SU769492A1 - Растровый интерпол тор - Google Patents

Description

(54) РАСТРОВЫЙ ИНТЕРПОЛЯТОР

Изобретение отиоситс  к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в линейных и круговых измерительных преобразовател х перемещени  рабочих органов станков, а такж.е в координатно-измерительных машинах.

Известен растровый интерпол тор -1 с множительными устройствами. Однако они ограничивают точность интерпол тора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  растровый интерпол тор, содержаший преобразователь с квадратурным выходом (на выходе два сдвинутых на /4 периода синусоидальных сигнала), устройство определени  мЬдул  величины (sin X) и (cos X) ,и сумматор 2. К измерительному преобразователю подключено устройство, образуюш,ее напр жение, прогюрциональное амплитуде сигналов измерительного преобразовател  (в дальнейшем - преобразователь, амплитуда оирнала - посто нное хналр жение). Это устройство включено на вход резистивного делител , выходы которого соответственно соединены, с первыми входами блока компараторов. Вторые входы компараторов подсоединены к сумматору, на выходе которого образуетс  треугольное напр жение (в дальнейшем формирователь треугольного напр жени ), а выходы через

блок логической обработки (счетчик) - к устройству цифровой индикации.

В этом интерпол торе сравниваютс  по . уровню мгновенное значение треугольного

5 напр жени  с фиксированными посто нными напр жени ми различной величины, полученными с резистивного делител . Число сформированных импульсов сравнени , фиксируемых компараторами, равно числу шагов дискретности в одной четверти периода входного сигнала. Таким образом, происходит Бнутришаговое деление периода, т. е. интерпол ци  сигналов. Число .компараторов должно соответствовать коэффициенту интерпол ции, т. е. определ ть разрешающую способность .интегратора.

Однако втаком интерпол торе при необходимости получени  .большой разрешающей способности, т. е. высокой дискретности , требуетс  большое число компарато20 ров, что значительно усложн ет конструкцию . Кроме того, невозможно оперативно . измен ть, коэффициент интерпол рции, что сужает функциональные возможности. Интерпол тор не универсален, так как при другом коэффициенте ннтерпол ции (что может быть вызвано подключением другого измерительного преобразовател  перемещений ) требуетс  измен ть число компара30 торов, т. е. требуетс  существенна  перенаадка схемы, что усложн ет эксплуатацию. Помехоустойчивость интерпол тора опре-. ел етс  числом компараторов, и так как на ухудшаетс  с ростом числакомп-арато-,, ов, то усложнено увеличение дискретности .

Целью изобретени   вл етс  упрощение стройства « повышение помехоустойчивости .Поставленна  цель достигаетс  тем, что в растровый интерпол тор, содержащий фотоэлектрический измеритель перемещений , выходы которого подключены ко входам преобразовател  напр жени  через формирователь треугольного напр жени  к первому входу нуль-органа, и реверсивный счетчик, первые входы которого соединены со входами блока индикации, введены генератор импульсов, сумматор по модулю два, последовательно соединенные первый инвертор, первый коммутатор и второй коммутатор |и последовательно соединенные третий коммутатор, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), второй инвертор II четвертый коммутатор, второй вход которого через ЦАП подключен к выходу преобразовател  напр жени , первый выход - ко второму нуль-Органа, а второй выход - ко второму выходу реверсивного счетчика и к первому входу сумматора по модулю два, соединенного вторым в;содом с первым входом третьего коммутатора и с третьим выходом реверсивного счетчика, а выходом - со вторым входом первого коммутатора , третий вход которого подключен ко входу первого инвертора и к выходу нуль-органа. Вторые входы третьего коммутатора соединены с первыми выходами реверсивного счетчика, подключенного входами через второй коммутатор к выходу генератора импульсов.

На фиг. 1 представлена структурна  схема интерпол тора, на фиг. 2 - таблица и диаграмма работы ЦАП.

Интерпол тор содержит фотоэлектри бский измеритель перемещений 1, формирователь треугольного напр жени  2, преобразователь напр жени  3, нуль-орган 4, четвертый коммутатор 5, ЦАП 6, второй инвертор 7, третий коммутатор 8, первый инвертор 9, .первый коммутатор 10, сумматор по модулю два 12, генератор импульсов 14, второй коммутатор, блок индикации 15.

Интерпол тор работает следующим образом.

Измеритель ./ формирует синусоидальный и косинусоидальный электрические сигналы, i oTopbie в формирователе 2 преобразуютс  в симметричное треугольное напр жение, а в преобразователе 3 -; в посто нное напр жение, пропорциональное амплитуде сигнала измерител  /. Треугольное напр жение с выхода формировател 

2 поступает на один вход нуль-opraHk 4, где все врем  сравниваетс  с треугольным ступенчатым напр жением, поступающим на его другой вход. Последнее формируетс  иа выходе ЦАП 6 и проходит на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5.

Принцип формировани  сигнала на выходе ЦАП б следующий. Генератор 14 формирует последовательность импульсов счета . Эти импульсы проход т через коммутатор 13, который в зависимости от коммутирующего сигнала направл ет их на вход счетчика // либо на щину «пр мого счета, либо на щину «обратно.го счета. Таким образом , счетчик 11 считает соответственно в пр мом или в обратном направлени х. Цифровые сигналы с разр дов счетчика // (кроме п-,то и л -1-го разр дов) поступают через коммутатор 8 на цифровые входы

ЦАП 6. При последовательном изменении дискретных входных сигналов в пор дке возрастани  дес тичных эквивалентов аналоговые напр жени  на выходе ЦАП 6 увеличиваетс  до емкости ЦАПа. При достижении максимального напр жени  выходное напр жение ЦАПа начинает ступенчато, снижатьс , хот  счетчик L1 считает в пр мом направлении.

Ниже в виде таблицы и диаграммы Дана дл  по снени , характеристика вход (цифровой) выход (аналоговый - ступенчатый ) ЦАПа (например, четырехразр дного ). Цифровые логические уровни составл ют О и il.

В формировании треугольного ступенчатого напр жени  на выходе ЦАПа 6 принимают участие все разр ды, кроме га-го (старшего) н (п-1)-го. В приводимом приMepfe (дл  четырехразр дного ЦАПа) аналоговое выходное напр жение формируетс  первым и вторым младшими разр дами. В первой четверти.(отмеченное столбцами Л, Б, В и Г) имеет место ступенчато-нарастающее напр жение на выходе ЦАПа, при

этом со счетчика 11 на ЦАП 6 через коммутатор 8 проход т цифровые сигналы впр мом коде. Управл ющ1 ми сигналами коммутетора 8  вл ютс  сигналы логического «О с выхода разр да изменени  направлени  кода (пр мого или обратного ), с разр да, расположенного перед старЩИМ разр дом. В столбцах Д, , Ж и 3 - управл ющие сигналы уже  вл ютс  логическими «1, поэтому коммутатор 8 пррпускает на цифровой вход ЦАПа 6 сингалы обратного кода, а на выходе ЦАПа образуетс  ступенчато-спадающее напр жение. Затем напр жение растет аналогично в столбцах И; К, Л и М и спадает; в столбцах Я, О,

Я и Р (пунктирна  лини ). Таким образом, на выходе ЦАП принципиально образуетс  напр жение без учета знака.

Рассмотрим св зи интерпол тора, обеспечивающие необходимое изменение знака

выходного напр жени  ЦАП 6. Это напр ение поступает на коммутатор 5, инверируетс  в инверторе 7 и подаетс  инвер1ированным на другой вход коммутатора 5. правл ющими сигналами коммутатора 5 вл ютс  цифровые сигналы старшего разр да (знакового) счетчика. Из таблицы идно, что в столбцах А, Б, В, Г, Д, Е, Ж 3 эти управл ющие сигналы  вл ютс  огическими «О - при этом на вход нульргана 4 проходит положительное напр жение (перва  половина периода выходного треугольного напр жени  ЦАП); в столбцах И, К, Л, М, Н, О, П & Р управл ющие сигналы  вл ютс  логическими «1 и поэтому на вход нуль-органа 4 через коммутатор 5 проходит отрицательное напр жение (после инвертировани ) - втора  половина периода выходного треугольного напр жени  ЦАПа 6.

На выходе коммутатора 5 образуетс  ступенчатое треугольное периодическое напр жение с учетом знака (фиг. 2, сплошна  лини ). В нуль-органе 4 происходит сравпение этого напр жени  с треугольным напр жением на выходе формировател  2.

Следует отметить, что в целом схема работает по компенсационному принципу, т. е. мгновенное значение ступенчатого напр жени  с выхода ЦАПа 6, точнее с выхода коммутатора 5, всегда стремитс  быть равным мгновенному значению напр жени  с выхода измерительного преобразовател  перемещений (формировател  2).

Если напр жение с выхода формировател  2 превыщает напр жение с выхода коммутатора 5, то на выходе нуль-органа 4 образуетс  положительный сигнал, который, проход  через коммутатор 10, должен воздействовать на коммутатор 13 так, чтобы импульсы счета с генератора 14 проходили на шину «пр мой счет счетчика 11. Это справедливо дл  первой и четвертой четвертей треугольного ступенчатого напр жени  (соответствующего столбцам А, Б, В, Г и Н, О, П, Р), в которых имеет место возрастание .

Дл  второй и третьей четвертей, если напр жение с выхода формировател  2 больше напр жени  с выхода коммутатора 5, необходимо, чтобы ступенчатое напр жение возрастало в другом направлении, т. е. необходимо, чтобы был подключен вход счетчижа 11.

Это осуществл етс  следующим образом . Как указывалось выще, положительный управл ющий сигнал коммутатора 13 подключает к его выходу щину «пр мого счета ; тогда отрицательный управл ющий сигнал на входе коммутатора 13 подключает к его выходу щ-ину «обратного счета счетчика //. При этом на входе коммутатора W всегда присутствуют два разных по знаку сигнала: один с выхода нуль-органа 4, другой - с выхода инвертора 9. Подача того или иного сигнала на вход коммутатора 13 осуществл етс  сигналом с выхода сумматора 12 по модулю два. На вход этого сумматора подаютс  два сигнала: с выхода старщего (знакового) разр да и с выхода

разр да, расположенного перед ним (т. е. с п-то и с п-1-го).

Выходные сигналы сумматора 12 по модулю два  вл ютс  логическими «О в первой и четвертой четверт х (в столбцах Л, Б,

В, Г и Н, О, П, Р (при этом на вход коммутатора 13 через коммутатор 10 подаетс  сигнал с выхода нуль-органа 4, а во второй и третьей четверт х (в столбцах Д, Е, Ж, 3 и И, К, Л, М) - логическими «1, при

этом на вход коммутатора 13 поступает сигнал с выхода инвертора 9, и импульсы с генератора 14 проход т на щину «обратный счет счетчика 11.

Кроме того, сигналы с выхода измерител  1 перемещений преобразуютс  в преобразователе 3 «амплитуда сигнала - посто нное напр жение в посто нное напр жение , служащее опорным напр жением ЦАП 6. Это обеспечивает исключить погрещности , возможные йЗ-за изменени  величины амплитуды сигнала измерител  / перемещений, котора  всегда имеет место пз-за изменени  (или колебаний) светового потока источника света, его старени 

и т. д.

Таким образом, предлагаетс  схема замкнутой системы с отработкой на нуль (компенсационный принцип). Выходное напр жение ЦАП следит за изменением треугольного напр жени  с выхода формпровател  2 и повтор ет его.

При этом код на выходе счетчпка 11 всегда соответствует измер емому перемещению в данный .момент, а устройство 15

цифровой индикации регистрирует измер емое перемещение в цифровом виде.

Таким образом, разрешающа  способность в интерпол тору определ етс  типом разр дов ЦАП (число ступенек ступенчатого напр жени ). В интерпол торе 2 коэффициент интерпол ции равен 80, в предложенном интерпол торе уже при 10 разр дах ЦАП (стандартна  ликросхема - М86-1) число ступенек 20° 1024.

Кроме того, отсутствие инерционных звеньев (индуктивностей, емкостей) позвол ет обеспечить выполнение всего интерпол тора в микромодульном интегральном (твердотельном) исполнении, т. е. в виде одной большой интегральной схемы.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР № 622052, кл. G 05 В 19/18, 1976.

2.Патент ФРГ № 1945206 кл. 42 d 5/00, опублик. 1969 (прототип).

, Ij ;..„..

ir,... i ПГ

lJJ... i; 2 .- ТТТЛ

TdS/funa