SU966722A1 - Преобразователь с электрооптической редукцией - Google Patents

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам для преобразования аналоговых величин в цифровую форму, и пред- $ назначено для использования в измерительных системах.

Известны оптико-электронные растровые преобразователи, в которых угловое перемещение преобразуется в ю соответствующую фазу электрического сигнала путем электрической модуляции светового потока источника света или сигналов фотоприемников [1].

Недостатком растровых преобразо- 15 вателей является сильная зависимость рисунка растрового сопряжения от эксцентриситета, боя подшипников,точности изготовления растров. Кроме того, в таких преобразователях точность преобразования ограничивается разбросом и стабильностью характеристик фотоприемников.

Наиболее близким техническим решением Является преобразователь с электрооптической редукцией, содер’жащий последовательно установленные источники излучения точного и грубого отсчетов, светомодулирующее устройство в виде модулирующего лимба, закрепленного на камертоне, связанней с валом кодирующий диск, на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов .воспринимающий блок и блок отсчетов [2].

Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, ограниченное частотой механических колебаний модулирующего лимба.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразователя. ’ Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе с электрооптической редукцией, содержащем источник излучения точного отчета, оптически соединенный со светомодули3 966722 рующим устройством, кодируюищй. диск, на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов, воспринимающий! блок, блок отсчетов, источники излучения грубого отсчета·введены до- $ полнительные источники излучения точного отсчета, светоделительный элемент, оптические элементы, щелевая диафрагма,и блок управления источниками излучения, управляющие выходы которого соединены с источниками излучения точного отсчета, которые оптически соединены через светомодулирующве устройство, светоделительный и Оптические элементы с кодирующим диском и блоком управления источниками излучения, синхронизирующий выход которого подключен к входу ’блока отсчетов., источники излучения грубого отсчета оптически сое- . динены через щелевую диафрагму и оптический элемент с кодирующим диском.

Кроме того, светомодулирующее устройство выполнено в виде пластины, на которой закреплены светоизоляторы, на пластине нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диаф-п ·< . рагм с синусоидальным профилем окна.

' Причем блок управления источниками излучения выполнен из кольцевого ческие элементы 7, кодирующий дис. 8, дорожки 9 и 10 грубого отсчета, дорожку 11 точного отсчета, вал 12, воспринимающий блок 13, фотоприемники 14 грубого отсчета, фотоприемник 15 точного отсчета, оптические элементы 16 и 17, блок 18 отсчетов, усилители фотосигналов 19 и 20, преобразователь 21 фаза-код, преобразователь 23 кодов, выходной регистр 23, блок 24 согласования отсчетов, блок 25 управления фотоприемниками, фотоприемник 26, усилитель 27 фото%игналов, блок 28 аналоговых ключей, управляемые источники 29 питания, коммутатор 30, задающий генератор 31 и кольцевой счетчик 32.

С выхода регистра 23 снимается в цифровой форме информация об угловом положении вала 12. Блок 25 содержит коммутатор 30, выполненный на аналоговых ключах. Кодирующий Диск 8 (фиг. 2) имеет две дорожки грубого отсчета 9 и 10 и дорожку точного отсчета 11. Дорожки грубого отсчета выплнены по компактному принципу, позволяющему снимать с двух дорожек (2+п) двоичных разрядов, где η =1 ,

2,... . На фиг. 2 изображены дорожки для пч=2, что позволяет получить 6 двоичных разрядов. Дорожка точного отсчета 11 выполнена в виде радиаль- счетчика, коммутатора, управляемых источников питания, блока аналоговых ключей и задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управляющими входами блока анало-, говых ключей и коммутатора, выходы коммутатора через управляемые источники питания соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника..выход которого через усилитель соединен с сигнальными вводами коммутатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг. 2пример выполнения кодирующего диска; на фиг. 3- пример выполнения маски светомодулирующего устройства; на фиг. 4 - эпюры напряжения на выходе ⁶ фотоприемника точного отсчета.

Преобразователь с электрооптической редукцией содержит источники излучения Г'грубого отсчета, источники излучения 2 точного отсчета, светомодулирующее устройство 3, светоизоляторы 4, щелевую диафрагму 3, светоделительный элемент 6, опти ного штрихового растра с равными прозрачными и непрозрачными штрихами, шаг которых равен минимальному шагу» штрихов дорожки 9 грубого отсчета. Это условие необходимо для согласования грубого и точного отсчетов.

На светомодулирующем устройстве нанесена маска в виде четырех диафрагм с синусоидальным профилем окна, причем пространственно диафрагмы сдвинуты на четверть периода этой синусоиды (фиг. 3). Диафрагмы отделены другеот друга светоизоляторами 4 и пропускают световой поток только от своего источника 2 излучения точного отсчета. Для определения отсче- ,. та по нескольким штрихам каждая диафрагма имеет группу синусоидаль- * ных окон. Оптический элемент 16 формирует изображение маски на дорожке точного отсчета 11 таким образом,.

! чтобы период окон диафрагм совпадал с шагом штрихов дорожки 11 точного > отсчета. На фиг. 3 показано совмещение изображения окон диафрагм со штрихами дорожки точного отсчета.

966722 6

Преобразователь работает следующим образом.

Задающий генератор 31 вырабатывает импульсы, которые запускают кольцевой счетчик 32. На выходе счетчи- $ ка 32 вырабатываются импульсы управления, которые последовательно за равные промежутки времени открывают ключи коммутатора 30, подключая

С учетом (1) и (2) находим (3)

т.е. фаза электрического сигнала Ч* пропорциональна углу поворота вала Ψ , Величина 2п/Н является коэффициентом электрооптической редукции.

Избирательный усилитель 19 фотоуправляемые источники питания 29 к соответствующим источникам 2. Световой поток от этих источников проходит через соответствующие диафрагмы светомодулирующЬго устройства 3 и разделяется светоделительным элементом 6 на два потока, один из которых предназначен для измерения угла поворота вала, другой - для коррекции

Лв сигналов выделяет из сигнала фотоприемника 15 первую гармонику, которая подается на вход преобразователя _; 21 фаза-код. Сигнал опорной фазы поступает на вход преобразователя 21 15' с одного из выходов кольцевого счет чика 32. Преобразователь 21 преобразует фазу сигнала в позиционный двоичный код, являющийся кодом точвеличины светового потока от каждого источника 2 излучения точного от- . го счета . Величина светового потока, проходящего на фОтоприемник 15, от каждого источника 2 зависит от взаимного расположения изображения окон ди0рагмы и штрихов дорожки точного 25 .отсчета 11. Так как импульсные источни’ки 2 включаются последовательно, на фотоприемник 15 поступают световые потоки переменной интенсивности. Сигнал на выходе фотоприемника 15 пред- эд ставлен на фиг. 4. Можно показать, что электрическая фаза Ч первой гармоники сигнала с точностью до аддитивной постоянной равна где А^, Aj, А^, А₄- амплитуды сигнала от соответствующих источников 2, После прохождения через кодирующий диск

8.

Амплитуда сигнала Α; (i-1,2,3,4) зависит от величины открытой площади окна, которая, в свою очередь, зависит от взаимного расположения изображения окон диафрагмы и штрихов дорожики.П точного отсчета (фиг.З). Учитывая, что профиль окон диафрагм синусоидальной формы, получаем ^_=Ksin|w ₊ (M)l], ₍₂₎ где К - коэффициент пропорциональности;

Ч» - угол поворота вала;

Н - шаг штрихов дорожек точного отсчета, выраженный в угловой мере.

ного отсчета угла поворота вала. Погрешность точного отсчета определяется в основном неравенством световых потоков импульсных источников 2 излучения точного отсчета. Для исключения этой погрешности служит блок управления 25 фотоприемниками, который работает следующим образом.

Часть светового потока от источников 2 светоделительным элементом 6 направляется на фотоприемник 26. Сигнал с фотоприемника 26 через усилитель 27 фотосигналов коммутатором 30 подключается к входу того управляемого источника 29 питания, который запитывает включенный в данный момент источник 2, сравнивается с опорным напряжением и в случае наличия рассогласования напряжение на выходе источника 29 меняется до устранения этого.рассогласования, Таким образом, регулируются световые потоки от всех источников 2.

Для устранения влияния на точность преобразования угла поворота вала эксцентриситета, боя подшипников и т.п. устанавливается две (а еще лучше четыре) диаметрально расположенные относительно кодирующего диска рассмотренные выше фотоэлектрические отсчетные системы.

Информация с дорожек 9 и 10 грубого отсчета снимается с помощью щелевой диафрагмы 5, подсвечиваемых источниками 1 излучения грубого отсчета и проектируемых на кодирующий диск оптическим элементом· 7. С выхода фотоприемников 14 снимается одно-” переменный код, который через усилитель 20 фотосигналов поступает в пре

966722 я образователь 22 кодов, где преобразуется в позиционный двоичный код. Полученный позиционный код в блоке 24 согласования’отсчетов корректируется по коду точного отсчета и пос- $ тупает в выходной регистр 2¼

Таким образом, предложенный преобразователь с электрооптической редукцией, сохраняя такие положительные' качества прототипа, как выполнение Ю на одном кодирующем диске дорожек точного и грубого отсчетов и. высокий коэффициент электрооптической редукции, обеспечивающий высокую точность преобразования,, обладает и су-15 щественно большим быстродействием и лучшей технологичностью, поскольку исключается из состава преобразовате ля такой сложный в изготовлении и балансировке элемент как кольцевой ка- 20 мертон.

Claims (2)

1. (З) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЙ Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам дл  преобразовани  аналоговых величин в цифровую форму, и пред назначено дл  использовани  в измерительных системах. Известны оптико-электронные растровые преобразователи, -в которых угловое перемещение преобразуетс  в соответствующую фазу электрического сигнала .путем электрической модул ции светового потока источника света или сигналов фотоприемников l. Недостатком растровых преобразователей  вл етс  сильна  зависимост рисунка растрового сопр жени  от эксцентриситета, бо  подшипников,том ности изготовлени  растров. Кроме то го, .в таких преобразовател х точность преобразовани  ограничиваетс  р.азбросом и стабильностью характеристик фотоприемников. РЕДУКЦИЕЙ Наиболее близким техническим решением йвл етс  преобразователь с электрооптической редукцией, содержащий последовательно установленные источники излучени  точного и грубого отсчетов, светомодулирующее устройство в виде модулирующего лимба, . закрепленного на камертоне, св заннь)й с валом кодирующий диск, на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов , воспринимающий блок и блок отсчетов 2. Недостатком этого преобразовател   вл етс  низкое быстродействие, ограниченное частотой механических колебйний модулирующего лимба. Це11ь изобретени  - повышение быстродействи  преобразовател . Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователе с электрооптической редукцией, содержащем источник излучени  точного отчета, оптически соединенный со светомодули9 рующим устройством, кодируюищи.диск на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов, воспринимающий, блок, блок отсчетов, источники излучени  грубого отсчета-введены дополнительные источники излучени  точ ного отсчета, светоделительный элемент , оптические элементы, щелева  диафрагма,и блок управлени  источниками излучени , управл ющие выходы которого соединены с источниками излучени  точного отсчета, которые оптически соединены через светомодулирующве устройство, светоделительный и оптические элементы с кодирующим диском и блоком управлени  исто никами излучени , синхронизирующий выход которого подключен к входу блока отсчетов., источники излучени  грубого отсчета оптически соединены через щелевую диафрагму и оптический элемент с кодирующим диском . Кроме того, светомодулирующее устpoi CTBO выполнено в виде пластины, на которой закреплены светоизол торы , на пластине нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диаф-п рагм с синусоидальным профилем окна . Причем блок управлени  источниками излучени  выполнен из кольцевого счетчика, коммутатора, управл емых источников питани , блока аналоговы ключей и задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управл ющими входами блока анапо говых ключей и коммутатора, выходы коммутатора через управл емые источники питани  соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника, выход которого через усилитель соединен с сигнальными Bfco дами коммутатора. На фиг. 1 представлена структурна  схема преобразовател ; на фиг, 2 пример выполнени  кодирующего диска на фиг. 3- пример выполнени  маски светомодулирующего устройства; на фиг. - эпюры напр жени  на выходе фотоприемника точногр отсчета. Преобразователь с электрооптической редукцией содержит источники излучени  1 грубого отсчета, источники излучени  2 точного отсчета, светомодулирующее устройство 3, светоизол торы , щелевую диафрагму 3, светоделительиый элемент 6, оптические элементы 7, кодирующий дисч 8, дорожки 9 и 10 грубого отсчета, дорожку 11 точного отсчета, вал 12, воспринимающий блок 13, фотоприемники 1 грубого отсчета, фотоприемник 15 точного отсчета, оптические элементы 16 и 17, блок 18 отсчетов, усилители фотосигналов 19 и 20, преобразователь 21 фаза-код, преобразователь 23 кодов, выходной регистр 23, блок 2k согласовани  отсчетов , блок 25 управлени  фотоприемниками , фотоприемник 26, усилитель 27 фотое:игналов, блок 28 аналоговых ключей, управл емые источники 29 питани , коммутатор 30, задающий генератор 31 и кольцевой счетчик 32. С выхода регистра 23 снимаетс  в цифровой форме информаци  об угловом положении вала 12. Блок 25 содержит коммутатор 30, выполненный на аналоговых ключах. Кодирующий Диск 8 (фиг. 2) имеет две дорожки грубого отсчета 9 и 10 и дорожку точного отсчета 11. Дорожки грубого отсчета выплнены по компактному принципу, позвол ющему снимать с двух дорожек {2-И1) двоичных разр дов., где п 1 , 2,... . На фиг. 2 изображены дорожки дл  п-2, что позвол ет получить 6 двоичных разр дов. Дорожка точного отсчета 11 выполнена в виде радиального штрихового растра с равными прозрачными .и непрозрачными штрихами, шаг которых равен минимальному шагу штрихов дорожки 9 грубого отсчета. Это условие необходимо дл  согласовани  грубого и точного отсчетов. На светомодулирующем устройстве 3 нанесена маска в виде четырех диафрагм с синусоидальным профилем окна, причем пространственно диафрагмы сдвинуты на четверть периода этой синусоиды (фиг. 3). Диафрагмы отделены другвот друга светоизол торами и пропускают световой поток только от своего источника 2 излучени  точного отсчета. Дл  определени  отсче- та по нескольким штрихам кажда  диафрагма имеет группу синусоидальных окон. Оптический элемент 1б формирует изображение маски на дорожке точного отсчета 11 таким образом,, чтобы период окон диафрагм совпадал с шагом штрихов дорожки 11 точного отсчета. На фиг. 3 показано совмещение изображени  окон диафрагм со штрихами дорожки точного отсчета . Преобразователь работает следующим образом. Задающий генератор 31 вырабатыва т импульсы, которые запускают кольцевой счетчик 32. На выходе счетчика 32 вырабатываютс  импульсы управлени , которые последовательно за равные промежутки времени открывают ключи коммутатора 30, подключа  управл емые источники питани  29 к соответствующим источникам 2. Свето вой поток от этих источников проходит через соответствующие диафрагмы светомодулирующ го устройства 3 и раздел етс  светоделительным элементом 6 на два потока, один из которых предназначен дл  измерени  угла поворота вала, другой - дл  коррекции величины светового потока от каждого источника 2 излучени  точного отсчета . Величина светового потока, проход щего на фбтоприемник 15, от каждого источника 2 зависит от взаим ного расположени  изображени  окон диафрагмы и штрихов дорожки тйнногр .отсчета 11. Так как импульсные источ ки 2 включаютс  последовательно, на фотоприемник 15 поступают световые потоки переменной интенсивности. Сиг нал на выходе фотоприемника 15 представлен на фиг. . Можно показать, что электрическа  фаза Ч первой гармоники сигнала с точностью до аддитивной посто нной равна ,. А/) А, А2 AJ, амплитуды сигнал от соответствующих источников 2. Пос ле прохождени  через кодирующий диск 8.. Амплитуда сигнала (i-1,2,3,) зависит от-величины открытой площади окна, котора , в свою очередь, зависит от взаимного расположени  изображени  окон диафрагмы и штрихов дорожики .П точного отсчета (фиг.З). Учитыва , что профиль окон диафрагм синусоидальной формы, получаем Л, К5.)|, (2) где К - коэффициент пропорциональности; Ц - угол поворота вала; Н - шаг штрихов дорожек точного отсчета, выраженный в угловой мере. 9 2 С учетом Т.е. фаза электрического сигнала Ч пропорциональна углу поворота вала V , Величина 2п/Н  вл етс  коэффициентом электрооптической редукции. Избирательный усилитель 19 фотосигналов выдел ет из сигнала фотоприемника 15 первую гармонику, котора  подаетс  на вход преобразовател  21 фаза-код. Сигнал опорной фазы поступает на вход преобразовател  21 с одного из выходов кольцевого счетчика 32. Преобразователь 21 преобразует фазу сигнала в позиционный двоичный код,  вл ющийс  кодом точного отсчета угла поворота вала. Погрешность точного отсчета определ етс  в ОСНОВНОМ неравенством световых потоков импульсных источников 2 излучени  точного отсчета. Дл  исключени  этой погрешности служит блок управлени  25 фотоприемниками , который работает следующим образом . Часть светового потока от источников 2 светоделительным элементом ;6 направл етс  на фотоприемник 2б. Сигнал с фотоприемника 26 через усилитель 27 фотосигналов коммутатором 30 подключаетс  к входу того управл емого источника 29 питани , который запитывает включенный в данный момент источник 2, сравниваетс  с опорным напр жением и в случае наличи  рассогласовани  напр жение на выходе источника 29 мен етс  до устранени  этого.рассогласовани , Таким образом, регулируютс  световые потоки от всех источников 2. Дл  устранени  вли ни  на точность преобразовани  угла поворота вала эксцентриситета, бо  подшипников и т.п. устанавливаетс .две (а еще лучше четыре) диаметрально расположенные относительно кодирующего диска рассмотренные выше фотоэлектрические отсчетные системы. Информаци  с дорожек 9 и 10 грубого отсчета снимаетс  с помощью щелевой диафрагмы 5, подсвечиваемых источниками 1 излучени  грубого отсчета и проектируемых на кодирующий диск оптическим элементом- 7. С выхода фотоприемников 1 снимаетс  одно- переменный код, который через усилитель 20 т|ютосигналов поступает в пре образователь 22 кодов, где преобразуетс  в позиционный двоичный код. Полученный позиционный код в блоке 24 согласовани отсчетов корректируетс  по коду точного отсчета и поступеет в выходной регистр 23в. Таким образом, предло «енный преобразователь с электрооптической ре дукцией, сохран   такие положительны качества прототипа, как выполнение на одном кодирующем диске дорожек точного и грубого отсчетов и. высокий коэффициент электрооптической редукции , обеспечивающий высокую точность преобразовани ,, обладает и су щественно большим быстродействием и лучшей технологичностью, поскольку исключаетс  из состава преобразовате л  такой сложный в изготовлении и ба лансировке элемент как кольцевой камертон . . Формула изобретени  1. Преобразователь с электроопти- ческой редукцией, содержащий источник излучени  точного отсчета, оптически соединенный со светомодулиру ющим устройством, кодирующий диск, на котором нанесены дорожки .точного и грубого отсчетов, воспринимающий блок, блок отсчетов,, источники излучени  грубого отсчета, о т л и ч а|Ю щ и и с   тем, что,с целью повышени  быстродействи  преобразовател ,, в него введены дополнительные ис точники излучени  точного отсчета, светоделительный элемент, оптические элементы, щелева  диафрагма и блок управлени  источниками излучени , управл ющие выходы которого со единены с источниками излучени  точного отсчета, которые оптически dfoe динены через светомодулирующее устройство , светоделительный и оптические элементы с кодирующим диском и блоком управлени  источниками излучени , синхронизирующий выход которого подключен к входу блока отсчетов, ис-: точники излучени  грубого отсчета оптически соединены через щелевую диафрагму и оптический элемент с кодирующим диском. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что светомодулирующее устройство выполнено в виде пластины на которой закреплены свегоизол торы, на пластине нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диафрагм с синусоидальным профилем окна. 3.Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что блок управлени  источниками излучени  выполнен из кольцевого счетчика, коммутатора , управл емых источников питани , блока аналоговых ключей, задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управл ющими входами блока аналоговых клю-. чей и коммутатора, выходы коммута тора через управл емые источники питани  соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника , выход которого через усилитель соединен с сигнальными входами коммуtaTopa . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Преснухин Л..Н. и др. Фото-электрические преобразователи информации . М., Машиностроение. 197, с. 211-230.
2. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 08 С 9/06, 1976 (прототип).

   .t