Преобразователь перемещения в код

 

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором , на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделитёльным элементом, третьей линзой , дорожкой точного отсчета кодирующего диска, четвертой линзой и фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотоприемник, установленный на другой оптической оси последовательно расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименньй усилит.ель е первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого , пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика , вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управля€;мые источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого подключен к входу преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока с согласования отсчетов, выход фотопри---емника точного отсчета через второй (Л усилитель соединен с первьм входом с: преобразователя напряжение - код, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности преобразо с вателя,в н.его введены триггер,интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходнойрегистр j блок .коррекции точел ного отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор ч| содержит три маски из прозрачных и Од непрозрачных штрихов одинаковой шиСП рины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага щТрихов первой маски , а щтрихи .третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски , выходы кольцевого счетчика соединены с входами форшфователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первьм входо триггера , а второй и третий выходы соединены с управляющими входами блока коррекции, точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (<1) 4(5!) Н 03 И 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИЙ (21) 3657001/24-24 (22) 26.10.83 (46) 15.04.85. Бюл. Я - 14 (72) В.И.Бондаренко, P.È.Âîëêîâ, Г.P.Ïåêêè, М.А.Пакканен и Т.В.Политова (53) 681. 328(088. 8) (56). 1.-Авторское свидетельство СССР

9 746658, кл. С 08 С 9/06, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР.

Ф 966722, кл. С 08 С 9/06, 198 1 (прототип). (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕ(ЦКНИЯ В КОД, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска, четвертой линзой и фотоприемником точного отсчета, дополнительный фо(оприемник, установленный на другой оптической оси последовательно расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через .одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторьыи входами. соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управляемые источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого подключен к входу преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласования. отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение — код, С отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразо-,» вателя,в него введены триггер,интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной. регистр, блок .коррекций точ- (д кого отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой ширины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски, а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соеди иены с входами форлшрователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входол1 триггера, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами блока коррекции. точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом

1150765 цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразователя напряжение-код, выходы которого подключены к входам блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а выход является выходом преобразователя.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико — электронным устройствам для преобразования аналоговых вели- чин в цифровую форму, и предназначе- . g но для использования в измерительных системах.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий последователь-10 но расположенные источники излучения точного и грубого отсчетов, светомодулятор в виде лимба, установленного на камертоне, кодовый диск с дорожками точного и грубого отсчетов, блок преобразования и выходной блок (1 3.

Однако такой преобразователь характеризуется недостаточной точностью, которая определяется ограниченной точностью светомодулятора. 20

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные ще.левую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, уста- 30 новленные на одной оптической оси е последовательно расположенными светокоррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компаратор, преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены с входами и с первой группой выходов блока, управляющие входы первого и второго регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра через преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключателя подключе— ны к второй группе . выходов блока, модулятором, на котором нанесены про— странственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой с фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотопрнемник, установленный на другой оптической оси последовател4ю расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами. первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей н выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управляемые источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилителя-, выход которого .соединен с входом преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласова50765

15

11 ния отсчетов, выход фотоприемника точ ного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение — код Г2 3.

Однако известный преобразователь характери зуется недостаточной точностью обусловленной уходом параметров электронной схемы преобразователя и, в первую очередь, источников иэлуче— ния, нестабильностью фазы первой гармоники сигнала на выходе усилителсй, которая появляется при узкой полосе пропускания усилителя. Расши— рение полосы пропускания усилителя приводит к искажению сигнала ввиду наличия других гармоник сигнала.

Целью изобретения является повы— шение точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптические соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой с фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотоприемник, установленный на другой оптической оси по. следовательно расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами первого, второго н третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом генератора,. выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей. соединены через соответствующие управляемые источники питания с.третьими входами четвертого, нятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены е входами источников излучения точного. отсчета, выходы фотоприемников грубого атсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого соединен с входом преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласования отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение — код, введены триггер, интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной регистр, блок кор-. рекции точного отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой ширины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски, а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соединены с входами формирователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, а второй и третий выходы соединены с, управляющими входами блока коррекции точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразователя напряжение — код, выходы которого подключены к группе входов блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а .выход является выходом преобразователя.

45 Блок коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компаратор, преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены

50 с входами и с первой группой выходов блока, управляющие входы первого и второго регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра через

55 преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового пе" реключатели, управляющий вход которо"

ro соединен с выходом цифрового ком1150765 паратора, входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключателя подключены к второй группе выходов блока.

На фнг. 1 представлена. структурная 5 схема греобразователя; на фиг, 2— маски светомодулятора, размещенные относительно дорожки точного отсчета кодирующего диска; на фиг. 3 — временная диаграмма напряжения на выходе усилителя фотоприемника точного отсчета, Преобразователь содержит источники 1 излучения грубого отсчета, источники 2, 3 и 4 излучения точного отсчета, светомодулятор 5, светоизоляторы 6, щелевую диафрагму 7, светоделительный элемент 8, линзы 9 и 10, кодирующий диск 11, вал 12, дорожки

13 грубого и 14 точного отсчетов, линзы 15 и 16, фотоприемники 17 гру— бого отсчета, фотоприемник 18 точного отсчета, усилители 19 и 20, преобразователь 21 кодов, блок 22 согласования отсчетов, выходной регистр

23, дополнительный фотоприемник 24, усилитель 25, аналоговые ключи 26, 27 и 28, управляемые источники 29, 30 и 31 питания, аналоговые ключи

32, 33 и 34, генератор 35, кольцевой счетчик 36, триггер 37, интегрирующий усилитель 38, преобразователь 39 напряжение — код, формирователь 40 управляющих импульсов, блок 4 1. кор.рекции точного отсчета, регистры 42 З5 и 43, цифровой компаратор 44, преобразователь 45(сигналов в дополни3тельный) код, цифровой переключатель

46 и цифровой компаратор 47.

Источники излучения оптически

40 соединены через линзу 9, дорожки 13 кодирующего диска 11 и линзу 15 с фотоприемниками 17, выходы которых электрически соединены с усилителем

19, источники 2, 3 и 4 излучения

45 с в етомодуля тором 5 о птич ес ки с оединены через линзу 10, дорожку 14 кодирующего диска 1! и линзу 16 с фотоприемником 18, выход которого через усилитель 20 электрически соеди. нен с преобразователем 39 напряжение †.код, выход которого соединен с блоком 4 1 коррекции точного отсчета и цифровым компаратором. 47, выход компаратора 47 соединен с входом триггера .37, выход которого через интегрирующий усилитель 38 соединен с входом преобразователя 39 напряжение — код, источники 2, 3 и 4 излучения через светомодулятор 5, светоделительный элемент 8 соединены с фотоприемником 24, выход которого соединен через усилитель 25 и аналоговые ключи 32, 33 и 34 с входами управляемых источников 29, 30 и 31 питания, соединенных своими выходами через аналоговые ключи 26, 27 и 28 с источниками 2, 3 и 4 излучения точного отсчета соответственно. Входы аналоговых ключей 32 — 34 и 26 — 28 и формирователя 40 управляющих импульсов подключены к выходу кольцевого счетчика 36, вход которого соединен с генератором 35.

Кодирующий диск 11 имеет две дорожки 13 грубого отсчета и дорожку

14 точного отсчета. Дорожка 14 точного отсчета выполнена в виде маски с прозрачными и непрозрачными штрихами (фиг. 2), имеющими равные размеры, величины которых в угловой мере равны минимальному углу, через который изменяется значение грубого отсчета, снимаемого с двух дорожек 13.

На светбмодуляторе 5 нанесены три маски, каждая иэ которых представляет собой штриховой растр с равными прозрачными и непрозрачными штрихами, причем вторая маска сдвинута относительно первой на половину.шага штрихов, а третья — ча четверть шага штрихов. Каски отделены друг от друга светоизоляторами 6 и пропускают световой поток только от своего источника 2, 3 и 4 излучения точного отсчета.

Линза 10 формирует иэображение масок на.дорожке 14 точного отсчета таким образом, чтобы шаг штрихов масок совпал с шагом штрихов дорожки 14 точного отсчета.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 35 вырабатывает импульсы, которые запускают кольцевой счетчик

36. На выходе счетчика 36 вырабатываются импульсы управления, которые открывают аналоговые ключи 26, 27 и 28, подключая управляемые источники 29, 30 и 3 1 питания к соответствующим источникам излучения 2, 3 и 4 точного отсчета.

Световой поток от источников 2, 3 и 4 излучения проходит через соответствующие маски светомодулятора 5 и разделяется светоделительным элементом 8 на два потока, один иэ которых

1150765

7 предназначен для измерения углового перемещения вала 12 и калибровки преобразователя 39 напряжение - код, другой — для коррекции величины светового потока от каждого источника 2, 3 и 4 излучения точного отсчета. Величина светового потока, приходящего на фотоприемник 18.от каждого источника 2, 3 и. 4, зависит от взаимного расположения масок и штрихов дорожки 10

14 точного отсчета.

Измерение угла преобразователем происходит периодически. Период измерения, состоящий из .четырех тактов, задается кольцевым счетчиком 36 в ви- 15 де двоичного кода на управляющие входы аналоговых ключей 32 — 34 и 26—

28 (в качестве аналоговых ключей могут быть применены, например, четырехканальные мультиплексоры). На вход 20 кольцевого счетчика 36 поступают импульсы с генератора 35.

В первый такт периода измерения (фиг. 3)к управляемому источнику 29 питания через. открытый аналоговый 25 ключ 26 подключен источник 2 излучения.точного отсчета, освещающий первую маску. Часть потока от источника 2 излучения через светоделительный элемент 8 поступает на фотоприемник

24, сигнал с которого усиливается усилителем 25 и через открытый аналоговый ключ 32 подается на управляемый источник 29 питания для корректировки светового потока. Основная часть потока с источника 2 излучения З5, попадает на дорожку 14 точного.отсчета кодирующего диска 11, на.которой формируется изображение первой маски светомодулятора 5, и далее через линзу 16 — на фотоприемник l8, напря40 жение с которого через усилитель 20 поступает на преобразователь 39 напряжение — код для измерения. Код, .снимаемый с выхода преобразователя

39 пропорционален попавшему на фото45 приемник 18 световому потоку, а следовательно,и углу oL поворота кодирующего диска 11 и поступает в блок 41 коррекции точного отсчета в виде двоичного позиционного кода, где записывается в регистр 42 импульсом с формирователя 40 импульсов.

Во второй такт периода измерения источник 3 излучения точного отсчета, освещающий вторую маску, подключается через открытый аналоговый ключ 27 к управляемому источнику 30 питания .

В третий такт периода измерения источник 4 излучения, освещающий третью маску, через открытый аналоговый ключ 28 подключен к управляющему источнику 31 питания.

Корректировка источников 30 и 3 1 питания во второй и третий такты происходит аналогично корректировке источника 29 питания в первом такте, измерения.

Таким образом, световые потоки источников 2, 3 и 4 излучения точного отсчета поддерживаются равными друг другу.

В третий такт измерения поток от источника 4 излучения точного отсчета проходит через третью маску, линзу 10, дорожку 14 точного отсчета кодирующего диска 11, линзу 16 и поступает на фотоприемник 18 точного отсчета, напряжение с которого, усиленное усилителем 20, фиксируется преобразователем 39 напряжение — код.

Число в .виде двоичного позиционного кода поступает в блок 41 коррекции точного отсчета, где записывается в регистр 43 импульсом с формирователя 40 управляющих импульсов.

В четвертый такт периода измерения к источникам 29 и 30 питания подключены через открытые аналоговые ключи 26 и 21 источники 2 и 3 излучения точного отсчета. Световой поток от источников 2 и 3 излучения точного отсчета проходит через линзу 10„ 14 точного отсчета кодирующего диска 1! и линзу 16 на фотоприемник 18. В этом случае световой поток на выходе фотоприемника 18 также не зависит от углового положения К кодирующего .диска 11, напряжение на выходе фотоприемника 18 определяется выражением

О„=ф Kgg О, где фш — световой поток каждого источника (Ф =Ф -ф,,=Ф„);

Кф — коэффициент преобразования фотоприемника t8 — функция пропускания светомодулятора 5;

8 — угловой размер прозрачного штриха.

Напряжение с фотоприемника 18 точного отсчета через усилитель 20 посту- пает на преобразователь 39 напряжение — код, на выходе которого формируется код, который сравнивается на. цифровом компараторе 47 с наперед за9 115076 данным кодом, и результат сравнения записывается в триггер 37 импульсом с формирователя 40 управляющих импульсов. Сигнал с триггера 37 через интегрирующий усилитель 38 воздействует на коэффициент преобразования преобразователя 39 напряжение — код таким образом, чтобы откорректировать двоичное позиционное число на выходе преобразователя 39 напряжение — код, 1р . если оно изменилось с предыдущего периода. Коэффициент преобразования преобразователя 39 напряжение — код . после корректировки в четвертом такте измерения остается неизменным до чет-1 вертого такта следующего периода, (до следующей корректировки). Такой корректировкой устраняются ошибки, вызванные изменением светового пото— ка Ф от источников 2, 3, 4 излучения2п точного отсчета, которое возможно ввиду нестабильности фотоприемника

24, усилителя 25, а также общих нестабильностей в светоотдаче источников 2, 3 и 4 точного отсчета и харак-д теристик управления источников 29, 30 и 31 питания; устраняются также ошибки, вызванные нестабильностью фотоприемника 18 точного отсчета и усилителя 20. При высокой тактовой час- ЗО тате генератора 35 время между корректировками коэффициента преобразования преобразователя 39 напряжение — код (четвертые такты периода измерения) мало и указанные выше ошибки не ска5 10 зываются на точности измерения угла преобразователем.

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

Информация с дорожек 13 грубого отсчета снимается с. помощью щелевой диафрагмы 7.

С выходов фотоприемников 17 rpy— бого отсчета снимается однопеременный код, который через усилитель 19 поступает в преобразователь 21 кодов, где преобразуется в позиционный дво— ичный код. Полученный позиционный двоичный код в блоке 22 согласования отсчетов корректируется по коду точного отсчета, который поступает из регистра 42 блока 41 коррекции точного отсчета через цифровой переключатель 46 прямым или дополнительным кодом (в зависимости от сигнала" 1" или 0" на выходе цифрового компаратора 44). Код грубого отсчета с блока 22 согласования отсчетов и код точного отсчета с блока 41 коррекции точного отсчета поступает в выходной регистр 23 как информация об угле поворота.

Применение изобретения обеспечивает повышение точностипреобразователя.

1150765

Пер5ир тра спорая маска Трет

С о ставит ел ь Ю. Котов

Редактор Л.Веселовская Техред N.Íàäü Корректор В.Синицкая

Заказ 2174/44 Тираж 872. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений.и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4