SU1208570A1 - Устройство дл считывани графической информации - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано дл  считывани  графической информации . Цель изобретени  - повьшение точности и быстродействи . Устройство содержит электроакустические преобразователи, линейные координат-, ные микрофоны, врем импульсные преобразователи , блок управлени , регистр числа блокировок, счетчики координат, регистр эталонного рассто ни , генератор тактовых импульсов , накапливающий сумматор. Каждый из врем импульсных преобразователей содержит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, элемент И, микрофонный усилитель-формирователь. Устройство обеспечивает высокую точность измерени  координат в широком диапазоне изменений параметров звукопровод щей среды. 1 ил. i (Л to о 00 ел

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  полуавтоматического считывани  координат точек.

Известны акустические устройства дл  считывани  графической информации , содержащие электроакус-, тические преобразователи блок сравнени , приемники акустических колебаний , врем импульсные преобразователи , счетчики координат,генератор тактовых импульсовJ блок посто нной пам ти, дешифратор, блок вычитани  кодов, сумматор и преобразователь код-напр жение.

Однако известное устройство имеет большой аппаратурный состав, основной объем которого составл ют арифметические блоки, и низкое быстродействие, вследствие осуществлени  нескольких циклов коррекции перед каждым измерением,

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  считывани  графической информации, содержащее электроакустические преобразователи , акустически св занные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам врем - импульсных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управл ющие входы которых подключены к первому и второму выходу блока управлени , третий и четвертый выход которого соединены с вторыми входами врем - импульс ых преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключены соответственно к п тому и шестому выходам блока управлени j генератор тактовых импульсов, соеди- енный с п тьгми входами врем импуль- сных преобразователей.

Недостатком данного устройства  вл етс  то, что оно не обеспечивает высокую точность в широком диапазоне изменений параметров звукопровод щей среды, вледствие использовани  дл  коррекции измерени  только целой части коэффициента коррекции, что приводит к накопленной ошибке , и низкое быстродействие.

Цель изобретени  - повьпие ие точности и быстродействи  устройства

Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство дл  считывани  граЛической информации содержит накапливающий сумматор и регистры, управл ющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управлени , установочные входы - к разр дным выходам счетчиков координат, а выходы - соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора , тактирующий вход которого

соединен с генератором тактовых импульсов , а выход - с шестыми входами врем импульсных преобразователей.

На чертеже изображено предлагаемое устройство,

Устройство содержит электроакустические преобразователи 1 и 2,.линейные координатные микрофоны 3 и 4, врем импульсные преобразователи 5 и 6, блок 7 управлени , регистр 8

числа блокировок, счетчики 9 и 10 координат, регистр 11 эталонного рассто ни , генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13, Каждьй из врем импульсных преобразователей содержит триггер 14, элемент И 15, элемент РШИ 16, элемент И 17, микрофонный усилитель- формирователь 18. Блок управлени  имеет выходы 1924 , и входы 25 и -26.

Электроакустические преобразователи 1 и 2 предназначены дл  излучени  коротких ультразвуковых импульсов. Координатные микрофоны 3 и 4 преобразуют прин тые

ультразвуковые импульсы в электрические сигналы. Врем импульсные преобразователи 5 и 6 вместе со счетчиками 9 и 10 предназначены

дл  преобразовани  времени прохождени  ультразвуковой волны в код координаты. Блок 7 управлени  служит дл  синхронизации работы всего устройства..

1

Регистр 8 числа блокировок в

цикле измерени  предназначен дл  хранени  избыточного числа импульсов . Счетчик 9 координаты X в цикле коррекции используетс  дл 

вычислени  избыточного числа импульсов , а в цикле измерени  координат осуществл ет счет откорректированной последовательности тактовых импульсов во врем импульсном

преобразов.ателе координаты X, Регистр 11 эталонного рассто ни  в цикле измерени  служит дл  хранени  величины эталонного рассто ни 

3

при данных параметрах среды. Генератор 12 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы дл  измерени  рассто ни .

Триггер 14 предназначен дл  формировани  пр моугольного импульса длительностью, равной времени прохождени  звука от электроакустического преобразовател  до микрофонов Триггер 14 устанавливаетс  в единичное состо ние от сигнала любого из электроакустических преобразователей , что позвол ет использовать блоки преобразовани  координат как в цикле коррекции, так и в цикле измерени .

Логический элемент И 15 предназначен дл  пропускани  тактовых импульсов в координатные счетчики во врем  прохождени  звука от электроакустического преобразовател  до микрофонов.

Логический элемент ИЛИ 16 предназначен дл  использовани  счетчика 1 дл  измерени  координаты Y в цикле измерени  эталонного рассто ни  в цикле коррекции.

Логический элемент И 17 с одним инверсным входом запрещает прохождение избыточных импульсов из последовательности тактовых импульсов , поступающих в счетчики 10- и 9 в цикле измерени .

Электроакустический преобразователь 1 св зан с выходом 23 блока 7 управлени  и единичными входами триггеров 14 врем импульсных преобразователей 5 и 6. Координатные микрофоны 3 и 4 подключены к соот- ветствующим блокам 5 и 6,каждый из которых содержит последовательно . включенные усилители-формирователи 18, триггеры 14, логические элементы 15 И, ИЛИ 16, И 17 с одним инверсным входом и координатные счетчики Y 10 и X 9. Электроакустический преобразователь 2 подключен к выходу 22 блока 7 управлени  и единичным входам триггеров 14 блоков 5 и 6. Блок 7 управлени  входом 26 св зан с кнопкой Пуск (не показана ) , размещенной на электроакустическом преобразователе 1, а выходами 24 и 25 - с элементом И 17 блоков 5 и 6. Регистр 8 числа блокировок входами соединен с разр дными выходами координатного счетчика X 9, управл ющим входом - с выхо085704

дом 19 блока 7 управлени , а выходами - с вычитающим входом накапливающего сумматора 13. Регистр 11 эталонного рассто ни  входами сое- 5 динен с разр дными выходами счетчика Y 10, управл ющим входом - с выходом 19 блока 7 управлени , а. выходами - с суммирующим входом накапливающего сумматора 13. Накапливаю10 щий сумматор 13 выходом знакового разр да соединен со входами врем - имрульсньгх преобразователей, а тактирующим входом - с выходом генератора 12 тактовых импульсов. Гене15 ратор 12 тактовых импульсов св зан с элементами И 15 блоков 5 и 6,

Принцип работы устройства основан на измерении времени прохождени  фронта ультразвуковой волны от элект20 роакустического преобразовател  до микрофона. При изменении параметров окружающей среды измен етс  скорость распространени  звуковой волны. Дл  расчета корректур изме25 ренной координаты используют эталонный канал, состо щий из неподвижно укрепленного электроакустического преобразовател  2 и микрофона X. За врем  прохождени  звуко3Q вой волной рассто ни  от эталонного источника до микрофона ЗХ на счетный вход счетчика X 9 от генератора 12 тактовых импульсов поступает X импульсов. Частота генера5

тора выбрана так, что Хд° Х во всем диапазоне изменений параметров среды, в котором предполагаетс  использовать устройство. X, - истинна  координата эталонного источника ) . Если из последовательнос- ти Х исключить дХ,-() импульсов , то получают истинную координату эталонного источника.

При измерении координаты произвольной точки необходимо исключить из Х.° количество импульсов

х- -t

N -{- fiXg,- где Х,° - количество.

которое поступает на вход счетчика 9Х от тактового генератора 12 за врем  прохождени  фронтом звуковой волны рассто ни  от электроакустического преобразовател  1 до микрофона ЗХ.

55- Измерение координат произвольной точки разбиваетс .на два цикла:

1. Измерение X ° и одновременное вычисление лХ,

2„ Измерение координат Y, .

Устройство работает следующим образом.

Дл  измерени  координат электроакустический преобразователь 1 совмещают с требуемой точкой. По команде из блока; 7 в счетчик 9 координаты X записывает число,  вл ющеес  дополнением эталонного рассто ни  до величины , т.е. число 2 -Хд , Затем производ т возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 2. Синхронно с запуском ультразвука блок 7 управлени  разрешает поступление импульсов н счетчик 9 координаты X и счетчик 10 координаты Y, В момент , когда фронт звуковой волны достигает микрофона 3, врем импульс ные преобразователи прекращают поступление импульсов в счетчики 9 , . и 10. В счетчик 10 записываетс  ХД а в счетчике 9 - () +iXg, Следовательно, в младших разр дах счетчика 9 записываетс  iX, а в (n-t-1) разр де - единица. Затем по команде из блока 7 содержимое счетчика 10 записываетс  в регистр 11 а содержимое считчика 9 - в регистр 8. На этом первый цикл заканчиваетс .

Цикл измерени  координат начинаетс  с того, что по команде блока 7 управлени  производ т возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 1. Синхронно с возбуждением начинаетс  счет импульсов счетчиками 9 и 10. Дл  по снени  принципа коррекции введем следующие обозначени :

а- - количество заблокированных импульсов к i-му такту,

Ь; - количество импульсов, сосчитанных счетчиком координат этому такту.

Если ошибка измерени  равна О,

то

Ь1

AxV

4Х,

К

отсюда лХд-Ь; Х. а; или а. Х -Ь; йХ,, 0. Обозначим F а;; X -bjuX-j. Это оценочна  функци  коррекции, котора  хранитс  в сумматоре 13 и ее знак совпадает со знаком ошибки измерени . Если , то из последовательности тактовых импульсов исключено недостаточное число импульсов. Если

08570 ;6

, то наоборот. Если а 0, то ошибки нет. В начальный момент а О, Ь;; О и, следовательно,. Устройство следит за знаком Г,ко- 5 торый содержитс  в знаковом разр де сумматора 13. Знаковый разр д сумматора 13 содержит эдиницу, при И , ноль при . В начальный момент в сумматоре 13 содержитс  О. О Рассмотрим как измен етс  F на i-oM импульсе

F- .дХ,

Рассмотрим два случа . 5 1. Блокировка, т.е. из последовательности выбрасываетс  один импульс

b,4i ; и а,.., а; + 1

20 Тогда

PU, (a; + 1)X;-b;.AX,F..+X

2, Неблокируемый счет Ь;„ Ь;+1 и а аТогда

F;,, a;X;-(b;-H)uX F;-AX,.

Сумматор 13 работает следующим образом.

Если в результате вычислений на предыдущем шаге , то выполн етс  вычитание F-X , т.е. из содержимого сумматора 13 вычитаетс  содержимое регистра 8, Если F-iO, то выполн етс  сложение F+X, т.е. содержимое сумматора 13 суммируетс  с содержимым регистра 11. Так как в начальный момент в сумматоре 13 F О и с каждым тактом устройство стремитс  уменьшить ошибку, то в ходе вышеописанного функционировани  в сумматоре 13 опшбка измерени  не превьшает одного импульса. Заметим , что отсюда следует, что разр дность сумматора 13 не превьшзает разр дности регистра 11.

Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входе выгодно отличает предлагаемое устрой-, ство от устройства-прототипа, так как устран ет накапливаемую ошибку, получаемую в устройстве-прототипе, вследствие использовани  дл  коррекции измерени  только целой час- ти коэффициента коррекции. Оценим эту ошибку. В прототипе коэффициент

X коррекции К ent(), так как

ЬЛа

деление там производитс  на счетчиках . При измерении координаты произвольной точки Х. из нее исключаетX с  импульсов. При измерении

-ь

координаты произвольной точки Х.°

X из нее будет исключено импуль COB ,no3TObfy ошибка при измерении координаты произвольной точки X , будет равна

to fv-v

(1)

(к-к )

(1) видно, что мак

п л -1 -1-

К . к

у где К . Из

iAg

симальна  ошибка при измерении .координаты Х.° в .устройстве-прототипе пр Х порциональна jf( (2).

Расширение рабочего диапазона предлагаемого устройства, св занное с изменением параметров звукопровод щей среды, приводит к расширению интервала измерени  коэффициента ко

рекции. Из (2) видно, что на величину возможной ошибки наибольшее вли ние оказьгеает минимальное значение коэффициента коррекции, которое уменьшаемс  с ростом температуры и других факторов, привод щих к росту скорости звука. I

Оценим величину ошибки измерени  координат в устройстве-прототипе при изменении температуры воздуха в

1000

о/

пределах 20±10°С на планшете хЮОО мм. Скорость звука при равна v, 337,8-10 мм/сек, а при t ЗОЧ - v 349,6-10 мм/сек. Врем  прохождени  звука от электро- акустического преобразовател  до микрофонов соответственно равны:

.-е

.

2960ПО

с.

Ь

2867-10

-е

- i-v lw/ Г УС.

2,J

Коэффициент коррекции К ent(-)

ИХ

31.

Использу  (2), оценим максимальную ошибку измерени 

° mq (j -r-JJ - 0,001 Х|.

Ошибка составл ет 0,1% измер емого рассто ни , что вполне удовлетворительно .

EcjjH температура воздуха измен етс  в пределах 10±5П°С, то расчеты дл  устройства с таким ее рабочим планшетом показываю, что макси- мальна  ошибка увеличиваетс  до 2,8% измер емого рассто ни .

В предлагаемом устройстве ошибка измерени  сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств - величине дискретности,соответствующей одному импульсу. Кроме того, в предлагаемом устройстве цикл вычислени  номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерени  координат , что приводит к увеличению

быстродействи  устройства (по сравнению с прототипом) на 33%.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  считывани  графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустически св занные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам врем импульсньтх преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управл ющие входы которых подключены к первому и втopo ry выходам блока управлени , третий и четвертый выходы которого соединены с вторьми входами врем импульсных

   преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакусти- ческих преобразователей подключены соответственно к п тому и шестому выходам блока управлени , генератор тактовых импульсов, соединенньш с п тыми входами йрем импульсных пре- - образователей, отличающее - с   тем, что, с целью повышени  точности и быстродействи  устройства , оно содержит накапливающий сумматор и регистры, управл ющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управлени , установочные входы - к разр дным выходам счетчиков

   координат, а выходы - соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирую- щий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выходс шестыми входами врем импульсных преобразователей.

   Редактор А.Ревин

   Составитель Т.Ничипорович

   Техред М.ПароцайКорректор Е.Сирохман

   Заказ 290/59 Тираж б73Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Филиал ППП. Патент, г„ Ужгород, ул. Проектна , 4