SU1150765A1 - Преобразователь перемещени в код - Google Patents

Abstract

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источники излучени  грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучени  точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодул тором , на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделитёльным элементом, третьей линзой , дорожкой точного отсчета кодирующего диска, четвертой линзой и фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотоприемник, установленный на другой оптической оси последовательно расположенных п той линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименньй усилит.ель е первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого , п того и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика , вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управл €;мые источники питани  с третьими входами четвертого, п того и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучени  точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилител , выход которого подключен к входу преобразовател  кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока с согласовани  отсчетов, выход фотопри---емника точного отсчета через второй (Л усилитель соединен с первьм входом с: преобразовател  напр жение - код, о т л и ч а ю щи и с   тем, что, с целью повышени  точности преобразо с вател ,в н.его введены триггер,интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной- регистр j блок .коррекции точел ного отсчета, формирователь управл ющих импульсов, а светомодул тор ч| содержит три маски из прозрачных и Од непрозрачных штрихов одинаковой шиСП рины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага щТрихов первой маски , а щтрихи .третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски , выходы кольцевого счетчика соединены с входами форшфовател  управл ющих импульсов, первый выход которого соединен с первьм входо триггера , а второй и третий выходы соединены с управл ющими входами блока коррекции, точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом

Description

цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразовател  напр жение-код, выходы которого подключены к входам блока коррекции точного отсчета, втора  группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласовани  отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управл ющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а выход  вл етс  выходом преобразовател . 2. Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что блок

коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компаратор, преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены с входами и с первой группой выходов блока, управл ющие входы первого и второго регистров соединены с управл ющими входами блока, информационные выходы первого регистра через преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключател  , управл киций вход которого соединен с выходом цифрового компаратора , входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключател  подключены к второй группе . выходов блока .

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронньм устройствам дл  преобразовани  аналоговых величин в цифровую форму, и предназначено дл  использовани  в измерительных системах.

Известен преобразователь перемещени  в код, содержащий последовательно расположенные источники излучени  точного и грубого отсчетов, светомодул тор в виде лимба, установленного на камертоне, кодовый диск с дорожками точного и грубого отсчетов, блок преобразовани  и выходной блок Cl 3Однако такой преобразователь характеризуетс  недостаточной точностью котора  определ етс  огра1шченной точностью светомодул тора.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  преобразователь перемещени  в код, содержащий источники излучени  грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу , дорожки грубого отсчета кодирующего диска   вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучени  точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодул тором , на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой , дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой с фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотопрнемник, установленный на другой оптической оси последовател14го расположенных п той линзы и светоде0 лительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи

5 входы которых Соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого , п того и шестого аналоговых ключей и выходами кольцевого счетчика , вход которого соединен с выходом

0 генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управл емые источники питани  с третьими входами четвертого, п того и шестого аналого25 вьрс ключей, выходы которых соединены с входами источников излучени  точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами

первого усилител -, выход которого

30 соединен с входом пр1еобразовател  кодов , выходы которого соединены с первой группой входов блока согласовани  отсчетов, выход фотоприемника то ного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразова тел  напр жение - код L2J. Однако известный преобразователь характеризуетс  недостаточной точнос тью обусловленной уходом параметров электронной схемы преобразовател  и, в первую очередь, источников излучени , нестабильностью фазы первой гармоники сигнала на выходе усилителей , котора  по вл етс  при узкой полосе пропускани  усилител . Расаирение полосы пропускани  усилител  приводит к искажению сигнала ввиду наличи  других гармоник сигнала. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем что в преобразователь перемещени  в код., содержащий источники излучени  грубого отсчета, оптические соединенные через последовательно распо ложенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета коди рующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучени  точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодул тором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой с фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотоприемник, установ ленный на другой оптической оси последовательно расположенных п той линзы, и светоделительного элемента, выход -дополнительного .фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, п того и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика, вход которого соеди нен с выходом генератора,, выходы пер-50 с

, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управл емые источники питани  с третьими входами четвертого, п того и шестого аналоговь{х ключей, аыходы которых соединены с входаш источников излучени  точного отсчёта, выходы фотоприемников грубого отсчеблока , управл ющие входы первого и второго регистров соединены с управл ющими входами блока, информационные выходы первого регистра через. 55 преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключател , управл ю1ций вход которого соединен с выходом цифрового компервого усита соединены с входами соединен с лител , выход которого кодов, выходы входом преобразовател  которого соединены с первой группой входов блока согласовани  отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразовател  напр жение - код, введены триггер, интегрирующий усилитель, цифровой компаратор , выходной регистр, блок коррекции точного отсчета, формирователь управл ющих импульсов, а светомодул тор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой пшрины , щтрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски , а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски , выходы кольцевого счетчика соединены с входами формировател  управл ющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера , а второй и третий выходы соединено с, управл юодши входами блока коррекции точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразовател  напр жение - код, выходы которого подключены к группе входов блока коррекции точного отсчета, втора  группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласовани  отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управл ющий вход которого соединен с вторым ыходом кольцевого счетчика, а.выход вл етс  выходом преобразовател . Блок коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компараторJ преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены входами и с первой группой выходов паратора, входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключател  подключены к второй группе выходов блока. На фиг. 1 представлена структурна схема преобразовател ; на фиг. 2 маски светомодул тора, размещенные относительно дорожки точного отсчета кодирующего диска; на фиг. 3 - време на  диаграмма напр жений; на выходе усилител  фотоприемника точного отсчета . Преобразователь содержит источники 1 излучени  грубого отсчета, источники 2, 3 и 4 излучени  точного отсчета, светомодул тор 5, светоизол торы 6, щелевую диафрагму 7, свето делительный элемент 8, линзы 9 и 10 кодирующий диск 11, вал 12, дорожки 13 грубого и 14 точного отсчетов, линзы 15 и 16, фотоприемники 17 грубого отсчета, фотоприемник 18 точного отсчета, усилители 19 и 20, преобразователь 21 кодов, блок 22 согла совани  отсчетов, выходной регистр 23, дополнительный фотоприемник 24, усилитель 25, аналоговые ключи 26, 27 и 28, управл емь1е источники 29, 30 и 31 питани , аналоговые ключи 32, 33 и 34, генератор 35, кольцевой счетчик 36, триггер 37, интегрирующий усилитель 38, преобразователь 39 напр жение - код, формирователь 40 управл ющих импульсов, блок 41. кор .рекции точного отсчета, регистры 42 и 43, цифровой компаратор 44, преобразователь 45(сигналов в дополнительный ) код, цифровой переключатель 46 и цифровой компаратор 47. Источники 1 излучени  оптически соединены через линзу 9, дорожки 13 кодирующего диска 11 и линзу 15 с фотоприемниками 17, выходы которых электрически соединены с усилителем 19, источники 2, 3 и 4 излучени  светомодул тор6м 5 оптически соединены через линзу 10, дорожку 14 кодирующего диска 11 и линзу 16 с фотоприемником 18, выход которого через усилитель 20 электрически соеди иен с преобразователем 39 напр жение -.код, выход которого соединен С блоком 41 коррекции точного отсче та и цифровым компаратором 47, выхо компаратора 47 соединен с входом триггера 37, выход которого через .интегрирующий усилитель 38 соединен е входом преобразовател  39 напр жение - код, источники 2, 3 и 4 излучени  через светомодул тор 5, светоделительный элемент 8 соединены с фотоприемником 24, выход которого соединен через усилитель 25 и аналоговые ключи 32, 33 и 34 с входами управл емых источников 29, 30 и 31 питани , соединенных своими выходами через аналоговые ключи 26, 27 и 28 с источниками 2, 3 и 4 излучени  точного отсчета соответственно. Входы аналоговых ключей 32-34 и 26 - 28 и формировател  40 управл ющих импульсов подключены к выходу кольцевого счетчика 36, вход которого соединен с генератором 35. Кодируюн нй диск 11 имеет две дорожки 13 грубого отсчета и дорожку 14 точного отсчета. Дорожка 14 точного отсчета выполнена в виде маски с прозрачными и непрозрачными штрихами (фиг. 2), имеющими равные размеры , величины которых в угловой мере равны минимальному углу, через который измен етс  значение грубого отсчета, снимаемого с двух дорожек 13. На светомодул торе 5 нанесены три маски, кажда  из которых представл ет собой штриховой растр с равными прозрачньми и непрозрачными штрихами, причем втора  маска сдвинута относительно первой на половину.шага штрихов , а треть  - на четверть шага штрихов . Маски отделены друг от друга светоизол торами 6 и пропускают световой поток только от своего источника 2, 3 и 4 излучени  точного отсчета. Линза 10 формирует изображение масок на дорожке 14 точного отсчета таким образом, чтобы шаг штрихов масок совпал с шагом штрихов дорожки 14 точного отсчета. Преобразователь работает следующим образом. Генератор 35 вырабатывает импульсы, которые запускают кольцевой счетчик 36. На выходе счетчика 36 вырабатываютс  импульсы управлени , которые открывают аналоговые ключи 26, 27 и 28, подключа  управл емые источники 29, 30 и 31 питани  к соответствующим источникам излучени  2, 3 и 4 точного отсчета. Световой поток от источников 2, 3 и 4 излучени  проходит через соответствующие маски светомодул тора 5 и раздел етс  светоделительным элементом 8 на два потока, один из которых предназначен дл  измерени  углового перемещени  вала 12 и калибровки пре образовател  39 напр жение - код, другой - дл  коррекции величины свет вого потока от казкдого источника 2, 3 и 4 излучени  точного отсчета. Величина светового потока, приход щего на фотоприемник 18 от ка одого источн ка 2, 3 и. 4, зависит от взаимного расположени  масок и штрихов дорожки 14 точного отсчета. Измерение угла преобразователем происходит периодически. Период изме рени , состо щий из четырех тактов, задаетс  кольцевым счётчиком 36 в ви де двоичного кода на управл ющие вхо ды аналоговых ключей 32 - 34 и 26 28 (в качестве аналоговых ключей могут быть применены, например, четыре канальные мультиплексоры). На вход кольцевого счетчика 36 поступают импульсы с генератора 35. В первый такт периода измерени  (фиг. 3)к управл емому источнику 29 питани  через открытый аналоговый ключ 26 подключен источник 2 излучени  точного отсчета, освещаюпщй первую маску. Часть потока от источника 2 излучени  через светоделйтельны элемент 8 поступает на фотоприемник 24, сигнал с которого усиливаетс  усилителем 25 и через открытый анало говый ключ 32 подаетс  на управл емый источник 29 питани  дл  корректировки светового потока. Основна  часть потока с источника 2 излучени  попадает на дорожку 14 точного отсче та кодирующего диска 11, на которой формируетс  изображение первой маски светомодул тора 5, и далее через тшнзу 16 - на фотоприемник 18, напр  жение с которого через усилитель 20 поступает на преобразователь 39 напр жение - код дл  измерени . Код, снимаемый с выхода преобразовател  39 пропорционален попавшему на фотоприемник 18 световому потоку, а следовательно ,и углу oL поворота кодирующего диска 11 и поступает в блок 41 коррекции точного о.тсчета в виде дво ичного позиционного кода, где записываетс  в регистр 42 импульсом с фор№1роватед  40 импульсов. Во второй такт  ериода измерени  источник 3 излучени  точного отсчета , освещающий вторую маску, подключаетс  через открытый аналоговый ключ 27 к управл емому источнику 30 питани . В третий такт периода измерени  источник 4 излучени , освещающий третью маску, через открытый аналоговый ключ 28 подключен к управл ющему источнику 31 питани . Корректировка источников 30 и 31 питани  во второй и третий такты происходит аналогично корректировке источника 29 питани  в первом такте , измерени . Таким образом, световые потоки источников 2, 3 и 4 излучени  точного отсчета поддерживаютс  равными друг другу. В третий такт измерени  поток от источника 4 излучени  точного отсчета проходит через третью маску, линзу 10, дорожку 14 точного отсчета кодирующего диска 11, линзу 16 и поступает на фотоприемник 18 точного отсчета, напр жение с которого, усиленное усилителем 20, фиксируетс  преобразователем 39 напр жение .- код. Число в .виде двоичного позиционного кода поступает в блок 41 коррекции точного отсчета, где записываетс  в регистр 43 импульсом с формировател  40 управл ющих импульсов. В четвертый такт периода измерени  к источникам 29 и 30 питани  подключены через открытые аналоговые ключи 26 и 27 источники 2 и 3 излучени  точного отсчета. Световой поток от источников 2 и 3 точного отсчета проходит через линзу 10, дорожку 14 точного отсчета кодирующего диска 11 и линзу 16 на фотоприемник 18. В этом случае световой поток на выходе фотоприемника 18 также не зависит от углового положени  оС кодирующего .диска 11, напр жение на выходе фотоприемника 18 определ етс  выражением Ц где Ф - световой поток каждого источника (2 5 4 J J ) - коэффициент преобразовани  фотоприемника 18; f - функц11  пропускани  свето- модул тора 5; б - угловой размер прозрачного штриха. Напр жение с фотоприемника 18 точного отсчета через усилитель 20 поступает на преобразователь 39 напр жение - код, на выходе которого формируетс  код, который сравниваетс  на цифровом компараторе 47 с наперед за-

данным кодом, и результат сравнени  записываетс  в триггер 37 импульсом с формировател  40 управл ющих импульсов . Сигнал с триггера 37 через интегрирующий усилитель 38 воздействует на коэффициент преобразовани  преобразовател  39 напр жение - код таким образом, чтобы откорректировать двоичное позиционное число на выходе преобразовател  39 напр жение - код, если оно изменилось с предыдущего периода . Коэффициент преобразовани  преобразовател  39 напр жение - код . после корректировки в четвертом такте измерени  остаетс  неизменным до четвертого такта следующего периода, (до следующей корректировки). Такой корректировкой устран ютс  ошибки, вызванные изменением светового потока Ф от источников 2, 3, 4 излучени  точного отсчета, которое возможно ввиду нестабильности фотоприемника 24, усилител  25, а также общих нестабильностей в светоотдаче источников 2, ЗиЛ точного отсчета и характеристик управлени  источников 29, 30 и 31 питани :, устран ютс  также ошибки, вызванные нестабильностью фотоприемника 18 точного отсчета и усилител  20. При высокой тактовой частоте генератора 35 врем  между корректировками , коэффициента преобразовани  преобразовател  39 напр :5сение - код (четвертые такты периода измерени ) мало и указанные выше ошибки не сказьшаютс  на точности измерени  угла преобразователем.

Дл  устранени  вли ни  надочность преобразовани  угла поворота вала эксцентриситета вала, бо  подшипников и т.п. устанавливаютс  две (лучше четыре) диаметрально расположенные относительно кодирующего диска фотоэлектрические отсчетные системы.

Информаци  с дорожек 13 грубого отсчета снимаетс  с помощью щелевой диафрагмы 7.

С выходов фотоприемников 17 грубого отсчета снимаетс  однопеременный код, который через усилитель 19 поступает в преобразователь 21 кодов где преобразуетс  в позиционный двоичный код. Полученный позиционный двоичный код в блоке 22 согласовани  отсчетов корректируетс  по коду точного отсчета, который поступает из регистра 42 блока 41 коррекции точного отсчета через цифровой переключатель 46 пр мым или дополнительным кодом (в зависимости от сигнала или О на выходе цифрового компаратора 44). Код грубого отсчета с блока 22 согласовани  отсчетов и код точного отсчета с блока 41 коррекции точного отсчета поступает в выходной регистр 23 как информаци  об угле oi поворота.

Применение изобретени  обеспечивает повышение точности преобразовател .

Лерёи  f CfCKu Втора  маска Треть  аска

л

П

7 2 J 4 Г 2 3 4 1

Такть /Jepi od измерет 

Фиг.д

Фи2.2

Claims (2)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно . расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделитёльным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска, четвертой линзой и фотоприемником точного отсчета, дополнительный фоТоприемник, установленный на другой оптической оси последовательно расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика , вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие упpaBnatiMbie источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого подключен к входу преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока с согласования отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение - код, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя,в него введены триггер,интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной- регистр; блок коррекции точного отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой ширины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски, а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соединены с входами формирователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входов триггера, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами блока коррекции, точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом

SU.nl 150765

1 150765 цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразователя напряжение-код, выходы которого подключены к входам блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а выход является выходом преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компаратор, преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены с входами и с первой группой выходов блока, управляющие входы первого и второго регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра через преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключателя , управляющий вход которо го соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключателя подключены к второй группе . выходов блока.