(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД
Изобретение относитс к автоматике и вычислительной технике, а также к бесконтактным устройствам цифрового кодировани перемещений и может использоватьс в системах циЛрового управлени механическими объектами, роботами , координатными столами, координатографами . Известен преобразователь угол-крд, содержащий П-образный магнитопровод, состо щий из двух частей, разделенных воздушным зазором и именхцих конусообр; зные концы, кодирующие элементы, выполненные в виде дисков с магнитными вбтавками и расположенные на входном валу, и магнитный усилитель, кото рый работает по принципу модул ции магнитного потока посредством подвижной 1СОДОВОЙ шкалы l . Недостатком данного преобразовател вл ютс низка разрешающа способ ность и невысока точность. Известен также преобразователь угол-код, состо щий из подвижной шкалы модулирующих элементов,чувствительных элементов, содержащих шины возбуждени , съемные шины и магнитные сердечники , блока возбуждени чувствительных элементов, к которому подключены шины возбуждени , усилител считанных сигналов, ЫединенноУо со съемными шинами, блока амплитудного сравнени и выходного регистра, включенных последовательно, и блока управлени , соединенного с блоком возбуждени чувствительных элементов, с блоком сравнени и с выходным регистром 2. Однако.известный преобразователь характеризуетс слох ностью и нетехнологичиостью конструкции, обусловленных тей, что устройство содержит моточные детали, требующие -точной установки .. Большие габариты чувствительных элементов не дают возможно.сти умень )иить рассто ние между соседними кодами , а нелинейна зависимость амплитуды считанных сигналов от перемещени 396 не позвол ет производить амплитудную оценку-перемещени . Этими факторами обусловлена мала разрешаща способность и точность устройства. Скорость двихчени шкалы модулирующих эле ментов также низка . Быстродействие преобразовател определ етс частотой опроса чувствительных элементов. В рассматриваемом устройстве она сра нктельно невысока вследствие длительных переходных процессов в индуктив|ност х с сосредоточенными параметрами . Цель изобретени - повышение разрешающей способности и точности преобразовател .. Поставленна цель достигаетс тем, что в преобразователь перемещени в код, содержащий шкалу модул1 ру щих элементов, .чувствительные элементы , соединенные с блоком возбужде ни чувствительных элементов и с уси лителем считанных сигналов, выход ко торого соединен с одним входом блока амплитудного сравнени , второй вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразовател , арифметический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразовател , и блок управлени , выход которого соединен с управ- . л ющими входами возбуждени чувствительных элементов, блока амплитудного сравнени , аналого-цифрово го преобразовател , арифметического блока и регистра, введен блок мажори тарного сравнени , сигнальный вход которого соединен с выходом блока ам плитудного сравнени , управл ющий вход - с выходом блока управлени и выход - с сигнальным входом арифмети ческого блока, примем шкала модулиру ющих элементов выполнена в виде матрицы из m строк Е столбцов, расположенных с шагом .Л, где Д - ширина модулирующего элемента, выполненного в виде провод щей полоски, а чувстви тельные элементы образуют матрицу из m строк, сдвинутых на -± , и р стол . Tip; f j( цов, расположенных с шагом l() где К О, 1, 2,и.ках(дый чувствительный элемент.образован двум парами съемных ши)ц, расположенных вдоль строк матрицы -в одной плоскости, и шиной возбухчдё.ни , котора расположена в параллел14нОй плоскости и на nepecet чении со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктивно св занные участки, соединенные встречно и расположенные на противоположных сторонах осевой линии чувствитель ного элемента, выходы съемных шин всех чувствительных элементов соединены последовательно. На фиг. 1 изображен преобразователь перемещени в код; на фиг. 2 график зависимости амплитуд сигналов на шнне от перемещени кодовой шкалы. Он состоит из подвижной шкалы модулирующих элементов 1, каждый из которых выполнен в виде полоски, расположенной в виде матрицы, чувствительных элементов, также расположенных в виде матрицы и образованных шииами возбуждени 2 и съемными шИнаЙи 3 блока f возбуждени чувствительных элементов, подключенного к шинам возбуждени , усилител 5 считанных сигналов, входы которого соединены со съемными шинами 3 блока 6 амплитудного сравнени (считанных сигналов ), блока 7 мажоритарного сравнени , аналого-цифрового преобразовател О арифметического блока 9. регистра 10 и блока управлени 11, соединенного с управл ющими входами всех блоков, кроме усилител 5Предлагаемое устройство работает следующим образом. , Подвижна шкала модулирующих элементов 1 жестко св зана с перемещающимс объектом. Она представл ет собой матрицу из m строк и 2 столбцов модулирующих элементов, полученных, например, путем фотохимического травлени фольгированного диэлектрика по фотошаблону с размерами элемента по ширине Л 0,5 мм по длине 2 мм, расположенных с шагом по строке 2А 1 мм И по столбцам 2,5 мм. Над строками матрицы модулирующих элементов расположены чувствительные элементы в вИде матрицы из 1т| строк и р столбцов, р.ас- 1 III Vf. ||.уч.УГ П fj . J |Vy ц V f t fj Ct ЙХ вдоль строки с шагом 2Л(4- + полохченных +к), где К может принимать. К может принимать, значени О , 1, 2, а сдвиг строк составл ет П тр Каждый чувствительный элемент образован двум парами съемных шин 3 проход щими вдоль строки матрицы и расположенными в одной плоскости, и шиной возбу(дени 2, котора расположена в параллел ьной плоскости и на пересечении со съемной шиной 3 имеет идентичные по конфигурации индуктивно св занные участки, включенные встречно и расположенные на противоположной стороне осевой линии.
В момент возбуждени иин 2 импульсом тока, поступающим из блока возбуждени А, индуцированное в съемной ши .не 3 напр жение отсутствует, когда шкала модулирующих элементов 1 находитс в стороне от возбужденного элемента и в случа х расположени равно по Ю на оси чувствительного элемента модулиру ющей полоски или промежутка между полосками . Индуцированный сигнал максимален , если оси полоски и чувствитель ного элемента сдвинуты на 4 . В зави симости от направлени сдвига измен етс пол рность сигнала. Физическа сущность такой зависимости амплитуды сигналов состоит в том, что в модулирующем элементе, выполненном в виде провод щей полоски, магнитное поле ши ны возбуждени 2 индуцирует вихревые токи, которые создают поле противоположного напр жени полю тока возбужд€ ни . Если параллельные участки шин 2 3 имели взаимную индуктивность М, то при наложении полоски взаимна индуктивность уменьшаетс до величины /М, где сУ - коэффициент ослаблени взаимной индуктивности в результате уменьшени потокосцеплени шин 2 и 3 Когда модулирующий элемент располагаетс симметрично относительно оси чувствительного элемента, то сигналы, индуцированные правыми и левыми отHockfTeribHo оси участками, вычитаютс вследствие их встречного включени и результируюидий сигнал на входе усилител равен нулю. Зависимость амплитуд сигналов на шине 3 от перемещени СОДОВОЙ шкалы, с которой св зана ось X, относительно оси первого чувст вительного элемента при последователь ном возбуждении чувствительных элементов показана на фиг. 2. Буквами а, б, в, г, д,обозначены амплитуднометрические характеристики (АМХ) соот ветствующи; чувствительных элементов матрицы. Предположим, что вначале работы устройства матрица модулирующих элементов находитс справа от матрицы считывающих элементов. Опрос чувствительного элемента 1 дает отрицательные считанные сигналы, которые усиливаютс усилителем 5 и поступают на вход блока амплитудного сравнени 6, пороговый уровень которого задаетс аналого-цифровым преобразователем 8, Если пороговый уровень равен нулю, то блок амплитудного сравнени 6 выдает сигналы О, пока кодова шкала не сместитс в область X 0. Если амплитуда положительных сигналов превышает некоторый уровень, то блок 6 ,выдает сигнал 1.
Дл надежного различени сигналов уровне нескольких микровольт в схему устройства введен блок мажоритарного сравнени 7. На выходе Этого блока по вл етс уровень 1 только в том случае, если на множестве S опро ° амплитудного сравнени 6 выдал не менее чем 1-г- 1. В противном случае блок 7 выдает сигнал О. Это повышает чувствительность схемы различени сигналов, соизмеримых по амплитуде с уровнем шумов. ( Путем подсчета уровней квантовани амплитуды считанных сигналов можно определить координату х точки А ( фиг. 2). Однако найденное таким образом рассто ние зависит от изменени рассто ни между подвижной шкалой и чувствительными элементами вследствие изменени rf . Эту зависимость легко исключить путем применени арифмети«4еского блока 9. выполн ющего вычис|1ени по интерпол ционной фррмуле и U где п - код перемещени в пределах рассто ни д - количество уровн квантовани рассто ни , равного , тр п - количество уровней квантовани положитгельного сигнала, соответствующего точке Л; г( - количество уровней квантовани отрицательного сигнала, соответствующего точке В. Результаты рмчсчета поступают в младшие разр ды выходного регистра 10. В старшие разр ды регистра заноситс ... i гд.- . ,, , . количество шагов определ емых В блоке управлени 11 путем подсчета количества переключений шин возбуждеи . Благодар широкой полосе пропускаи системы шин возбух дени 2 и съема сигналов 3 ,устройстве получена высока частота опроса чувствительных элементов, что позвол ет получить вы сокую допустимую скорость перемещени п режиме измерений. Предло ; еиный преобразователь переме1/|ений в код допускает полностью микроэлектронное исполнение. Он може работать с разрешающей способностью до О,1 мкм. При разрешающей способности 32 мкм допустима скорость перемещени 30 м/с. Экономический эффект от использовани предлагаемого изобретени обус ловлен его техническими особенност ми , приведенными выше. Лормула изобретени Преобразователь перемещени в код, содержащий шкалу модулирующих элементов, чувствительные элементы, соединенные с блоком возбуждени чув ствительных элементов и с усилителем С414танных сигналов, выход которого соединен с одним входов блока амплитудного сравнени , второй вход которого соединен с первым выходом анало го-цифрового преобразовател , арифме тический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, вто рой вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразов тел , и блок управлени , выход которого -соединен с управл ющими входами блока возбуждени чувствительных эле ментов, блока амплитудного сравнени аналого-цифрового преобразовател , арифметического блока и регистра, отличающийс тем, что, 9 с целью повышени разрешающей спссобности и точности преобразовател , в jfHero введен блок мажоритарного сравнени , сигнальный вход которого соединен с выходом блока амплитудного сравнени , управл ющий вход - с выходом блока управлени и выход - с сигнальным входом арифметического блока, причем шкала модулирующих элементов выполнена в виде матрицы из ,tn строк 1 столбцов, расположенных с шагом 2Д, где Л - ширина модулирующего э; емента, выполненного в виде провод щей полоски, а чувствительные элементы образуют матрицу из m строк, сдвинутых на , и р столбцов , расположенных с шагом 2А {-р--), где О, 1, 2,..., каждый чувствительный элемент образован двум парами съемных шин, расположенных вдоль строк матрицы в одной плоскости, и шиной возбуждени , котора расположена в параллельной плоскости и на пересечений со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктив-. но св занные участки, соединенные встречно и расположенные на противополоиных сторонах осевой линии чувствительного элемента-, выходы съемных шин всех чувствительных элементов соединены последовательно. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе . 1. Авторское свидетельство СССР № 50t223, кл. G 08 С 9/0t, 1975. 2. Авторское свидетельство СССР № 580573, кл. G 08 С 9/0(, 1976 , (прототип).
Фиг.г