RU2550553C1

RU2550553C1 - Преобразователь угол - код

Info

Publication number: RU2550553C1
Application number: RU2014121624/08A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Гречишников; Ольга Викторович Теряева
Priority date: 2014-05-27
Filing date: 2014-05-27
Publication date: 2015-05-10
Also published as: RU2550553C9

Abstract

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов. Техническим результатом является повышение точности преобразования. Устройство содержит излучатель, передающий световод, оптический демультиплексор, две группы световодов, две группы граданов, излучающий световод, приемный световод, вал, кодовый диск, считывающий диск, две группы оптических аттенюаторов, два оптических мультиплексора, общий оптический кабель, фотоприемники, усилители, пороговое устройство, ключ, генератор тактового сигнала, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), промежуточные регистры, элемент НЕ, регистр. 3 ил.

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов. Известен фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий источник оптического излучения, кодовый оптомеханический элемент, элементы считывания промодулированных оптических сигналов, формирователи кодов грубого и точного отсчетов, преобразователь кода Грея, мультиплексор [А.С.444233, МПК H03м 1/26, опубл. 20.02.1995].

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является оптоэлектронный преобразователь перемещения в код, содержащий источник оптического излучения, кодовый оптомеханический элемент, оптический цифро-аналоговый преобразователь, элементы считывания промодулированных оптических сигналов, преобразователь кода Грея, мультиплексор [патент 2029428, МПК H03м 1/26, опубл. 20.02.1995].

Недостатком данного преобразователя является невысокая точность, связанная с неоднозначностью преобразования при переходе от одного числа к другому в коде Грея.

В изобретении решается задача повышения точности преобразователя и избавление от неоднозначности.

Для этого в преобразователь угол - код, содержащий излучатель, излучающий световод, оптический демультиплексор, группу коллимирующих граданов, вал, кодовый диск, считывающий диск, приемный световод, группу оптических аттенюаторов, оптический мультиплексор, фотоприемники, усилители, пороговое устройство, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), регистр, причем вал жестко соединен с кодовым диском, который оптически связан со считывающим диском, выход излучателя соединен с входом оптического демультиплексора, три выхода которого соединены с соответствующими входами трех коллимирующих граданов, выходы граданов через кодовый и считывающий диски оптически соединены с входами трех оптических аттенюаторов, выходы которых соединены с входами оптического мультиплексора, выход которого соединен с входом фотоприемника, выход фотоприемника соединен с входом усилителя, четвертый выход оптического демультиплексора соединен с передающим световодом, который через кодовый и считывающий диски оптически соединен с входом фотоприемника, выход которого последовательно соединен с усилителем и входом порогового устройства, выход которого подключен к управляющему входу регистра, введены дополнительный оптический демультиплексор, дополнительная группа коллимирующих граданов, дополнительная группа оптических аттенюаторов, дополнительный оптический мультиплексор, дополнительные фотоприемник и усилитель, генератор тактовых импульсов, ключ, промежуточные регистры, элемент НЕ, причем выход излучателя соединен с входом дополнительного оптического демультиплексора, выходы которого соединены с входами дополнительных коллимирующих граданов, выходы граданов через кодовый и считывающий диски соединены с входами дополнительных оптических аттенюаторов, выходы которых соединены с входами дополнительного оптического мультиплексора, выход которого соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход фотоприемника соединен со входом дополнительного усилителя, выход усилителя и выход дополнительного усилителя связаны с информационным входом ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход ключа соединен со входом аналого-цифрового преобразователя АЦП, выход которого соединен с информационными входами дополнительных регистров, управляющий вход первого дополнительного регистра соединен с выходом генератора тактовых импульсов, управляющий вход второго дополнительного регистра соединен с выходом генератора тактовых импульсов через элемент НЕ, выходы дополнительных регистров соединены с информационными входами регистра, управляющий вход которого соединен с выходом порогового устройства. Кодовый диск преобразователя состоит из четырех дорожек, выполненных в виде чередующихся в соответствии с двоичным кодом прозрачных и непрозрачных элементов с угловым размером элемента a_o, внешняя дорожка диска соответствует младшему разряду, считывающий диск имеет семь отверстий угловой шириной b_o, меньшей a_o, фиг. 2б, расположенных напротив четырех дорожек кодового диска, причем напротив первой кодовой дорожки (соответствующей разряду 2°) расположено одно отверстие считывающего диска, а напротив трех оставшихся дорожек кодового диска (соответствующих разрядам 2¹, 2², 2³) располагаются по два отверстия считывающего диска. Коэффициенты пропускания K₁-K₃ оптических аттенюаторов изменяются в соответствии с рядом 1/2ⁿ.

На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователя угол - код; на фиг. 2 представлены кодовый и считывающие диски.

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 из трех световодов 4 соединены с первой группой коллимирующих граданов 5, с помощью второй группы из трех световодов 6 соединены со второй группой коллимирующих граданов 7. Оптическое излучение, направленное в фокус градана, на выходе преобразуется в параллельный поток оптической энергии той же мощности. Седьмой световод демультиплексора (нижний по схеме) является излучающим световодом 8, участвующим в формировании младшего разряда, оптически соединен с приемным световодом 9.

В состав преобразователя входят также вал 10, жестко связанный с кодовым диском 11, считывающий диск 12, две группы оптических аттенюаторов 13, 14. Коэффициенты K₁-K₃ каждой группы аттенюаторов 13, 14 изменяются в виде ряда 1/2ⁿ, при этом K₁=1/2, K₂=1/4, K₃=1/8. Выходы групп аттенюаторов 13, 14 с помощью световодов связаны с входами оптических мультиплексоров 15, 16. Выходы оптических мультиплексоров 15, 16 с помощью световодов, входящих в общий оптический кабель 17, соединены с входами соответствующих фотоприемников 18, 19, выходы которых соединены с входами соответствующих усилителей 21, 22, выходы которых связаны с информационным входом ключа 25, управляющий вход которого соединен с выходом генератора тактового сигнала 26. Выход ключа соединен с входом АЦП 27, выход которого соединен с информационными входами промежуточных регистров 28, 29, причем управляющий вход промежуточного регистра 28 соединен непосредственно с выходом генератора тактового сигнала, управляющий вход промежуточного регистра 29 соединен с выходом генератора тактового сигнала через элемент НЕ 30. Выходы промежуточных регистров 28, 29 соединены с соответствующими информационными входами регистра 31, управляющий вход регистра 31 соединен с выходом порогового устройства 24. Приемный световод 9 оптически через общий оптический кабель 17 соединен с входом фотоприемника 20, выход которого последовательно соединен с усилителем 23, пороговым устройством 24 и управляющим входом мультиплексора 31. Кодовый диск 11 (фиг. 2) имеет четыре дорожки 32-35, выполненные в виде прозрачных и непрозрачных элементов, чередующихся в соответствии с двоичным кодом. Угловая ширина наименьшего элемента составляет a_o. Считывающий диск 12 (фиг. 3) имеет семь отверстий 36-42, угловой шириной b_o, меньшей a_o, расположенных напротив каждой дорожки кодового диска 11, причем напротив первой дорожки, соответствующей разряду 2°, располагается одно отверстие 36 считывающего диска 12, напротив трех оставшихся дорожек (соответствующих разрядам 2¹-2³) кодового диска располагается по два отверстия 37-42 считывающего диска. Выходы первой группы из трех граданов 5 через дорожки 34-35 кодового диска 11 и соответствующие им отверстия 37-39 считывающего диска 12 связаны с соответствующими входами первой группы из трех оптических аттенюаторов 13. Выходы второй группы из трех граданов 7 через дорожки 32-35 кодового диска и соответствующие им отверстия 40-42 считывающего диска связаны с соответствующими входами второй группы из трех оптических аттенюаторов 14. Выход излучающего световода 8 через дорожку 32 кодового диска 11 и соответствующее ей отверстие 36 считывающего диска 12 оптически связан с входом приемного световода 9. Преобразователь работает следующим образом.

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 семь равных потоков. Три потока с помощью световодов 4 поступают в фокус граданов 5, еще три потока с помощью световодов 6 поступают в фокус граданов 7, седьмой поток поступает в световод 8, на выходе граданов световые потоки увеличиваются по площади, но уменьшаются по плотности. Мощность каждого потока при этом остается неизменной. Закрепленный на валу 10 кодовый диск 11 модулирует потоки оптической мощности, кодируя тем самым угловое положение вала 10.

Пройдя через отверстия считывающего диска 12, шесть оптических потоков воспринимаются двумя группами аттенюаторов 13, 14 и делятся в каждой группе в соответствии с законом 1/2ⁿ на 1/2, 1/4, 1/8 части мощности соответствующего потока на выходе. В оптических мультиплексорах 15, 16 промодулированные потоки каждой группы складываются и с помощью световодов общего оптического кабеля 17 воспринимаются фотоприемниками 18, 19. Седьмой оптический поток излучающего световода 8 проходит через отверстия кодового и считывающего дисков и воспринимается приемным световодом 9, который направляет его на вход фоторпиемника 20. В фотоприемниках 18, 19, 20 оптическое излучение преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Усилители 21, 22, 23 усиливают эти сигналы. Электрические сигналы усилителей 22, 23 поступают на соответствующие информационные входы ключа 25, управляющий сигнал которого поступает с генератора тактового сигнала 26. Ключ попеременно замыкается, таким образом, что в первый полупериод с выхода ключа на вход АЦП 27 поступает сигнал с усилителя 21, а во второй полупериод с усилителя 22. Далее с выхода АЦП сигнал записывается в промежуточные регистры 28 и 29. Управляющий сигнал промежуточных регистров 28, 29 поступает с генератора тактового сигнала 26, причем на регистр 28 управляющий сигнал поступает непосредственно с генератора тактового сигнала 26, а на регистр 29 через элемент НЕ 30. Сигнал с усилителя 23 поступает на вход порогового устройства 24, где происходит преобразование сигнала в последовательность прямоугольных импульсов, которая является управляющей для регистра 31 и одновременно формирует младший разряд на выходе устройства. Сигналы с выходов промежуточных регистров 29, 30 поступают на соответствующие информационные входы регистра 31 таким образом, если управляющий сигнал равен нулю, в регистр 31 поступает сигнал с промежуточного регистра 29, если же управляющий сигнал равен 1, в регистр 31 поступает сигнал с промежуточного регистра 30. Выходным сигналом регистра 31 являются сигналы, соответствующие трем страшим разрядам двоичного кода, младшему разряду соответствует сигнал с выхода порогового устройства 24.

Claims

Преобразователь угол - код содержащий излучатель, передающий световод, оптический демультиплексор, группу коллимирующих граданов, вал, кодовый и считывающий диски, приемный световод, группу оптических аттенюаторов, оптический мультиплексор, фотоприемники, усилители, аналого-цифровой преобразователь, пороговое устройство, регистр, причем вал жестко соединен с кодовым диском, который оптически связан со считывающим диском, выход излучателя соединен с входом оптического демультиплексора, три выхода которого соединены с входами трех коллимирующих граданов, выходы граданов через кодовый и считывающий диски оптически соединены с входами трех оптических аттенюаторов, выходы которых соединены с входами оптического мультиплексора, выход которого соединен с входом фотоприемника, выход фотоприемника соединен с входом усилителя, четвертый выход оптического демультиплексора соединен с передающим световодом, который через кодовый и считывающий диски оптически соединен с входом фотоприемника, выход которого последовательно соединен с усилителем и входом порогового устройства, выход которого подключен к управляющему входу регистра, отличающийся тем, что в него введены дополнительный оптический демультиплексор, дополнительная группа коллимирующих граданов, дополнительная группа оптических аттенюаторов, дополнительный оптический мультиплексор, дополнительные фотоприемник и усилитель, генератор тактовых импульсов, ключ, промежуточные регистры, элемент НЕ, причем выход излучателя соединен с входом дополнительного оптического демультиплексора, выходы которого соединены с входами дополнительных коллимирующих граданов, выходы граданов через кодовый и считывающий диски соединены с входами дополнительных оптических аттенюаторов, выходы которых соединены с входами дополнительного оптического мультиплексора, выход которого соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход фотоприемника соединен со входом дополнительного усилителя, выход усилителя и выход дополнительного усилителя замыкаются на информационный вход ключа, управляющий вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход ключа соединен со входом аналого-цифрового преобразователя АЦП, выход которого соединен с информационными входами дополнительных регистров, управляющий вход первого дополнительного регистра соединен с выходом генератора тактовых импульсов, управляющий вход второго дополнительного регистра соединен с выходом генератора тактовых импульсов через элемент НЕ, выходы дополнительных регистров соединены с информационными входами регистра, управляющий вход которого соединен с выходом порогового устройства, кодовый диск преобразователя состоит из четырех дорожек, выполненных в виде чередующихся в соответствии с двоичным кодом прозрачных и непрозрачных элементов с угловой шириной элемента a_o, внешняя дорожка диска соответствует младшему разряду, считывающий диск имеет семь отверстий угловой шириной b_o, меньшей a_o, расположенных напротив четырех дорожек кодового диска, причем напротив первой кодовой дорожки расположено одно отверстие считывающего диска, а напротив трех остальных дорожек кодового диска расположено по два отверстия считывающего диска, коэффициенты пропускания K₁-K₃ оптических аттенюаторов изменяются в соответствии с рядом 1/2ⁿ.