SU612241A1 - Счетно-импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс .и цифровой технике и может быть использовано в цифровых приборах с частотными датчиками , например, в двухчастотных лазерных измерител х перемещений (угловых или линейных) и рассто ний, в которых измер ема  величина преобразуетс  в прпорциональный ей времэнной сдвиг выходных сигналов интерферометра, выражаемый как в целых периодах, так ив дол х периода. Этот сдвиг, отнесенный к величине периода, должен быть умножен на коэффициент пропорциональности равный, натгример, дл  двухчастотногр лазерного интерферометра, длине волны лазера.

Известны устройства, вьдтолн ющие эту операцию на основе число-импульсных или цифровых преобразований 11 . Цифровое преобразование позвол ет достаточно просто выводить поправки на атмосферные услови , т.е. на измене- НИН коэффициента пропорциональности, однако, оно требует большого количества оборудовани . Более простыми  вл ютс  число-иютульсные преобразователи , содержа1цие накапливающий сумматор , на входы которого заведено значеtve длины волны лазера, соединенный

2

с реверсивным счётчиком 2J, Последний подключен к блоку индикации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  счетноимпульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный содержащий делители частоты опорного и информационного сигналов, входы которых соединены с первым и вторым входг1ми устройства, а выходы соединены с входами вычитател  частот, блок управлени , первый вход которого соединен с выходом делител  опорног сигнала, блок сумматоров, соединенный

Claims (3)

1. входами с выхопами вычитател  частот , блока управлени  и счетчика коррекции , элементы И-НЕ, 2 И-ИЛИ и И, генератор импульсов, первый1 3-триггер и первый дифференцирующий эле-. мент, причем второй выход вычитател  частот соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу блока управлени  и через дифференцирующий элемент входу 5 первого Кб -триггера, вход ,U которого через элемент И подключен к выходу делител  частоты информационного сигнала, первый выход первого RS -триггера подключен К первому входу элемента 2 И-ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход к входу счетчика коррекции, выход элемента И-НЕ соединен с вторым входе элемента Известные счетно-импульсные преобразователи имеют низкую точность, вызванную тем, что при изменении амплитуды сигналов и при изменении порога срабатвшани  формирователей, формирующих из синусоидальных сигнал импульсные последовательности,, мен ютс  показани  преобразовател  из-за того/ что в них дл  формировани  им пульсных сигналов используютс  лишь положительные переходы синусоиды через нуль. Цель изобретени  - повышение точности преобразовани . Достигаетс  это.тем, что в преобр зователь введены триТ 6-триггера, дв дифференцирующих элемента, элемент причем третий вход устройства соеди нен с входом Т второгоТ 3-триггера, вход 6 которого через второй диффе ренцирующий элемент соединен с вторым выходом первого IRS -триггера, выкод второго RS -триггера через третий дифференцирующий элемент соединен с входами R третьего и четвертого RS триггеров , вход S последнего соединен с выходом блока управлени , выход четвертого RS -триггера соединен с первым вхс с 1 второго элемента И, торой вход которого соедиг иен с четвертым входом устройства, выход второго элемента И соединен с входом S третьего -триггера, выход которого соединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ, Четвертый вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, второй вход блока, управлени  соединен с вторьм выходом делител  частоты опор ного сигналй. На фиг. I показана функциональма  схема преобразовател ; на фиг, 2 {Временные диаграммы/ по сн ющие ра|боту преобразовател . Предлагаемый счетно-импульсный преобразователь содержит делитель частоты опорного сигнала 1, соединен ный входом с первым входом устройств выходе совпадени  нулей во всех его разр дах (выходом О) - с первыми входами вычитател  частот 2 и блока управлени  3, а выходе совпадени  единиц во всех разр дах (выходом ) - с блоком управлени  3. Вторым входом устройства  вл етс  вход делител  частоты информационного сигнала 4, выход OV которого соединен с вторым входс 1 вьлчитател  час тот 2 и с первым входом элемента И 5 Выход последнего соединен с входом 1 RS-триггера 6, а второй вход - с эл ментом И-НЕ 7, первый вход которого соединен с выходом вычитател  частот 2, индуцирующим совпадение выходных импульсов делителей 1 и 4, а второй с выходом О блока управлени  3 (импульс на выходе О блока управ- лени  по вл етс , когда во всех разр дах счетчика блока управлени  3 и делител  частоты опорного сигнала 1 устанавливаетс  О). Преобразователь также содержит элемент 2 И-ИЛИ 8, RS -триггер 9, -триггер 10, RS -триггер 11, элемент И 12, генератор импульсов 13, счетчик- коррекции 14, блок сумматоров 15, первый, второй и третий дифференцирующие элементы - соответственно 16,17, 18, Вход б триггера 10 подключен к выблока управлени  3, а выход триггера - к входу элемента И 12, выход которого соединен с входом триггера 11. Выход триггера 11 подключен к второму входу элемента 2И-ИЛИ 8,1, третий и четвертый входал которого соединены с перВБМ и вторым выходами генератора тактовых импульсов 13, а выход - с входом счетчика коррекции 14. Выходы счетчика коррекции 14 соединены с Ёходами блока сумматора 15, к другим входам которого подключены вто;рой ёыход вычитател  частот 2 и третий выход блока управлени  3. Устройство работает следующим образом . На первый и второй его входы поступают импульсы, сформированные от передних фронтов, а на четвертый и третий - ОТ задних фронтов опорных и информационных импульсов, соответственно , которые получаютс  из .синусоидально1:о сигнала интерферометра р дв xчacтoтным лазером с помощью безгистерезисных усилителей-ограничителей с двухсторонним ограничением выходных сигналов. Опорна  и информационна  последовательности с первого и второго входов устройства дел тс  делител ми 1 и 4, соответственно, а затем через вычитатель частот 2 поступают в блок сумматоров 15, где разность поделенных опорных и информационных ил пульсов умножаетс  на соответствующий коэффициент и суммируетс  с содержимым счетчиком коррекции 14. Содержимое счетчика 14 представл ет собой код полусумм двух длительностей и Eg S перва  - от заднего фронта опорного импульса KQ-I до заднего фронта информационного импульса К U ; от переднего фронта опорного импульса Kg до переднего фронта информационного импульса К у , Полусумма, этих длительностей равна временному сдвигу между серединами поделённых по частоте опорного и информационного импульсов плюс половина входного опорного периода (ошибка в .полпериода будет систематической и дл  ее нсключь:ни  в первый сумматор можно занести код этой ошибЛ с противоположным знаком). Формирование длительностей начинаетс  с момент когда в делителе частоты опорного сигнала 1 и счетчике блока управлени  3 установ тс  единицы во всех разр да в этот момент с выхода управлени  3 поступает импульс, соответствующий переднему фронту импульса Кд-1, который устанавливает триггер 10 в единичное состо ние. Схема. И 12 пропускает на триггер 11, формир; Ю1ций длительность t j , импуль от заднего фронта входного опорного импульса, который ставит триггер 11 в единичное состо ние, что дает возможность импульсам с первого выхода генератора 13 пройти через элемент 2 И-ИЛИ 8 на вход счетчика 14. Через один период входного опорного сигнал с вьлхода О блока управлени  3 Ьоступает импульс от переднего фронта Kg -го опорного импульса, став щий триггер б, который формирует длитель ность tg в единичное состо ние. Триг гер б сбрасываетс  импульсом с выхо да делител  частоты информационного сигнала 4. В случае, если этот импульс совпадает с опорным импульсом став щим триггер б в , с выхода блока сумматоров на вход схемы И-НБ 7 поступает Ч , иа выходе этой схемы по вл етс  О, запреща ющий прохождение импульса с делител  4 через схему И 5 на сброс триггера б. Триггер б сбрасываетс  следующим импульсом с выхода делител  4. Длительность Jg эта длительность получалась и использовалась в прототипе ) , сформированна  триггером б, заполн етс  импульсами с второго выхода генератора 13 (эти импульсы отсто т от импульсов с первого выхода генератора на половину их периода}, который через элемент 2И-ИЛИ 8 посту пает нг вход счетчика 14. Таким образом , счетчик 14 одновременно форми t)yeT код 1 + f 2. за счет того, что импульсы, заполн ющие . и t сдвин ты друг относительно друга. Яа фиг. 2 отражены два случа  с разным.порогсм срабатывани  усилител -формировател  опорного сигнала при неизменном сдвиге фаз между опорным и информационнш4 сигналами. Рассмотрим случай равных частот, хот ,все сказанное справедливо и дл  случа  разных частот, на -диаграммах д И изображены синусоидальные опорный и информационный сигналы и соответствук цие им импульсные последовательности , сформированные безгистереаиснь94и усил тел ми-формиро;ваУёл ми . На этих диаграммах обознач ны; Т - период опорного сигнала; t - ременной сдвиг максимумами опорной и информационной синусон 1 и tj - половины длительностей опо ного и информационного импульсов, соответственно;, - импульсы, сформированные от переднего фронта ограниченного опорного сигнала, поступающие на первый вход устройства ДГ,, импульсы, сформированные от переднего фронта ограниченного информационного сигнала, поступающие на второй вход устройстваj-lT jKUg - импульсы, сформированные от задних фронтов ограниченных инфор 1ационного и опорного сигналов, посГтупающих на третий и четвертый входы устройства, соответственно . Если опорный импульс KO -1 устанавливает делитель 1 и счетчик блока управлени  3 в состо ние всех единиц, тогда от заднего фронта этого импульса начнетс  формлирование длительности t . От переднего фронта следующего опорного импульса Кд начнетс  формирование длительности tji которое закончитс  с приходом «шпульса от переднего фронта информационного {1мпульса 1/ jj ,-с приходом импульса от заднего фронта Ц ц закончитс  формирование длительности tj. Как видно из временных диаграмм 2«WtzПолусумма сформированных длительностей равна Если к предыдущему моменту формиро ванйл.длительностей -t. а произошло изменение уровн  срабатывани  усилител -формировател  опорного сигнала и полутлирина опорного импульса стала ргшной -t, , то при этом l To-t; t2 i ti -e-i;, и 2 - 2 В случае же измерени  времедного сдв.ига только по передним фронтам (как это делаетс  в известных, ранее упом нутых счетно-юетульсных преобразовател х ) , получаютс  разные результаты . Предлагаемый счетно-импульсный преобразователь использован в блоке обработки измерител  перемещений ДИП- 2 его так же предполагаетс  использовать в блоке измерител  дальности, разрабатываемого на основе прибора ДИП-
2. 2. Применение этого преобразовател  на пор док повысило точность измерител  ДИП-2 и приблизило ее к разрешающей способности электронного блока прибора, равной 2 нм. Это повышение , точности прибора ДИП-2 особо важно при использовании его дл  измерений малых деформаций, коэффициентов линейного расширени , коэффициентов упругости и других физических и механических величин. Совместно с ИЯФ СО АН СССР проведены работы по пр менению измерител  ДИП-2, использующего предлагаемый счетно-импульсный п обраэователь дл  компарировани  рабоч мер длиной от 1 до 25 м. Установлено что применение ДИП-2 уменьшает врем  компарировани  более, чем в 5 раз, при этом точность компарировани  возрастает приблизительно на пор док Кроме того отпадает необходимость в сверке дорогосто щих эталонных мер в специализированных метрологических организаци х, так как эталоном служит длина волны лазера. Формула изобретени  Счетно-импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный, содержащий делители частоты опорного и информационного сигналов, входы которых соединены с nepBijM и вторым входами устройства а выходы соединены с входами вычитател  частот, блок управлени , первый вход которого соединен с выходом дели тел  опорного сигнала, блок сумматоров , соединенный входами с выходами вычитател  частот, блока управлени  и счетчика коррекции, элементы И-НЕ, 2 И-ИЛИ и И, генератор импульсов, первый -триггер и первый дифференцирующий элемент, причем второй выход вычитател  частот соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к заходу бло ка управлени  и через дифференцирующий элемент к входу S первого T Sтриггера , вход Т которого через элемент И подключен к выходу делител  частоты информационного сигнала, пер

   вдЛ

   л./

   I Н I I вый -выход первого RS -триггера подключен к первому входу элемента 2 И- ИЛИ, второй вход которого подключён к выходу генератора импульсов, а вы- ход - к входу счетчика коррекции, выход элемента И-НЕ соединен с вторым входом элемента И, отличающийс  тем, что, с целью повьиаени  точности преобразовани , в него введены три -триггера, два дифференцируквдих элемента, элемент И, причем третий вход устройства соединен с вхо дом R второго 46 -триггера, вход 5 которого через второй дифференцирующий элемент соединен с вторым выходом первого TtS -триггера, выход второго -триггера через третий дифференцирующий элемент соединен с входами третьего и четвертого RS триггеров , причем вход S последнего соединен с выходом блока управлени , а выход - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с четвертым входом устройства, выход второго элемента И соединен с входом S - третьего RS -триггера, выход которого соединен с третьим вхо дом элемента 2 И-ИЛИ, четвертый вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов; второй вход блока управлени  соединен с вторым выходом делител  частоты опорного сигнала, Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе: 1.Алькаев М, И. и др. Система на основе малой ЭВМ дл  измерени  перемещений с помощью лазерных интерферсйиетров . Автометри , 1973, 3, с. 52. 2.Патент США, № 3602698, кл. 235-92, 1971.
3. 3.За вка 1875347/24, 1974, по которой прин то положительное решение .