Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД,содержащий механически соединенный с объектом перемещения измерительный растр, оптически соединенный с неподвижным источником света, конденсором и блоком фртоприемников, выходы которого подключены к информационным входам формирователя отсчета , отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, фотоприемники вьтолнены в виде входящих одна в другую гребенок, причем шаг Tj гребенки определяется по формуле Ta-(liH)Tp где Тр - период измерительного растра , а . 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок фотоприемников выполнен из последо ва.тельно расположенных фотоприемни (Л ков, сдвинутых вдоль гребенки один относительно другого на расстояние, равное шагу гребенки.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) Н 03 M 1/22

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3556170/24-24 (22) 24.02.83 (46) 07,03.85.Бюл. В 9 (72) В.А. Пилипович, А.К. Есман и С.Д. Степанищев (71) Институт электроники АН Белорусской ССр (53) 681.325(088.8) (56) 1. Заявка Великобритании

В 1557441, кл. С 01 В 11/14, опублик. 1980.

2, Заявка ФРГ N- 3007311, кл. G 01 В 11/00, 1981 (прототип). (54) (57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД,содержащий механически соединенный с объектом перемещения измерительный растр, оптически соединенный, с неподвижным источником света, конден„„Я0„„1144133 A сором и блоком фотоприемников, выходы которого подключены к информационным входам формирователя отсчета, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, фотоприемники выполнены в виде входящих одна в другую гребенок, причем шаг Т гребенки определяется по формуле P =(1-" Н )yp где Тр — период измерительного растра, à О пi-1.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что блок фотоприемников выполнен из последовательно расположенных фотоприемников, сдвинутых вдоль гребенки один относительно другого на расстояние, равное шагу гребенки.

44133 2

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий механически соединенный с объектом перемещения измерительный растр, оптичесЗО ки соединенный с неподвижным источником света, конденсором и блоком фотоприемников, выходы которого подключены к информационным входам формирователя отсчета )2) .

Недостатком известного преобразо- З5 вателя является низкая разрешающая способность из-за невозможности использования комбинационных эффектов от измерительного растра.

Цель изобретения "увеличение раз — .решающей способности преобразователя перемещения в код.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содержащем соединенный с объек том перемещения измерительный растр, оптически соединенный с неподвижным источником света, конденсором и блоком фотоприемников, выходы которого подключены .к информационным входам формирователя отсчета, фотоприемники выполнены в виде входящих одна в другую гребенок, причем шаг Т1 гребенки определяется по формуле

Т, -(1+a) Т„, 3 11

Изобретение относится к измери тельной технике, в частности к преобразователям перемещения в код, и может быть использовано в автоматических системах управления, а также в вычислительной технике, Известен преобразователь перемещения в код, состоящий из оптически соединенных источника излучения, двух детекторов,.преобразователя, усилителя, подключенного к выходам детекторов, и аналого-цифрового преобразователя (I) .

Недостатком этого преобразователя является низкая разрешающая способность. Это вызвано тем, что информа ция о перемещении извлекается из сравнения двух аналоговых сигналов,.

При этом а результат измерения неизбежно влияют дестабилизирующие факторы — изменение температуры ок" ружающей среды, деградация электронных компонентов и т.д. где Тр — период измерительного раст% ра а О п(1.

Блок фотоприемников выполнен из последовательно расположенных фотоприемников, сдвинутых вдоль гребенки один относительно другого на расстояние, равное шагу гребенки.

Использование гребенчатой структуры блока фотоприемников позволяет получить оптическое увеличение за счет нониусного съема информации, что приводит к увеличению разрешающей способности. Расположение фотоприемников со сдвигом один относительно другого позволяет смещение оптического сигнала (в данном случае комбинационной нониусной полосы) в пределах одного фотоприемника разбивать на несколько дискретных значений и, таким образом, ! улучшить разрешающую способность фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.

На фиг, 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг. 2 — блок фотоприемников; на фиг. 3 — структурная схема формирователя отсчета.

Преобразователь перемещения в код содержит источник 1 света, конденсор 2, измерительный растр 3, блок

4 фотоприемников, формирователь 5

;отсчетов. Блок 4 фотоприемников вы1полнен в виде входящих одна в другую гребенок 6 и 7 (фиг. 2). Шаг гребенок Т =(1+ 1)Тр где О 0 -1, отличается от шага ТР измерительного растра 3 в пределах 5-157., Блок. 4 фотоприемников выполнен в виде линейки, причем каждый последующий фотоприемник сдвинут относительно предыдущего в направлении перемещения измерительного растра 3 на расстояние, равное шагу гребенки.

В преобразователе неподвижный источник 1 света представляет собой серийно выпускаемую лампу накаливания, а конденсатор 2 — набор иэ трех . линз с соответствующим фокусным расстоянием. Измерительный- растр 3. изготовлен на стандартной подложке методом фотолитографии. Набор фотоприемников 4 представляет собой выпол ненную по интегральной технологии линейку фотопрйемников. Формирователь

5 отсчетов представляет собой аналого-цифровой преобразователь, выполненный на базе четырехквадрантного перемножителя и включает аналоговый коммутатор 8, аналоговые компараторы

9 и 10, генераторы 11 и 12 кода, цифроаналоговые преобразователи 13

3 1144 и 14, тактовый генератор 15, триггер

Шмитта 16, цифровой коммутатор 17, счетчики 18 и 19, дешифраторы 20 и

21, индикаторы 22 и 23.

Преобразователь перемещения в

5 код работает. следующим образом.

Измерительный растр 3 и блок 4 фотоприемников представляют собой сопряжение периодических структур с отличающимися шагами. В результате освещения такого сопряжения источником 1 света через конденсор 2 ." возникает комбинационный нониусный растр с шагом 6, определяемым выражением, 15

ТТ ьТ где Тр — шаг измерительного растра 3;

Т, — шаг гребенчатой структуры блока 4 фотоприемников; дТ вЂ” разность шагов.

Таким образом, распределение амплитуд сигналов с выходов блока 4, фотоприемников представляет собой электрический эквивалент возникающих 25 комбинационных полос и зависит от взаимного расположения измерительного растра 3 и блока 4 фотоприемников. При детектировании нониусной комбинационной полосы максимальный 30 выходной сигнал блока 4 фотоприемников соответствует светлому участку

{т.е. месту совпадения зрачков со.пряженных структур), а минимальный— темному участку (т.е. месту, где З5 зрачки одной иэ сопряженных структур затемнены штрихами другого растра).

При смещении измерительного растра 3 относительно первоначального 4р положения смещаются и комбинационные нониусные полосы, следовательно, меняется и распределение амплитуд сигналов с выходов блока 4 фотопрйемников. 45

Смещение комбинационного растра относительно первоначального положения можно определить из выражения

7= m6+P6, где Ю - целое число полос с пери» . $p одом Р, прошедших через блок 4 фотоприемников.

Электрические сигналы с выходов блока 4 фотоприемников поступают на входы аналогового коммутатора 8 формирователя отсчетов. Одновременно электрический сигнал с выхода лерво4 го фотоприемника блока 4 через- триг133 4

rep 16 Шмитта поступает на счетчик

18, предназначенный для счета числа комбинационных полос, дешифратор 20 " и индикатор 22, Индикатор 22 показывает число комбинационных нониусных полос, Тактовый генератор 15 вырабатывает тактовые импульсы, которые являются командами запрета для счетчика 18 числа комбинационных ноннусных полос и разрешения для аналогового коммутатора 8, при этом выход первого фотоприемника блока 4 соеди-. .няется с входом аналогового компаратора 9. Одновременно тактовый генератор 15 запускает генератор 11 кода.

Аналоговый компаратор 9 сравнивает напряжения на выходах первого фотоприемника и цифроаналогового преобразователя 13 (ЦАП). В момент их равенства выходной сигнал аналогового компаратора 9 запрещает работу генератора 11 кода и с входов ЦАП 13 код, соответствующий сигналу первого фотоприемника, поступает на один из вкодов цифрового коммутатора 17..

На вторые входы цифрового коммутатора 17 поступают последовательно значения кодов с входов ЦАП 14, соот1 ветствующие выкодным сигналам блока

4 фотоприемников. Генератор 15 по,дает команду на второй вход аналогового коммутатора 8, по которой последовательно соединяются выходы блока 4 фотоприемников с входом аналогового компаратора 10. Причем длительность команды на первом входе аналогового компаратора 10 равна длительности команды на его втором входе. Это позволяет сравнить цифро» вой код, соответствующий первому фотоприемнику, с цифровыми кодами всех остальных фотоприемников. Точно также сравниваются значения цифрового кода, соответствующие второму фотоприемнику, со значениями цифрового кода всех остальных фотоприемников, и т.д. Таким образом определяется -й фотоприемник с максимальным выходным сигналом, после чего выход

I.-ro фотоприемника подключается к входу аналогового компаратора 9 и после сравнения значения цифрового кода, соответствующего. сигналу В-го фотоприемника, со значениями цифровык кодов, соответствукнцих сигналам других фотоприемников блока 4, цифровой коммутатор 17 выдает сигнал .разрешения индикации на счетчик 19 подсчета фотоприемников. Индикатор

23 высветит цифру, соответствующую

1-му фотоприемнику, что означает максимум сигнала на этом фотоприемнике.

Расположение фотоприемников со сдвигом один относительно другого позволяет смещение комбинационной

1144133 нониусной полосы в пределах одного фотоприемника разбить на несколько дискретных значений. Таким образом, становится возможным повышение разрешающей способности преобразователя во столько раэ, сколько периодов гребенок укладывается на одном фотоприемнике.

1144133

BHHHIiH Заказ 934/41 Тираж 872 Подписное

Филиал IGID "Патеит", г.Ужгород, ул.Проектная, 4