SU1037311A1 - Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код - Google Patents

Description

1 Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной .ехнике и может быть использовано, в частности, в фотоэлектрических преобразовател х угловых и линейных перемещений. Известен преобразователь перемещений 8 код, содержащий шкалу, образо ванную кодовыми дорожками с равномерно нанесенными метка 1, и установленные против соответствующих ко довых дорожек группы чувствительных элементов, выходы которых подключены к схеме обработки сигналов . Недостатком данногЬ преобразовате л   вл етс  низка  разрешающа  способность , обусловленна  большими размерами чувствительных элементов. Известен также преобразователь перемещений в код, содержащий расположенные последовательно источник из лучени , перемещающуюс  квантованную шкалу, щелевую диафрагму и чувствительные элементы, выходы которых под ключены к входам усилителей блока преобразовани , причем рассто ние между щел ми диафрагмы равно нечетному числу участков квантованной шкалы . Недостатком данного преобразовател   вл етс  низка  разрешающа  спо собность и сложность вследствие необходимости изготовлени  квантованно шкалы с точностными параметрами, ограниченными возможност ми технологии Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий последовательно расположенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под углом -- К штриху измерительной линей ки ГЗ , Недостатком известного преобразовател   вл етс  низка  разрешающа  способность, ограниченна  количество фоточувствительных элементов в столб це фотоприемной матрицы. Целью изобретени   вл етс  повышение разрешающей способности прёобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем что в преобразователь, содержащий по следовательно расположенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под 11 углом о -i к ;j к штриху измерительной линейки, введены генератор импульсов, счетчик, элемент ИЛИ-НЕ, дешифратор опроса строк матрицы, формирователи импульсов, параллельный регистр, дешифратор комбинаций, блок преобразовани  комбинационного кода в двоичный код, элемент задержки, регистр точного отсчета и регистр грубого отсчета , выход генератора импульсов соединен с входом счётчика, п разр дов которого соединены с п входами регистра грубого отсчета, п входами дешифратора опроса строк матрицы и п входами элемента ИЛИ-НЕ, а (п+1) разр д счетчика соединен с входом управлени  дешифратора опроса строк матрицы и (п+1) входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра точного отсчета, с входом элемента задержки и входом стирани  информации фотоприемной матрицы, адресные входы строк которой соединены с 2 выходами дешифратора опроса строк матрицы , а выходы столбцов фотоприемной матрицы соединены с формировател ми импульсов, выходы которых соединены с входами параллельного регистра, выходы которого соединены с входами дешифратора комбинаций, выходы которого соединены с входами блока преобразовани  комбинационного кода в двоичный код, выходы которого соединены с входами регистра точного отсчета , выход элемента задержки соединен с входом обнулени  параллельного регистра, выход первого формировател  импульсов соединен с входом синхронизации регистра грубого отсчета . На фиг. 1 изображена структурна  схема преобразовател ; на фиг, 2 блок обработки информации; на фиг.З принцип образовани  базовых комбинаций . Предложенный преобразователь содержит фиг 1} расположенные последовательно источник 1 света, фокусирующую линзу 2, измерительную линейку 3 со щелью 4 и установленную в направл ющих 5 фотоприемную матрицу 6, подключенную к блоку 7 обработки информации. Матрица развернута относительно щели измерительной линейки 3. на угол 0.:а;. Блок 7 обработки информации(фиг.2) содержит генератор 9 импульсов, выход которого подключен к входу счетмика 9, п разр дов которого подсоеди нены к п входам регистра 10 грубого отсчета, п входам дешифратора 11 опроса строк матрицы и п-входам логического элемента ИЛИ-НЕ 12, а (п+1) разр д счетчика 9 соединен с входом управлени  дешифратора 11 опроса строк матрицы 6 и (п+1) входом элеме та ИЛИ-НЕ 12, выход которого подсоединен к входу синхронизации регистра J3 точного отсчета, к входу элемента 1 задержки и входу стирани  информации фотоприемной матрицы 6, адресные входы строк которой подсоединены к выходам дешифратора 11 оп роса строк фотоприемной матрицы 6, а выходы столбцов фотоприемной матри цы 6 гюдсоединены к формировател м 1 импульсов, выходы которых подсоединены к входам параллельного регистра 16, выходы которого подсоединены к входам дешифратор 1 комбинаций, выходы которого подсоединены к входам блока 18 преобразовани  комбинационного кода в двоичный код, выходы которого подсоединены к входам регистра 13 точного отсчета, причем выход элемента 1 задержки соединен с входом обнулени  параллельного регистра 16, а выход первого формировател  15 импульсов соединен с входо синхронизации регистра 10 грубого отсчета. На фиг. 3 показана фотопри&мна  матрица 6 с чувствительными элементами 19. Преобразователь перемещений в код работает следующим образом. Параллельный световой пучок, формируемый линзой 2, проход  через Iл Wо щель ч измерительной линейки 3, перемещающейс  в направл ющих 5, образует на поверхности фотоприемной матрицы 6 перемещающуюс  световую полосу, котора  засвечивает некоторые чувствительные элементы 19 матрицы 6. Принцип получени  зарветки опре-деленных чувствительных элементов 19 матрицы 6 представлен на фиг. 3, где показана перемещающа с  в направл ющих 5 измерительна  линейка 3 со щелью А и расположенна  за индикатор ной линейкой 3 фотоприемна  матрица с чувствительными элементами 19. Щел k измерительной линейки 3 расположен перпендикул рно направлению перемеще ни  измерительной линейки 3. Фотоприемна  матрица 6 повернута относиельно щели k измерительной линейки 3 ак, что элементы 19 р Да матриц) 6 бразуют со щелью t угол . а счет этого светова  полоса засвечивает чувствительные э тементы 19 матрицы 6 неодинаково. Одни чувствительные элементы 19 засвечены полностью , .другие частично, а третьи совсем не засвечены. В соответствии с этим уровень аналогового сигнала будет с разных чувствительных элементов 19 различным. Если этот сигнал подать на формирователи 15 импульсов,, например компараторы (фиг. 2), срабатывающие при определенном уровне сигнала , то при превышении сигналом установленного уровн  срабатывани  формировател  15, т.е. при площади засветки чувствительного элемента 19 больше заданной, на выходе формировател  15 будет значение 1. Если же уровень аналогового сигнала меньше, т.е. площадь засветки чувствительного элемента 19 меньше заданной, то на выходе формировател  15 будет значение При движении светрвой полосы площадь засветки одних чувствительных элементов 19 постепенно уменьшаетс , а других - увеличиваетс , в соответствий с этим измен ютс  значени  на выходах формирователей 15 импульсов (компараторов). В зависимости от величины перемещени  световой полосы, на выходах будут различные комбинаци нулей и единиц. На рассто нии, равном периоду регул рной матрицы 6, т.е. на рассто нии между началом одной строки матри-. цы до начала следущей строки матрицы получаетс  определенна  последовательность комбинаций, повтор ющихс  cooteeTCTBeHHO на каждом периоде матрицы . Назовем эти комбинации €азовыг;;и комбинаци ми дл  данного угла разворота матрицы 6 относительно щели Ц измерительной линейки 3. Блок 7 обработки информации(фиг.2) работает следующим образом. Генератор 8 импульсов выдает импульсы тактовой частоты на вход счетчика 9 на выходах которого получаетс  .(п+1) разр дный двоичный код, который поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 12. При информации 000,..,,00 на входах элемента ИЛИ-НЕ 12 он вы- дает единичный импульс, который поступает на вход стирани  информации фотоприемной матриц , т.е. матриц 6 подготовлена дл  записи оптической информации. В течение времени записи информации , равном време ни между 000,...,00 комбинацией на выходах счетчика 9 и 000,...,01 ком бинацией двоичного кода на выходах счетчика 9, происходит запись оптической информации на матрицу 6. С наступлением на выходах счетчика 9 комбинации 000,...,01 единица старшего разр да поступает на вход упра лени  дешифратора 11 «опроса строк мат рицы 6 и разрешает его работу. В те чение времени считывани  информации Tf( с фотоприемной матрицы 6, равном времени между 000,...,01 и 111,...,11 комбинаци ми на выходах счетчика 9 дешифратор 11 опроса строк матрицы 6 вырабатывает 2 импульсов , поступающих последовательно на входы строк фотоприемной матрицы Информаци  с 2 выходов столбцов фотоприемной матрицы 6 поступает на 2 формировател  15 импульсов, срабатывающих по определенном уровню аналогового сигнала, Если площадь засветки чувствительного элемента 19 больше заданной, то на выходе форми .ровател  15 импульсов будет значение 1. Если же площадь засветки мень ше заданной, то на выходе формировател  15 импульсов будет значение 0. Информаци  с выходов формирователей 15 импульсов записываетс  в па раллельный регистр 16. Одновременно с по влением 1 на выходе формировател  15 импульсов первого стобца про исходит запись в регистр 10 грубого отсчета. Единица с выхода формировател  15 импульсов поступает на вход синхронизации регистра 10 грубо го отсчета и происходит запись двоичного кода номера опрашиваемой в данный момент строки фотоприемной ч матрицы 6. С выходов параллельного регистра 16 информаци  поступает на дешифратор 17 комбинаций, который определ ет номер базовой комбинации. Далее номер базовой комбинации преобразуетс  в двоичный код в блоке 18. С наступлением комбинации 000....00 на выходах счетчика 9 элемент ИЛИ-НЕ 12 вырабатывает импульс, который поступает на вход синхронизации регистра 13 точного отсчета и происходит запись |1 воичного кода нр116 мера базовой комбинации. Одновременно импульс с выхода элемента ИЛИ-НЕ 12 поступает на вход стирани  информации фотоприемной матрицы 6 и :На вход элемента задержки, с выхода которого через врем  t зажержки импульс поступает на обнуление параллельного регистра 16. Далее работа схемы повтор етс . Разрешающа  способность Л преобразовател  определ етс  следующей формулой 21 где Т период фотоприемной матрицы по строкам; п - количество стобцов фотоприемной матрицы. Ширина Н щели измерительной линейки 3 определ етс  формулой Н у Т. cos ot , где об - угол разворота фотоприемной матрицы относительно щели. Угол oi разворота фотоприемной матрицы 6 определ етс  формулой ОС arctg() где а - размер фоточувствительного элемента по вертикали; b - размер фоточувствительного элемента по горизонтали; п - количество стобцов фотоприемной матрицы; 9 период фотоприемной матрицы по столбцам. L (а-тД) : О, где m 1,2,3,,..,2п - целые числа; L - минимальна  положительна  разность между величиной а и максимально возможной величиной , кратной разрешающей способности Д . В качестве примера приведен расет дл  фотоприемной матрицы 6100 МОО, имеющей следующие параметры: 50 мкм - период матрицы; а в kO мкм - размер фоточувствиельной  чейки; п 100 - количество толбцов матрицы. Тогда разрешающа  пособность Л будет равна - ° 0,25 (мкм). 2-100 Угол разворота матрицы 6 относиельно щели измерительной линейки удет равен

((l)

ifO

arctg 0,008

arctg

99-.50+«0

. где L e mln(a-mA) 0 при m 160.

10373118

Таким образом, в предложенном фо тоэлектрическом преобразователе перемещений в код разрешающа  способiноеть в несколько раз аьпие, чем мини5 мальные размеры чувствительных элементов фотоприемной матрицы. Этим и определ етс  технико-эконо мческий эффект от его использовани .

cpwe.l

Iff t

/Д ;

0t/ 2

|х

.З

Claims (1)

1. ФОТОЭЛЕКТРОН ЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД, содержащий последовательно расположенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под углом 0<οί к штриху измерительной линейки, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены генератор импульсов, счетчик, элемент ИЛИ-НЕ, дешифратор опроса строк матрицы, формирователи импульсов, параллельный регистр, дешифратор комбинаций, блок преобразования комбинационного кода в двоичный код, элемент задержки, регистр точного отсчета и регистр грубого отсчета, выход генератора импульсов соединен с входом счетчика, η разрядов которого соединены с η входами регистра грубого отсчета, η входами дешифратора опроса строк и η входами элемента ИЛИ-НЕ, а (п+1) разряд счетчика соединен с входом управления дешифратора опроса строк матрицы и (п+1) входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра точного отсчета, с входом элемента задержки и входом стирания информации фотоприемной матрицы, адресные входы строк которой соединены с 2^П выходами дешифратора опроса строк матрицы, а выходы столбцов фотоприемной матрицы соединены с формирователями импульсов, выходы которых соединены с входами параллельного регистра, выходы которого соединены с входами дешифратора комбинаций, выходы которого соединены с входами блока преобразования комбинационного кода в двоичный код, выход которого соединен с входами регистра точного отсчета, выход элемента задержки соединен с входом обнуления параллельного регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с входом синхронизации регистра грубого отсчета.

   ts СО £ >