритов с сохранением всех функциональных возможностей прототипа.The present invention solves the problem of simplifying the recursive code scale in terms of reducing its size while maintaining all the functionality of the prototype.
Для достижения технического результата рекурсивная кодовая шкала содержит первую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами нелинейной двоичной последовательности длиной N=2n, n считывающих элементов, размещенных вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта информационной кодовой дорожки δ=360°/N, вторую информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами N периодов нелинейной двоичной последовательности длиной М=2m, m считывающих элементов, размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), где δ2=360°/NM - величина кванта второй информационной кодовой дорожки, регулярную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами {0,1, ...,0,1, ...,0,1} двоичной последовательности длиной 2NM, равномерно квантованной с периодом квантования δшк.=360°/2NM, являющимся одновременно величиной кванта рекурсивной кодовой шкалы, считывающий элемент регулярной кодовой дорожки, смещенный относительно первого из n считывающих элементов на угловое расстояние k=2еδшк.+(δшк./2), е=0,1,2,3, ... и размещенный вдоль регулярной кодовой дорожки, mдоп.=m дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно первого из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк., j=0,1,2, ... и размещенных вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2), nдоп.=n дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно последнего из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=(iδ+δшк.), i=1,2,3,… и размещенных вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным δ, преобразователь кода на n входов и n выходов, выходы nдоп. считывающих элементов соединены со входами преобразователя кода, n выходов которого, а также выходы n, m, mдоп. считывающих элементов и выход считывающего элемента регулярной кодовой дорожки предназначены для снятия информация об угловом положении рекурсивной кодовой шкалы. To achieve a technical result, the recursive code scale contains the first information code track, made in accordance with the symbols of a nonlinear binary sequence of length N = 2 n , n reading elements, placed along the first information code track with an angular step equal to the quantum value of the information code track δ = 360 ° / N, the second information code track, made in accordance with the characters N periods of a nonlinear binary sequence of length M = 2 m , m reading elements, is placed along the second information code track with an angular step (δ + δ 2 ), where δ 2 = 360 ° / NM is the quantum value of the second information code track, a regular code track made in accordance with the symbols {0,1, ..., 0,1, ..., 0,1} of a binary sequence of length 2NM uniformly quantized with a quantization period of δ nk. = 360 ° / 2NM, which is simultaneously the quantum value of the recursive code scale, the reading element of the regular code track, offset from the first of n reading elements by an angular distance k = 2еδ шк. + (δ шк. / 2), е = 0,1,2,3, ... and placed along a regular code track, m add. = m additional reading elements offset relative to the first of m reading elements by an angular distance k m = (j + m) δ + δ pc. , j = 0,1,2, ... and placed along the second information code track with an angular step (δ + δ 2 ), n add. = n additional reading elements offset relative to the last of n reading elements by an angular distance k n = (iδ + δ pc . ), i = 1,2,3, ... and placed along the first information code track with an angular step equal to δ, code converter for n inputs and n outputs, outputs n add. reading elements are connected to the inputs of the code converter, n outputs of which, as well as outputs n, m, m add. reading elements and the reading element output of the regular code track are designed to remove information about the angular position of the recursive code scale.
Новым в предлагаемом изобретении является:New in the invention is:
- размещение вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным δ, nдоп.=n дополнительных считывающих элементов, смещенных относительно последнего из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=(iδ+δшк.), i=1,2,3,…;- placement along the first information code track with an angular step equal to δ, n add. = n additional reading elements offset relative to the last of n reading elements by an angular distance k n = (iδ + δ pc . ), i = 1,2,3, ...;
- снабжение рекурсивной кодовой шкалы преобразователем кода на n входов и n выходов, выполняющим функцию согласования отсчетов, т.е. приведение кодовой комбинации, считываемой с nдоп. считывающих элементов, к кодовой комбинации, получаемой с n считывающих элементов.- supplying a recursive code scale with a code converter for n inputs and n outputs that performs the function of matching samples, i.e. reduction of the code combination read from n add. reading elements, to a code combination obtained from n reading elements.
Совокупность существенных признаков в предлагаемом изобретении позволила упростить рекурсивную кодовую шкалу в части уменьшения ее габаритов за счет использования трех кодовых дорожек вместо четырех дорожек с сохранением всех функциональных возможностей прототипа. The set of essential features in the present invention allowed to simplify the recursive code scale in terms of reducing its dimensions by using three code tracks instead of four tracks while maintaining all the functionality of the prototype.
В результате можно сделать вывод о том, чтоAs a result, we can conclude that
- предлагаемое техническое решение обладает изобретательским уровнем, т.к. оно явным образом не следует из уровня техники;- the proposed technical solution has an inventive step, because it does not explicitly follow from the prior art;
- изобретение является новым, так как из уровня техники по доступным источникам информации не выявлено аналогов с подобной совокупностью признаков;- the invention is new, since the prior art on available sources of information did not reveal analogues with a similar set of features;
- изобретение является промышленно применимым, так как может быть использовано во всех областях, где требуется высокоточное позиционное определение углового положения объекта с использованием преобразователей угловых перемещений на основе заявляемых рекурсивных кодовых шкал.- the invention is industrially applicable, as it can be used in all areas where high-precision positional determination of the angular position of the object is required using angular displacement transducers based on the claimed recursive code scales.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где показана линейная развертка семиразрядной рекурсивной кодовой шкалы.The invention is illustrated in the drawing, which shows a linear scan of a seven-bit recursive code scale.
Заявляемая рекурсивная кодовая шкала 1 содержит первую информационную кодовую дорожку 2, вторую информационную кодовую дорожку 3, регулярную кодовую дорожку 4, n=3 считывающих элементов 5, 6, 7, nдоп.=3 считывающих элементов 8, 9, 10, m=3 считывающих элементов 11, 12, 13, mдоп.=3 считывающих элементов 14, 15, 16, считывающий элемент 17 регулярной кодовой дорожки, преобразователь кода 18 на три входа и три выхода.The inventive recursive code scale 1 contains a first information code track 2, a second information code track 3, a regular code track 4, n = 3 of reading elements 5, 6, 7, n add. = 3 reading elements 8, 9, 10, m = 3 reading elements 11, 12, 13, m add. = 3 readout elements 14, 15, 16, readout element 17 of the regular code track, code converter 18 for three inputs and three outputs.
Для пояснения сути изобретения приведем некоторые теоретические предпосылки.To clarify the essence of the invention, we give some theoretical background.
В [4] предложены КШ для преобразователей угловых перемещений, названные псевдослучайными кодовыми шкалами (ПСКШ) и строящиеся на основе использования теории псевдослучайных двоичных последовательностей максимальной длины (М-последовательностей). ПСКШ имеют всего одну информационную кодовую дорожку, выполненную в соответствии с символами М-последовательности a0a1…aL-1, и n считывающих элементов (СЭ), размещенных вдоль дорожки. Считывающие элементы дают возможность получить при полном обороте шкалы L=2n-1 различных n-разрядных кодовых комбинаций и обеспечивают разрешающую способность преобразователя угловых перемещений на основе ПСКШ δ=360°/L.In [4], KS for angular displacement transducers, called pseudorandom code scales (PSCS), and based on the use of the theory of maximum length pseudorandom binary sequences (M-sequences), were proposed. PCSS have only one information code track, made in accordance with the symbols of the M-sequence a 0 a 1 ... a L-1 , and n readout elements (SE) located along the track. Reading elements make it possible to obtain, with a full turn of the scale L = 2 n -1, various n-bit code combinations and provide the resolution of the angular displacement transducer based on the PSCH δ = 360 ° / L.
Как следует из метода построения ПСКШ, ее разрешающая способность определяется длиной М-последовательности L=2n-1. Очевидно, что при любой разрядности шкалы теряется одна (нулевая) кодовая комбинация. Однако при построении некоторых технических систем с использованием преобразователей угловых перемещений необходимо обеспечить разрешающую способность последних, равную 2n.As follows from the method of constructing PCSS, its resolution is determined by the length of the M-sequence L = 2 n -1. Obviously, for any scale resolution, one (zero) code combination is lost. However, when constructing some technical systems using angular displacement transducers, it is necessary to provide a resolution of the latter equal to 2 n .
В [5] рассмотрены использованные в изобретении рекурсивные кодовые шкалы (РКШ), получившие название нелинейные кодовые шкалы (НКШ) и строящиеся на основе нелинейных двоичных последовательностей, которые обеспечивают разрешающую способность шкалы δ=360°/2n.In [5], the recursive code scales (RCS) used in the invention, which are called nonlinear code scales (NCC) and are constructed on the basis of nonlinear binary sequences that provide the resolution of the scale δ = 360 ° / 2 n, are considered .
Нелинейная последовательность - это последовательность двоичных символов {aj} длиной N=2n, удовлетворяющих рекурсивному соотношению [6] A non-linear sequence is a sequence of binary symbols {a j } of length N = 2 n satisfying the recursive relation [6]
где знак ⊕ означает суммирование по модулю два, а индексы при символах последовательности берутся по модулю N. Начальные значения символов a0a1…αn-1 последовательности выбираются произвольно.where the sign ⊕ means summation modulo two, and the indices for the characters of the sequence are taken modulo N. The initial values of the characters a 0 a 1 ... α n-1 sequences are chosen arbitrarily.
В (1) hi - коэффициенты, зависящие от вида примитивного полинома степени n с коэффициентами поля Галуа GF(2) [7], т.е.In (1), h i are coefficients depending on the form of a primitive polynomial of degree n with coefficients of the Galois field GF (2) [7], that is,
где h0=hn=1, a hi=0,1 при 0<i<n,where h 0 = h n = 1, ah i = 0,1 for 0 <i <n,
Первое слагаемое в (1) определяет правило образования линейной по отношению к оператору суммирования по модулю 2 М-последовательности. Второе слагаемое (3) в (1) указывает на операцию умножения значений n-1 кодовых символов. Это приводит к тому, что полученная последовательность символов становится нелинейной и в ней появляется комбинация, содержащая n последовательных нулей.The first term in (1) defines the rule of formation linear with respect to the summation operator modulo 2 M-sequence. The second term (3) in (1) indicates the operation of multiplying the values of n-1 code symbols. This leads to the fact that the resulting sequence of characters becomes non-linear and a combination appears in it containing n consecutive zeros.
В табл.1 приведены полиномы h(x) до n=20 включительно, которые могут быть использованы для генерации соответствующих М-последовательностей [7].Table 1 shows the polynomials h (x) up to n = 20 inclusive, which can be used to generate the corresponding M-sequences [7].
Рассмотрим метод построения n-разрядной однодорожечной РКШ на основе нелинейной последовательности.Consider a method for constructing an n-bit single-rail RCS based on a nonlinear sequence.
1. В зависимости от требуемой разрядности шкалы n из табл.1 выбирается полином h(x) степени n.1. Depending on the required bit depth of the scale n, a polynomial h (x) of degree n is selected from Table 1.
2. Используя рекурсивное соотношение (1), генерируется последовательность {aj}.2. Using the recursive relation (1), the sequence {a j } is generated.
3. Элементарные участки (кванты) шкалы δ выполняются в соответствии с символами нелинейной последовательности {aj}, где символам 1 последовательности соответствуют активные, а символам 0 - пассивные участки информационной дорожки. Для определенности символы последовательности отображаются на информационной кодовой дорожке по ходу часовой стрелки в порядке a0a1…aN-1. 3. The elementary sections (quanta) of the scale δ are performed in accordance with the symbols of the nonlinear sequence {a j }, where symbols 1 of the sequence correspond to active and symbols to 0, passive sections of the information track. For definiteness, the sequence symbols are displayed on the information code track clockwise in the order a 0 a 1 ... a N-1.
4. Осуществляется размещение на шкале n считывающих элементов с шагом, равным одному кванту, т.е. в соответствии с полиномом размещения4. Placing n reading elements on a scale with a step equal to one quantum, i.e. in accordance with the placement polynomial
Единственность такого размещения объясняется нелинейными свойствами рассматриваемой последовательности.The uniqueness of this arrangement is explained by the nonlinear properties of the sequence in question.
Поясним построение информационных кодовых дорожек РКШ 1, приведенных на чертеже.Let us explain the construction of information code tracks RKSH 1, shown in the drawing.
В примере первая информационная кодовая дорожка 2 РКШ 1 построена в соответствии с символами нелинейной последовательности {aj}=a0aj…a7=00010111 длиной N=2n=23=8, для получения которой использован примитивный полином h(x)=х3+х+1, а символы a3+j последовательности {аj} при начальных значениях a0=a1=a2=0 удовлетворяют рекурсивному соотношению a3+j=a1+j⊕aj⊕ā+jā2+j, j=0,1,…4. Нелинейная последовательность должна быть нанесена на РКШ в виде активных (единицы последовательности) и пассивных (нули последовательности) участков (квантов) первой информационной кодовой дорожки 2, например, по ходу часовой стрелки, причем на первую информационную кодовую дорожку 2 РКШ 1 наносится только один период последовательности. Нелинейная последовательность с периодом N=2n определяет число квантов первой информационной кодовой дорожки 2 РКШ 1, которое в данном примере равно N=8. Отсюда величина кванта δ=360°/N=360°/8=45°. В примере размещение СЭ 5, 6 и 7 (n=3) вдоль первой информационной кодовой дорожки 2 определяется полиномом r(х)=1+х+х2 и осуществляется с шагом, равным величине одного кванта первой информационной кодовой дорожки δ по ходу часовой стрелки.In the example, the first information code track 2 of RCS 1 is constructed in accordance with the symbols of the nonlinear sequence {a j } = a 0 a j ... a 7 = 00010111 of length N = 2 n = 2 3 = 8, to obtain which the primitive polynomial h (x ) = x 3 + x + 1, and the characters a 3 + j of the sequence {a j } for initial values a 0 = a 1 = a 2 = 0 satisfy the recursive relation a 3 + j = a 1 + j ⊕a j ⊕ā + j ā 2 + j , j = 0,1, ... 4. A non-linear sequence should be plotted on the CSC in the form of active (sequence units) and passive (sequence zeros) sections (quanta) of the first information code track 2, for example, clockwise, and only one period is applied to the first information code track 2 of CSC 1 sequence. A non-linear sequence with a period of N = 2 n determines the number of quanta of the first information code track 2 of the CSC 1, which in this example is N = 8. Hence, the quantum value is δ = 360 ° / N = 360 ° / 8 = 45 °. In the example, the placement of solar cells 5, 6, and 7 (n = 3) along the first information code track 2 is determined by the polynomial r (x) = 1 + x + x 2 and is carried out with a step equal to the value of one quantum of the first information code track δ along the clock arrows.
Фиксируя считывающими элементами 5, 6 и 7 последовательно кодовую комбинацию при перемещении РКШ 1 циклически на один элементарный участок (квант), например, против хода часовой стрелки, получаем восемь различных трехразрядных кодовых комбинаций: 000, 001, 010, 101, 011, 111, 110 и 100.By fixing reading elements 5, 6 and 7 sequentially, the code combination when moving RCS 1 cyclically to one elementary section (quantum), for example, counterclockwise, we get eight different three-digit code combinations: 000, 001, 010, 101, 011, 111, 110 and 100.
По такому принципу может быть построена однодорожечная рекурсивная кодовая шкала любой разрядности.By this principle, a one-way recursive code scale of any capacity can be constructed.
На чертеже вторая информационная кодовая дорожка 3 РКШ 1 построена в соответствии с символами нелинейной последовательности {aj}=a0a1…a7=00010111 длиной M=2m=23=8, для получения которой использован примитивный полином h(x)=х3+х+1, а символы a3+j последовательности {аj} при начальных значениях a0=a1=a2=0 удовлетворяют рекурсивному соотношению a3+j=a1+j⊕aj⊕ā1+jā2+j, j=0,1,…,4. Нелинейная последовательность должна быть нанесена на РКШ 1 в виде активных (единицы последовательности) и пассивных (нули последовательности) участков (квантов) второй информационной кодовой дорожки 3, например, по ходу часовой стрелки, причем на вторую информационную кодовую дорожку 3 РКШ 1 наносятся N=8 периодов последовательности. Восемь периодов нелинейной последовательности длиной М=23=8 определяют число квантов второй информационной кодовой дорожки 3 РКШ 1, которое в данном примере равно NM=64. Отсюда величина кванта второй информационной кодовой дорожки 3 δ2=360°/NM=360°/64=5,625°.In the drawing, the second information code track 3 of RKSH 1 is constructed in accordance with the symbols of the nonlinear sequence {a j } = a 0 a 1 ... a 7 = 00010111 of length M = 2 m = 2 3 = 8, to obtain which the primitive polynomial h (x ) = x 3 + x + 1, and the characters a 3 + j of the sequence {a j } for initial values a 0 = a 1 = a 2 = 0 satisfy the recursive relation a 3 + j = a 1 + j ⊕a j ⊕ā 1 + j ā 2 + j , j = 0,1, ..., 4. A non-linear sequence should be plotted on RKSh 1 in the form of active (sequence units) and passive (sequence zeros) sections (quanta) of the second information code track 3, for example, clockwise, with N = 2 being applied to the second information code track 3 8 periods of sequence. Eight periods of a nonlinear sequence of length M = 2 3 = 8 determine the number of quanta of the second information code track 3 of RCS 1, which in this example is NM = 64. Hence, the quantum value of the second information code track 3 δ 2 = 360 ° / NM = 360 ° / 64 = 5,625 °.
Таким образом, в примере размещение СЭ 11, 12 и 13 (m=3) вдоль второй информационной кодовой дорожки 2 осуществляется с шагом, равным величине (δ+δ2)=45°+5,625°=50,625° по ходу часовой стрелки.Thus, in the example, the placement of solar cells 11, 12 and 13 (m = 3) along the second information code track 2 is carried out with a step equal to the value (δ + δ 2 ) = 45 ° + 5.625 ° = 50.625 ° clockwise.
В нашем примере суммарная разрядность, обеспечиваемая первой информационной и второй информационной кодовыми дорожками при рассмотренном выше размещении СЭ, будет равна (n+m)=3+3=6.In our example, the total bit depth provided by the first information and second information code tracks during the placement of the SC considered above will be (n + m) = 3 + 3 = 6.
Фиксируя считывающими элементами 5, 6, 7 и 11, 12, 13 последовательно кодовую комбинацию, при перемещении РКШ циклически на один элементарный участок (квант) второй информационной кодовой дорожки 3 δ2, например, против хода часовой стрелки, получаем 64 различные шестиразрядные кодовые комбинации, которые соответствуют 64 угловым положениям шкалы. Эти кодовые комбинации приведены в табл.2.Fixing the reading elements 5, 6, 7 and 11, 12, 13 sequentially a code combination, when moving the RCS cyclically to one elementary section (quantum) of the second information code track 3 δ 2 , for example, counterclockwise, we get 64 different six-digit code combinations that correspond to 64 angular positions of the scale. These code combinations are given in table 2.
В рассматриваемом примере для построения первой информационной кодовой дорожки 2 и второй информационной кодовой дорожки 3 использована одна и та же нелинейная двоичная последовательность, т.е. N=M=8. В общем случае допускается N≠М. Например, шестиразрядная рекурсивная кодовая шкала может быть построена еще двумя способами, где (n=4, m=2) и (n=2, m=4). С увеличением разрядности двухдорожечной рекурсивной кодовой шкалы число вариантов ее построения также возрастает. Данный подход дает дополнительные возможности для выбора наиболее технологичного варианта построения РКШ (и, как следствие, преобразователя угловых перемещений на ее основе), что связано с возможностью многовариантного размещения на шкале считывающих элементов.In this example, to build the first information code track 2 and the second information code track 3, the same nonlinear binary sequence was used, i.e. N = M = 8. In the general case, N ≠ M is allowed. For example, a six-bit recursive code scale can be constructed in two other ways, where (n = 4, m = 2) and (n = 2, m = 4). With an increase in the bit depth of a two-track recursive code scale, the number of variants of its construction also increases. This approach provides additional opportunities for choosing the most technologically advanced option for constructing an RCS (and, as a result, an angular displacement transducer based on it), which is associated with the possibility of multivariate placement of reading elements on the scale.
На чертеже регулярная кодовая дорожка 4 выполнена в соответствии с символами {0,1,…,0,1,…,01} двоичной последовательности длиной 2NM=2×8×8=128, равномерно квантованной с периодом квантования δшк.=360°/2NW=360°/128=2,8125°. Считывающий элемент 17 регулярной кодовой дорожки размещен вдоль регулярной кодовой дорожки относительно первого 5 из n=3 считывающих элементов 5, 6, 7 на угловом расстоянииIn the drawing, the regular code track 4 is made in accordance with the symbols {0,1, ..., 0,1, ..., 01} of a binary sequence of length 2NM = 2 × 8 × 8 = 128, uniformly quantized with a quantization period of δ pc. = 360 ° / 2NW = 360 ° / 128 = 2.8125 °. The reading element 17 of the regular code track is placed along the regular code track relative to the first 5 of n = 3 reading elements 5, 6, 7 at an angular distance
k=2eδшк.+(δшк./2)=2×4×2,8125°+(2,8125°/2)=22,50°+1,40625°=23,90626°,е=4.k = 2eδ wk. + (δ шк. / 2) = 2 × 4 × 2.8125 ° + (2.8125 ° / 2) = 22.50 ° + 1.40625 ° = 23.90626 °, е = 4.
На чертеже nдоп.=3 считывающих элемента 8, 9 и 10 смещены относительно последнего 7 из n считывающих элементов на угловое расстояние kn=(iδ+δшк.)=δ+δшк.=45°+2,8125°=47,8125°, i=1 и размещены вдоль первой информационной кодовой дорожки с угловым шагом, равным величине кванта первой информационной кодовой дорожки δ=45°; mдоп.=3 считывающих элемента 14, 15 и 16 смещены относительно первого 11 из m считывающих элементов на угловое расстояние km=(j+m)δ+δшк.=mδ+δшк.=3×45°+2,8125°=137,8125°, j=0 и размещены вдоль второй информационной кодовой дорожки с угловым шагом (δ+δ2)=45°+2,8125°=47,8125°.In the drawing, n ext. = 3 reading elements 8, 9 and 10 are offset relative to the last 7 of n reading elements by an angular distance k n = (iδ + δ pc . ) = Δ + δ pc. = 45 ° + 2.8125 ° = 47.8125 °, i = 1 and placed along the first information code track with an angular step equal to the quantum value of the first information code track δ = 45 °; m add. = 3 sensing elements 14, 15 and 16 are offset relative to the first 11 of m reading elements by an angular distance k m = (j + m) δ + δ pc. = mδ + δ pc . = 3 × 45 ° + 2.8125 ° = 137.8125 °, j = 0 and placed along the second information code track with an angular pitch (δ + δ 2 ) = 45 ° + 2.8125 ° = 47.8125 °.
Процесс считывания с РКШ 1 информации осуществляется следующим образом.The process of reading information from RCS 1 is as follows.
При произвольном положении РКШ 1 с регулярной 4, первой информационной 2 и второй информационной 3 кодовых дорожек посредством считывающих элементов снимается соответствующий шестиразрядный цифровой код. Выходной сигнал со считывающего элемента 17 регулярной кодовой дорожки 4 формирует самый младший седьмой разряд РКШ, а также управляет режимом считывания кодовой комбинации с первой информационной 2 и второй информационной 3 кодовых дорожек.With an arbitrary position of RCS 1 with regular 4, first information 2 and second information 3 code tracks, the corresponding six-digit digital code is removed by means of reading elements. The output signal from the reading element 17 of the regular code track 4 forms the least significant seventh bit of the PCB, and also controls the reading mode of the code combination with the first information 2 and second information 3 code tracks.
При этом если выходной сигнал со считывающего элемента 17 равен нулю, то рекурсивный цифровой код снимается с nдоп.=3 считывающих элементов 8, 9 и 10 и mдоп.=3 считывающих элементов 14, 15 и 16. Если же выходной сигнал со считывающего элемента 17 равен единице, то рекурсивный цифровой код снимается с n=3 считывающих элементов 5, 6 и 7 и m=3 считывающих элементов 11, 12 и 13.Moreover, if the output signal from the reading element 17 is zero, then the recursive digital code is removed from n add. = 3 reading elements 8, 9 and 10 and m add. = 3 readout elements 14, 15 and 16. If the output signal from the readout element 17 is equal to one, then a recursive digital code is removed from n = 3 readout elements 5, 6 and 7 and m = 3 readout elements 11, 12 and 13.
В предлагаемом изобретении на выходах считывающих элементов 5, 6 и 7 и дополнительных считывающих элементов 8, 9 и 10 формируются различные рекурсивные коды. В связи с этим требуется согласование отсчетов, т.е. приведение кодовой комбинации, считываемой с nдоп. считывающих элементов, к кодовой комбинации, получаемой с n считывающих элементов. Такое согласование отсчетов осуществляется посредством преобразователя кода 18, который может быть реализован, например, с использованием постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) на три входа и три выхода.In the present invention, at the outputs of the reading elements 5, 6 and 7 and additional reading elements 8, 9 and 10, various recursive codes are generated. In this regard, coordination of samples is required, i.e. reduction of the code combination read from n add. reading elements, to a code combination obtained from n reading elements. Such coordination of samples is carried out by means of a code converter 18, which can be implemented, for example, using a read-only memory (ROM) with three inputs and three outputs.
Если принять за начальное положение РКШ 1 нулевую кодовую комбинацию, то входные 8, 9 и 10 и выходные 19, 20 и 21 сигналы преобразователя кода 18 должны выглядеть так, как показано в табл.3.If we take the zero code combination as the starting position of RCS 1, then the input 8, 9, and 10 and the output 19, 20, and 21 of the code converter 18 should look like that shown in Table 3.
Очевидно, с выходов считывающих элементов 5-7, 11-16, а также с выходов 19-21 преобразователя кода будут сформированы шесть разрядов РКШ, причем со считывающих элементов 5-7 и выходов 19-21 преобразователя кода снимаются три старших разряда, первый, второй и третий, а со считывающих элементов 11-16 - разряды четвертый, пятый и шестой. Седьмой младший разряд РКШ формируется непосредственно считывающим элементом 17 регулярной кодовой дорожки 4. В табл.4 приведены выходные кодовые комбинации семиразрядной рекурсивной кодовой шкалы, приведенной на чертеже.Obviously, from the outputs of the reading elements 5-7, 11-16, as well as from the outputs 19-21 of the code converter, six bits of RCS will be generated, and three high order bits are removed from the reading elements 5-7 and the outputs of 19-21 of the code converter, the first one the second and third, and from the reading elements 11-16 - the fourth, fifth and sixth digits. The seventh junior bit of the RCS is formed directly by the reading element 17 of the regular code track 4. Table 4 shows the output code combinations of the seven-bit recursive code scale shown in the drawing.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет упростить рекурсивную кодовую шкалу, уменьшив ее габариты за счет использования всего трех кодовых дорожек вместо четырех, с сохранением всех функциональных возможностей прототипа. Как отмечалось ранее, кодовая шкала как раз и является тем элементом преобразователей угловых перемещений, который в основном и определяет его габариты и массу. Уменьшение массогабаритных показателей преобразователей угловых перемещений особенно актуально при использовании приборов данного класса в различных летательных аппаратах специального назначения.Thus, the present invention allows to simplify the recursive code scale, reducing its dimensions by using only three code tracks instead of four, while maintaining all the functionality of the prototype. As noted earlier, the code scale is precisely that element of the angular displacement transducers, which basically determines its dimensions and mass. Reducing the overall dimensions of angular displacement transducers is especially important when using this class of devices in various special-purpose aircraft.
ЛитератураLiterature
1. Домрачев В.Г., Мейко Б.С. Цифровые преобразователи угла: принципы построения, теория точности, методы контроля. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 328 с.1. Domrachev V.G., Meiko B.S. Digital angle converters: principles of construction, accuracy theory, control methods. - M .: Energoatomizdat, 1984. - 328 p.
2. Заявка на изобретение RU 2010134251, приоритет 16.08.2010.2. Application for invention RU 2010134251, priority 16.08.2010.
3. Заявка на изобретение RU 2010147699, приоритет 22.11.2010.3. Application for invention RU 2010147699, priority 11/22/2010.
4. Ожиганов А.А. Псевдослучайные кодовые шкалы // Изв. вузов. Приборостроение, 1987. Т.30. №2. С.40-43.4. Ozhiganov A.A. Pseudorandom code scales // Izv. universities. Instrument Engineering, 1987.V.30. No. 2. S.40-43.
5. Азов А.К., Ожиганов А.А., Тарасюк М.В. Рекурсивные кодовые шкалы // Издательство "Машиностроение" Информационные технологии, 1998, №6. С.39-43.5. Azov A.K., Ozhiganov A.A., Tarasyuk M.V. Recursive code scales // Mashinostroenie Publishing House Information Technologies, 1998, No. 6. S.39-43.
6. Агульник А.Р., Мусаелян С.С. Построение нелинейных двоичных последовательностей // Радиоэлектроника. 1983. №4. С.19-28.6. Agulnik A.R., Musaelyan S.S. Construction of nonlinear binary sequences // Radioelectronics. 1983. No. 4. S.19-28.
7. Макуильямс Ф.Д., Слоан Н.Д. Псевдослучайные последовательности и таблицы // ТИИЭР. 1976. Т.64. №12. С.80-95.7. MacWilliams F.D., Sloan N.D. Pseudorandom sequences and tables // TIIER. 1976.V.64. No. 12. S.80-95.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011110234/08A RU2446557C1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Recursive code scale |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011110234/08A RU2446557C1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Recursive code scale |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2446557C1 true RU2446557C1 (en) | 2012-03-27 |
Family
ID=46031025
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011110234/08A RU2446557C1 (en) | 2011-03-17 | 2011-03-17 | Recursive code scale |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2446557C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497275C1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Code scale |
RU2510572C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-03-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Pseudorandom code scale |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1176453A1 (en) * | 1983-07-01 | 1985-08-30 | Специальное Конструкторское Бюро Института Радиофизики И Электроники Ан Армсср | Shaft turn angle encoder |
SU1534748A1 (en) * | 1987-07-28 | 1990-01-07 | Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики | Angle-code converter |
CH678582A5 (en) * | 1989-12-11 | 1991-09-30 | Suisse Electronique Microtech | Linear and angular position detecting device - forms two cyclical codes on disc together with reference code and optical sensors used to read codes |
DE4123444C1 (en) * | 1991-07-16 | 1992-10-01 | Gms Gesellschaft Fuer Mikrotechnik Und Sensorik Mbh, 7742 St Georgen, De | Rotating shaft angular position coder - has ring fitted on coding disc with pattern of points whose density varies with angular position |
RU79360U1 (en) * | 2008-07-28 | 2008-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" | CONVERTER ANGLE CODE |
-
2011
- 2011-03-17 RU RU2011110234/08A patent/RU2446557C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1176453A1 (en) * | 1983-07-01 | 1985-08-30 | Специальное Конструкторское Бюро Института Радиофизики И Электроники Ан Армсср | Shaft turn angle encoder |
SU1534748A1 (en) * | 1987-07-28 | 1990-01-07 | Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики | Angle-code converter |
CH678582A5 (en) * | 1989-12-11 | 1991-09-30 | Suisse Electronique Microtech | Linear and angular position detecting device - forms two cyclical codes on disc together with reference code and optical sensors used to read codes |
DE4123444C1 (en) * | 1991-07-16 | 1992-10-01 | Gms Gesellschaft Fuer Mikrotechnik Und Sensorik Mbh, 7742 St Georgen, De | Rotating shaft angular position coder - has ring fitted on coding disc with pattern of points whose density varies with angular position |
RU79360U1 (en) * | 2008-07-28 | 2008-12-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики" | CONVERTER ANGLE CODE |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2497275C1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Code scale |
RU2510572C1 (en) * | 2012-10-29 | 2014-03-27 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Pseudorandom code scale |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2434323C1 (en) | Recursive code scale | |
KR950010385B1 (en) | Absolute valve encoder | |
US6433725B1 (en) | High speed analog-to-digital converter | |
RU2446557C1 (en) | Recursive code scale | |
RU2450437C1 (en) | Recursive code scale | |
RU2560782C1 (en) | Code scale | |
WO2008043231A1 (en) | A degraded pseudo-random rotating sensor | |
Bahn et al. | Digital optoelectrical pulse method for Vernier-type rotary encoders | |
Qiu-Hua et al. | A novel miniature absolute metal rotary encoder based on single-track periodic Gray code | |
RU2444126C1 (en) | Recursive code scale | |
RU79360U1 (en) | CONVERTER ANGLE CODE | |
RU2660609C1 (en) | Pseudorandom code scale | |
RU2497275C1 (en) | Code scale | |
Wang et al. | Coding optimization for the absolute optical rotary encoder | |
US12085382B2 (en) | Rotary position encoding using non-maximal-length pseudo-random codes | |
RU2709666C1 (en) | Pseudo-random code scale | |
CN109443402A (en) | Code disc and encoder | |
RU2653323C1 (en) | Code scale | |
Luke et al. | $ N $-Sequence RSNS Ambiguity Analysis | |
Denic et al. | A contribution to the design of fast code converters for position encoders | |
RU2612622C1 (en) | Code scale | |
CN114136351A (en) | Single-code-channel absolute coding and decoding method with error detection and correction functions | |
Li et al. | A glitch-free time-to-digital converter architecture based on gray code | |
RU2761058C1 (en) | Pseudo-random code scale | |
Smirnov et al. | Common dateware mechatronic with resolver-to-digital converter |