Преобразователь перемещения в код

 

l. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий блок питания, излучатель, оптически соединенный через посл;едовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выходкоторого соединен с -информационным входом первого ком,паратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, вто- , рой компаратор, выход которого соединен с первым входом первого Элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор , выход которого соединен с входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов объединены, входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИПИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя перемещения в код, в него введены вторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой ком- . мутатор, диодно-резисторный мост, блок компараторов, формирователь выходного кода,, аналого-цифровой коммутатор , а диафрагма выполнена многощелевой с конусным расположением щелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего, четвертого фотоприемников соединены с информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником - к соответствующим входам цифрового коммутатора, управляющие входы которого соедине (Л ны с выходами второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, а выход соединен с информационными входами блока компараторов, опорные входы, первого, второго и четвертого компараторов соединены с первым, вторым и третьим опорными выходами анао лого-цифрового коммутатора, выходы 4 второго и четвертого компараторов 00 соединены с первым и вторым входами 00 управления аналого-цифрового комму00 татора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного моста соединены с третьим и четвертым входами управления соответственно аналого-цифрового коммутатора, с второго по восьмой выходы управления диодно-резисторного моста соединены с первым по седьмой опорными входами соответственно блока компараторов , выходы которого соединены с соответствующими входами формирователя выходного кода.

СО103 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(sl) H 03 М 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 ф), ц !

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3593330/24-24 (22) 18.05.83 (46) 30.06.85. Бюл. Ф 24 (72) Д.И.Мельник, В.Е.Лещенко и П.Ф.Повольянов (53) 681.325 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 809285, кл. G 08 С 9/06, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР

М 800589, кл. G.08 С 9/04, 1977.. (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ IIEPEMEIIIEНИЯ В КОД, содержащий блок питания, излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным входом .первого компаратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соеди нен с первым входом первого элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧА1ДЦЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен r вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ HJIH, четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ .

ИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов обьединены, входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАКМЦЕЕ 11ПИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью

„„SU„„1164883 повышения точности преобразователя перемещения в код, в него введены вторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой коммутатор, диодно-резисторный мост, блок компараторов, формирователь выходного кода„ аналого-цифровой коммутатор, а диафрагма выполнена многощелевой с конусным расположением щелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего, четвертого фотоприемников соединены с информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником — к соответствующим входам цифрового коммутатора, упраьляющие входы которого соединены с выходами второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход соединен с информационными входами блока компараторов, опорные входы первого, второго и четвертого компараторов соединены с первым, вторым и третьим опорными выходами аналого-цифрового коммутатора, выходы второго и четвертого компараторов соединены с первым и вторым входами управления аналого-цифрового коммутатора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного моста соединены с третьим и четвертым входами управления соответственно аналого-цифрового коммутатора,.с второго по восьмой выходы управления диодно-резисторного моста соединены с первым по седьмой опорными входами соответственно блока компараторов, выходы которого соединены с соответствующими входами формирова. теля выходного кода.

ll

2, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что диодно-резисторный мост содержит первый резистор, с первого по восьмой диоды и второй резистор, первые выводы первого и второго резисторов соеди" иены с положительным и отрицательным выводами соответственно блока пита» ния, второй выход первого резистора соединен с анодом первого диода, катод которого через последовательно соединенные с второго по восьмой диоды соединен с вторым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с первым и девятым выходами управления диодно-резисторного моста, а точки соединения с первого по восьмой диодов соединены с вторым по восьмой соответственно выходами управления диодно-резисторного моста.

3. Преобразователь по пп. I и 2, отличающийся тем, что аналого-цифровой коммутатор содержит два элемента ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ и шесть полевых транзисторов, входы первого элемента ИЛИ-НЕ, 64883 первого и второго элементов ИЛИ соединены с первым входом управления, вход третьего элемента ИЛИ и вход четвертого элемента.ИЛИ через второй элемент ИЛИ-.НЕ соединены с вторым входом управления, выход первого элемента ИЛИ-НЕ через пятый и шестой элемент ИЛИ соединен с затворами первого и второго .полевых транзисторов, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с затворами третьего и четвертого полевых тран зисторов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с затворами пятого и шестого полевых транзисторов, истоки первого, четвертого и шестого полевых транзисторов соединены с четвертым входом управления аналого-цифрового коммутатора, третий вход которого сое динен с источниками второго, третьего и пятого полевых .транзисторов, первый опорный выход соединен со стоками второго и четвертого полевых транзисторов, второй опорный выход— со стоками пятого и шестого, а третий опорный выход — со стоками первого и третьего полевцх транзисторов.

10

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, конкрет- но к фотоэлектрическим методам преобразования линейных или угловых перемещений в код, например, при измерении углового или линейного взаимного положения деталей различных машин и механизмов.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения, оптически соединенные с фотоприемниками через кодовую шкалу и щелевую диафрагму, выходы фотоприемников соединены с входами амплитудных селекторов 1.1$.

Недостатком этого преобразователя является низкая точность, обусловленная наличием одного фотоприемника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является преобразо2 ватель перемещения в код, содержащий блок питания, излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным входом первого компаратора, вход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮШЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй компаратор-, выход которого соединен с первым входом.третьего элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым вхо- дом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧМОШЕЕ ИЛИ,четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы

1)64883 второго и третьего компараторов объединены, выходы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя., а также пятый, шестой и седьмой компараторы, четвертый эЛемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (2).

В известном. преобразователе недос- таточная точность. 10

Цель изобретения — повышение точности преобразователя °

Поставленная Цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содержащий блок пита- 15 ния, излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным О входом первого компаратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮ- д

ЩЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соединен, с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов объединены, выходы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, введены вторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой коммутатор, диодно-резисторный мост, блок компараторов, формирователь выходного кода, аналого-цифровой коммутатор, .а диафрагма выполнена многощелевой с ! конусным расположением щелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего, четвертого фотоприемников соединены с информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником - с соответствующим входом цифрового коммутатора, управляющие Ы входы которого соединены с выходами второго и третьего элементов ИСКЛЮ- I

ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход соединен с информационными входами блока компараторов, опорные входы первого, второго и четвертого компараторов соединены с первым, вторым и третьим опорными выходами аналого-цифрового коммута— тора, выходы второго и четвертого компараторов соединены с первым и вторым входами управления аналогоцифрового коммутатора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного моста соединены с третьим и четвертым входами управления соответственно аналого-цифрового коммутатора, с второго по восьмой выходы управления диодно-резисторного моста соединены с первым по седьмой опорными входами соответственно блока компараторов, выходы которого

1 соединены с соответствующими входами формирователя выходного кода. При этом диодно-резисторный мост содержит первый .резистор, с первого по восьмой диоды и второй резистор, первые выводы первого и второго резисторов соединены с положительным и отрица-. тельным выводами соответственно блока питания, второй вывод первого резистора соединен с анодом первого диода, катод которого через последовательно соединенные с второго по восьмой диоды соединены с вторым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с первым и девятым выходами управления диодно-резисторного

° моста, а точки соединения с первого по восьмой диодов соединены с вторым l1o восьмой соответственно выходами управления диодно-резисторчого моста. Кроме того, аналого-цифровой коммутатор содержит два элемен-.:. та ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ и шесть полевых транзисторов, входы первого элемента ИЛИ-НЕ, первого и второго элементов ИЛИ соединены с первым входом управления, вход третьего элемента ИЛИ и вход четвертого элемента ИЛИ через второй элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом управления, выход первого элемента ИЛИ-НЕ через пятый и шестой элемент ИЛИ соединен с затворами -пер-. вого и второго полевых транзисторов, выходы первого и второго элемента ИЛИ соединены с затворами третьего и четвертого полевых транзисторов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с затворами пятого и шестого полевых транзисторов, ис1 f64883 томи первого, четвертого и шестого полевых транзисторов соединены с четвертым входом управления аналого-цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с истоками второго, третьего и пятого полевых транзисторов, первый опорный выход соединен со стоками второго и четвертого полевых транзисторов, второй опорный выход — со стоками пятого и шестого, lp а третий опорный выход — со стоками первого и третьего полевых транзисторов.

На чертеже приведена структурная схема преобразователя, t5

Преобразователь содержит кодовую шкалу .1 с отверстиями, диафрагму 2 со щелями 3, излучатели 4-7, фотоприемники 8-1 1, компар аторы 1 2-15, элементы ИСКЛЮЧАНЩЕЕ ИЛИ 16-18, цифро- 2б вой коммутатор 19, диодно-резисторный мост 20, состоящий из реэисто" ров 21, 22 и диодов 23-30, блок 31 компараторов 32-38, формирователь 39 выходного кода„ выполненный на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 40-46 аналогоцифровой коммутатор 47, выполненный . на элементах ИЛИ-HE 48 и 49, элементы ИЛИ 50-55, полевые.транзисторы 56-61.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

При перемещении кодовой шкалы 1 фотоприемники 8-11 формируют аналоговые сигналы, сдвинутые друг относительно друга на четверть шага между З5 отверстиями кодовой шкалы 1.

Когда щели 3 диафрагмы 2 закрыты пассивными участками кодовой шкалы 1, сигналы на выходах фотоприемников 8-11 имеют уровни ниже нижнего порогового напряжения, формируемого диодно-резисторным мостом 20, поэтому на выходах компараторов 1215 присутствуют низкие логические уровни, а к опорным входам компараторов 12-15 подключены соответственно высокий и низкий уровни. диоднорезисторного моста 20, Выходной код группы старших разрядов равен нулю.

Причем в.соответствии-с нулевым кодом, поступающим на управляющие входы коммутатора 19 и формирователя 39, во"первых, к выходу коммутатора 19 подключается фотоприемник 8, в соответствии с величиной уровня 55 которого на выходах блока 31 компа.раторов 32-38 присутствуют низкие логические уровни, и, во-вторых, код на выходных шинах формирователя 39 (младших разрядов ) будет нулевым и не инвертируется, так как на управляющий вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 46 формирователя 39 поступает уровень логического нуля.

По мере перемещения шкалы 1 в направлении, указанном стрелкой на чертеже, на выходе фотоприемника 8 формируется линейно нарастающее напряжение, которое с помощью формирователя 39 преобразуется в двоичных код младших разрядов. При увеличении напряжения на выходе фотоприемника 8 до величины верхнего опорного уровня на выходе формирователя 39 будет сформировано 2" = 8 кодовых комбинаций от "000" до "lll двоичного арифметического кода. Код на выходных шинах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18 сохраняется нулевым.

Как только уровень напряжения на выходе фотоприемника 8 станет больше верхнего опорного уровня, сигналы на выходах фотоприемников 9-11 при этом по уровню остаются ниже нижнего опорного уровня диодно-резисторного моста 20, срабатывает компаратор 12 и на выходе младшего из группы. старших разрядов появляется логическая единица, т.е. код группы старших разрядов изменяет свое .состоя ние с "000" в "001". Кодом "001" к выходу коммутатора 19 подключается выход фотоприемника 9, который к моменту перемещения увеличился только до уровня нижнего опорного, вследствие чего компараторы 32-38 одновременно переключаются из единичного (предыдущего) состояния в нулевое, а у элементов 42, 45 и 46 формирователя 39 устанавливается нуле.". вой код. Таким образом, при перемещении кодовой шкалы 1 на расстояние, равное величине разрешающей способности, на выходе преобразователя формируются сигналы выходных кодов от "000 000" до "001 000", т,е. разрешающая способность преобразователя увеличивается в 2 раз по сравнению с прототипом.

IIpH дальшейнем передвижении кодовой шкалы 1 формирователь 39 преобразует линейно нарастаю1цее напряжение фотоприемника 9 в двоичный код младших разрядов. Затем срабатывает компаратор 13, код на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18 старших разрядов увеличивается на единицу, личивается еще на одну единицу, т.е. становится равным 011. К входу формирователя 39 подключается выход фотоприемника !1. По окончании преобразования его линейно нарастающего сигнала в код младших разрядов срабатывает компаратор 15. При этом код управления коммутатором 19 перейдет из состояния « 11." в состояние "00". Старший иэ группы старших разряДов переходит из нулевого состояния в единичное. На информационный вход формирователя 39 подключается линейно убывающий сигнал фото-. приемника 8. Единичный "ill" выходной код группы младших разрядов инвертируется в нулевой "000",òàê как на управляющий вход элемента 46

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ KlIH поступает уровень логической единицы, транзистор 60 закрывается, а транзистор 61 открывается, подключая на опорные входы компараторов 13 и 14 уровень низкого напряжения диодно-реэисторного моста 20, т.е. начинается преобразование перемещения в код второго полупериода кодовой. шкалы 1.

Таким образом, при, дальнейшем перемещении кодовой шкалы 1 в том же направлении линейно убывающий сигнал фотоприемника 8 преобразуется в код младших разрядов и в моменту когда этот сигнал станет по уровню меньше нижнего порогового уровня диодно-резисторного моста 20, компара- тор 12 переходит иэ предьдущего единичного состояния в нулевое. Код на выходе старших разрядов изменится из предьдущего состояния "100" в новое состояние "101", т.е. увеличит.ся на очередную единицу. На вход формирователя 39 подключается выходной линейно убывающий сигнал фотоприемника 9.

После дальнейшего перемещения кодовой шкалы 1 и после переключения выхода компаратора !3 в логический нуль на опорные входы компараторов 12 и !5 подключаются соответственно высокий и низкий опорные уровни диодно-резисторного моста 20, а на вход формирователя 39 подключается линейно убывающий сигнал фотоприемника 10. После преобразования линейно убывающих сигналов фотоприемников 10 и 11 выходы компараторбв 12-15 будут находиться в нулевом состоянии, все щели 3 диафрагмы 2 перекрыты пассивными (непроэрачны1164883 и к входу формирователя 39 подключается выход фотоприемника 10. Одновременно по сигналу логической единицы с выхода комйаратора 13 транзисторы 56 и 57 закрываются, а транзисторы 58 и 59 открываются„ подключая к опорным входам компараторов 12 и 15 соответственно уровни низкого и высокого напряжения диодно-резисторного моста 20. l0

Алгоритм управления коммутатором 47 обеспечивает подключение на опорные входы компараторов 12-15 аналоговых сигналов уровней низкого и высокого напряжения диодно-резистор- 15 ного моста 20 таким образом, чтобы при перемещении кодовой шкалы 1, т.е. при периодическом переходе фотоприемников 8-11 пассивных непрозрачных. на активные (прозрачные)

20 участки (первый полупериод перемеще" ния шкалы 1)-и наоборот, при периодическом переходе фотоприемников 8-11 с активных (прозрачных) на пассивные (непрозрачные участки (второй полу-

25 период перемещения шкалы 1) кодовой шкалы I и при формировании на выходах фотоприемников 8-11 соответст венно линейно нарастающих и линейно убывающих сигналов компараторы 1215, по состоянию логических уровней

30 на выходах которых производится формирование выходных кодов груйпы старших разрядов, Должны изменять свое выходное состояние с низких логических уровней на высокие при увеличении выше.и с высоких логических уровней на низкие при уменьшении ниже соответственно линейно нарастающими и линейно убывающими сигналами фотоприемников 8-11 уровней высокого и низкого напряжения диодно-резисторного моста 20. При этом старший из группы старших разрядов в первом полупериоде сохра-. няет нулевое состояние, а во втором — единичное. Это приводит к тому, что выходные коды группы младших разрядов в первом полупериоде. перемещения кодовой шкалы 1 снимаются в прямом коде, а во втором полупериоде — в инверсном. После анаг логичных преобразований в формирова- теле 39 сигнала фотоприемника 9 младших разрядов и при превьппении преобразуемым сигналом уровня высо- 55 кого напряжения диодно"резисторного моста 20 срабатываат компаратор 14, код на выходе старших разрядов увеll64883

10 ми) участками кодовой шкалы l т.е. преобразователем заканчивается пре=образбвание перемещения одного периода кодовой шкалы 1 младшего разряда в двоичный арифметический код.

В случае реверса кодовой шкалы 1 при ее движении в направлении, об-ратном указанному стрелкой на чертеже, срабатывает компаратор 15, так как на его опорный вход подключен 10 низкий уровень диодно-резисторного моста 20. Ilpv этом выходной код группы старших разрядов становится единичным ill", на вход формирователя 39 кодом управления "11 " с коммутатора 19 подключается линейно нарастающий сигнал фотоприемника 11, ко- торый в данный момент по уровню ниже опорных уровней диодно-резисторного моста 20, поэтому нулевой код "000" группы младших разрядов инвертируется и становится так же, как и код группы старших разрядов, единичным, "ill" потому что на управляющий вход элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ 46 поступает уровень логической единицы. Транзистор 60 закрывается, а транзистор 6! открывается, подключая к опорным входам компараторов 13 и 14 низкий уровень диодно-резисторного моста 20, но так как на их первые входы поступают сигналы по уровню ниже нижнего опорного уровня, то на их выходах сохраняются низкие логические уровни. Линейно нарастающий сигнал фотоприемника 11 преобразуется в формирователе 39 в линейно убывающий сигнал кодов группы младших разрядов, который за этот интервал перемещения изменяет свое состояние с "1114 в

"000". 11осле этого из низкого логического уровня в высокий переходит выход кампаратора 14, что приводит к уменьшению на единицу выходного кода группы старших разрядов, а на вход формирователя 39 подключается

:линейной нарастающий сигнал фотоприем ника 10, который преобразуется в линейно убывающий сигнал кодов группы младших разрядов.

1164883

Составитель Ю.Котов

Редактор И.Ковальчук Техред M.Êóçüìà Корректор С.Черни

Заказ.4198/54 Тираж.872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4