Устройство для считывания графической информации

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считывания графической информации . Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия. Устройство содержит электроакустические преобразователи, линейные координат-, ные микрофоны, времяимпульсные преобразователи , блок управления, регистр числа блокировок, счетчики координат, регистр эталонного расстояния , генератор тактовых импульсов , накапливающий сумматор. Каждый из времяимпульсных преобразователей содержит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, элемент И, микрофонный усилитель-формирователь. Устройство обеспечивает высокую точность измерения координат в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды. 1 ил. i (Л to о 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 G 06 К 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

К)

Ю

CR ь)

4Р

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2508079/24»24 (22) 18,07,77 (46) 30,01.86, Вюл. 11 4 (72) Е.Ф.Володкович, Ю.П.Гончаров, С.И.Кудреватых, P,Ï.Hèêîëàåâ, В;П.Панченко и П.И,Полетаев (53) 681.327.12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 488231, кл. С 06 К 11/00, 1969.

Авторское свидетельство СССР

Ф 551637, кл. G 06 F 3/16, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к облас- ти автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считывания графической информации. Цель изобретения — повьппение точности и быстродействия, Устройство содержит электроакустические преобразователи, линейные координат-. ные микрофоны, времяимпульсные преобразователи, блок управления, регистр числа блокировок, счетчики координат, регистр эталонного расстояния, генератор тактовых импульсов, накапливающий сумматор.

Каждый из времяимпульсных преобразователей содер;кит триггер, элемент И, элемент ИЛИ, элемент И, микрофонный усилитель-формирователь. Устройство обеспечивает высокую точность измерения координат в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды. 1 ил.

1 12

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для полуавтоматического считывания координат точек.

Известны акустические устройства для считывания графической информации, содержащие электроакус-. тические преобразователи, блок сравнения, приемники акустических колебаний, времяимпульсные преобразователи, счетчики координат, генератор тактовых импульсов, блок пос-тоянной памяти, дешифратор, блок вычитания кодов, сумматор и преобразователь код-напряжение.

Однако известное устройство имеет больной аппаратурный состав, основной объем которого составляют арифметические блоки, и низкое быстродействие, вследствие осуществления нескольких циклов коррекции перед каждым измерением, Наиболее близким к предлагаемому является устройство для считывания графической информации, содержащее электраякустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам времяимпульсных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входями счетчиков координат, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходу блока управления, третий и четвертый выход которога соединены с вторыми входами времяимпульс»ых преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электраакустических преобразователей подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, reFIppBTQp TQKToBbIx импульсов, соединенный с пятыми входами времяимпульсных преобразователей.

Недостатком данного устройства является та, чта оно не обеспечивает высокую точность в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды, вледствие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента коррекции, что привалит к накопленной ошибке, и низкое быстродействие, Цель изобретения — повышение точности и быстродействия устройства, Поставленная цель достигается тем, чта устройства для считывания гряЬи08570 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13.

Каждый из времяимпульсных преобразователей содержит триггер 14, элемент И 15, элемент ИЛИ 16, элемент И 17, микрофонный усилительформирователь 18. в

Блок управления имеет выходы 1924, и входы 25 и 26.

Элек роакустические преобразователи 1 и 2 предназначены для излучения коротких ультразвуковых импульсов. Координатные микрофоны 3 и 4 преобразуют принятые ультразвуковые импульсы в электрические сигналы. Бремяимпульсные преобразователи 5 и 6 вместе со счетчиками 9 и 10 предназначены для преобразования времени прохож35

40 дения ультразвуковой волны в код координаты, Блок 7 управления служит для синхронизации работы всего устройства,.

Регистр 8 числа блокировок в цикле измерения предназначен для хранения избыточного числа импульсов, Счетчик 9 координаты Х в цикле коррекции используется для

50 вычисления избыточного числа импульсов, а в цикле измерения координат осуществляет счет откорректированной последовательности тактовых импульсов во времяимпульсном преобразователе координаты Х, Регистр 11 эталонного расстояния в цикле измерения служит для хранения величины эталонного расстояния

55 ческой информации содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управления, установочные входы — к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы— соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирующий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход — с шестыми входами времяимпульсных преобразователей.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство содержит электроакустические преобразователи 1 и 2,.линейные координатные микрофоны 3 и 4, времяимпульсные преобразователи 5 и 6, блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9 и 10

1208570 при данных параметрах среды. Генератор 12 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы для измерения расстояния.

Триггер 14 предназначен для формирования прямоугольного импульса длительностью, равной времени прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов.

Триггер 14 устанавливается в единичное состояние от сигнала любого из электроакустических преобразователей, что позволяет использовать блоки преобразования координат как в цикле коррекции, так и в цикле измерения.

Логический элемент И 15 предназначен для пропускания тактовых импульсов в координатные счетчики во время прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов, Логический элемент ИЛИ 16 предназначен дпя использования счетчика 10 для измерения координаты Y в цикле измерения эталонного расстояния в цикле коррекции.

Логический элемент И 17 с одним инверсным входом запрещает прохождение избыточных импульсов из последовательности тактовых импульсов, поступающих в счетчики 10. и 9 в цикле измерения, Электроакустический преобразователь 1 связан с выходом 23 блока 7 управления и единичными входами триггеров 14 времяимпульсных преобразователей 5 и 6. Координатные микрофоны 3 и 4 подключены к соответствующим блокам 5 и б,каждый из которых содержит последовательно включенные усилители-формирователи 18, триггеры 14, логические элементы 15 И, ИЛИ 16, И 17 с одним ин версным входом и координатные счетчики Y 10 и Х 9. Электроакустический преобразователь 2 подключен к выходу 22 блока 7 управления и единичным входам триггеров 14 блоков 5 и 6. Блок 7 управления входом 26 связан с кнопкой "Пуск" (не показана), размещенной на электроакустическом преобразователе 1, а выходами 24 и 25 — с элементом И 17 блоков 5 и 6. Регистр 8 числа блокировок входами соединен с разрядными выходами координатного счетчика Х 9, управляющим входом — с выхо55 Измерение координат произвольной точки разбивается на два цикла: !. Измерение Х и одновременное вычисление дХ

5 !

О

50 дом 19 блока 7 управления, а выходами — с вычитающим входом накапливающего сумматора 13. Регистр 11 эталонного расстояния входами соединен с разрядными выходами счетчика Y 10, управляющим входом — с выходом 19 блока 7 управления, а. выходами — с суммирующим входом накапливающего сумматора 13. Накапливающий сумматор 13 выходом знакового разряда соединен со входами времяимрульсных преобразователей, а тактирующим входом — с выходом генератора 12 тактовых импульсов. Генератор 12 тактовых импульсов связан с элементами И 15 блоков 5 и 6.

Принцип работы устройства основан на измерении времени прохождения фронта ультразвуковой волны от электроакустического преобразователя до микрофона. При изменении параметров окружающей среды изменяется скорость распространения звуковой волны. Для расчета корректур измеренной координаты используют эталонный канал, состоящий из неподвижно укрепленного электроакустического преобразователя 2 и микрофона Х. 3а время прохождения звуковой волной расстояния от эталонного источника до микрофона ЗХ на счетный вход счетчика Х 9 от генератора 12 тактовых импульсов посту о пает Х импульсов. Частота генераз 1, тора выбрана так, что Х ) Х во всем диапазоне изменений параметров среды, в котором предполагаето ся использовать устройство. Х вЂ” истинная координата эталонного источника). Если иэ последовательнос4 о ти Х исключить дХ -(Х -Х ) имэ э э Э пульсов, то получают истинную координату эталонного источника.

При измерении координаты произвольной точки необходимо исключить о

-«s Х. количество импульсов

Х; 6, N, = - - Ь Х где Х, — количество

Х о

Э

Э. которое поступает на вход счетчика 9Х от тактового генератора 12 за время прохождения фронтом звуковой волны расстояния от электроакустического преобразователя 1 до микрофона ЗХ.

208570 Ь

F>0 то наоборот, Если а = О, то ошибки нет. В начальный момент а = О, b = О и, следовательно,Р=О.

Устройство следит эа знаком Г,который содержится в знаковом разряде сумматора 13. Знаковый разряд сумматора 13 содепжит единицу, при

F<0 и.ноль при F>0, В начальный момент н сумматоре 13 содержится 0.

Рассмотрим как изменяется F на

i-ом импульсе

1, Р„= а X -Ь

% 1

2 Измерение координат X4,(У<

Устройство работает следующим образом, Для измерения координат электроакустический преобразователь 1 сонмещают с требуемой точкой. По команде из блока 7 в счетчик 9 координаты Х записывает число, являющееся дополнением эталонного расстоя(((. ( ния до величины 2, т.е. число

2 " -Х, Затем производят возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 2, Синхронно с запуском ультразвука блок 7 управления разрешает поступление им- ts пульсов н счетчик 9 координаты Х и счетчик 10 координаты Y. В момент, когда фронт звуковой волны достигает микрофона 3, времяимпульсные преобразователи прекращают поступление импульсов в счетчики 9 и 10, В счетчик 10 записывается Х,, а в счетчике 9 — (2" -Х )+Х =2" + э

+((Х . Следовательно, в младших разрядах счетчика 9 записывается аХэ, а в (и+1) разряде — единица. Затем по команде из блока 7 содержимое счетчика 10 записывается н регистр 11„ а содержимое сч(етчика 9 — н регистр 8, На этом первый цикл заканчивается.

Ь =b и а =а ° + (+! ° (!

20 Тогда о

F; (а„+1) Х -Ь

2, Неблокируемьн!

b = Ь +1 и а ° ((! ((-!

Тогда

ЛХ =F+Xо о э э счет

= а!

F = а Х -(Ь +1)((Х =F; -ЛХэ.

1.

Сумматор l3 работает следующим образом.

Если н результате вычислений на предыдущем шаге F>0, то выполняется вычитание F-X, т„е, иэ содержимого сумматора 13 вычитается содержимое регистра 8. Если Fc0, то выполняется сложение Р+Хэ, т,е, содержимое сумматора 13 суммируется с соцержимым регистра 11. Так как в начальный момент в сумматоре 13

Г = О и с каждым тактом устройство стремится уменьшить ошибку, то в ходе вьппеописанного функционирования в сумматоре 13 ошибка измерения не превьппает одного импульса. Замен тим что отсюда следует что разФ рядность сумматора 13 не превьппает разрядности регистра 11.

Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входе выгодно отличает предлагаемое устройство от устройства-прототипа„ так как устраняет накапливаемую ошибку, получаемую н устройстве-прототипе, вследствие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента коррекции. Оценим эту ошибку. В прототипе коэффициент

Х коррекции К =епг.(††), так как пхэ то

Цикл измерения координат начинается с того, что по команде блока 7 управления производят возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 1, Синхронно с возбуждением начинается счет импульсов счетчиками 9 и 10, Для пояснения принципа коррекции введем следующие обозначения: а — количество заблокиронанных ! импульсов к 1-му такту, Ь, — количество импульсов, сосчитанных счетчиком координат к этому такту.

Если ошибка измерения равна О, Ь Х, 1, а„ ьХ отсюда л Х Ь = X . а ° или о

Э ° а Х -Ь ((Х = О, Обозначим ( э

= а„Х -Ь; ьХ . Это оценочная функция коррекции, которая хранится в сумматоре 13 и ее знак совпадает со знаком ошибки измерения.

Если 0<0, то иэ последовательности тактовьгх импульсов исключено недостаточное число импульсон. Если

Рассмотрим два случая.

1. Блокировка, т,е. из последовательности выбрасывается один импульс

1208570

20

7 деление там производится на счетчиках. При измерении координаты произ о вольской точки Х, из нее исключаетх ся - -, — импульсов. При измерении о о координаты произвольной точки Х.

x.. из нее будет исключено - — импульК0 сов,поэтому ошибка при измерении координаты произвольной точки Х, будет равна

h х х„" х" (к-к ) к к к к

Ф у О где К = - --. Иэ (1) видно что макахэ

I 15 симальная ошибка при измерении .коор о динаты Х в .устройстве-прототипе проx Î порциональна — — —,— - (2) . к (к +1)

Расширение рабочего диапазона предлагаемого устройства, связанное с изменением параметров звукопроводящей среды, приводит к расширению интервала измерения коэффициента коррекции. Из (2) видно,.что на величину возможной ошибки наибольшее влияние оказывает минимальное значение коэффициента коррекции, которое уменьшается с ростом температуры и других факторов, приводящих к росту скорости звука, !

Оценим величину ошибки измерения координат в устройстве-прототипе при изменении температуры воздуха в пределах 20 10 С на планшете 1000х х1000 мм. Скорость звука при t=10 С з равна v = 337,8 10 мм/сек, а при

= 30 С вЂ” vz- =349,6 10 мм/сек.

Время прохождения звука от электро- щ акустического преобразователя до микрофонов соответственно равны:

Т = — = 2960 ° 10 с, хэ -6

4 у

Т =-э = 2867 ° 10 с, 45 уг хэ

Коэффициент коррекции К =ent(†)=

ЬХ

31.

Используя (2), оценим максимальную ошибку измерения

50 х, 8 — — — — 0 001Х

K (K +1)

Ошибка составляет 0 1% измеряемоI о расстояния, что вполне удовлетворительно.

Если температура воздуха изменяето ся в пределах 10 50 С, то расчеты для устройства с таким ее рабочим планшетом показывают, что максимальная ошибка увеличивается до

2,8% измеряемого расстояния.

В предлагаемом устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств — величине дискретности, соответствующей одному импульсу. Кроме того, в предлагаемом устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерения координат, что приводит к увеличению быстродействия устройства (по сравнению с прототипом) на 33%.

Формула изобретения

Устройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам времяимпульсных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходам блока управления, третий и четвертый выходы которого соединены с вторыми входами времяимпульсных

Ф преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакусти ческих преобразователей подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, генератор тактовых импульсов, соединенный с пятыми входами йремяимпульсных преобразователей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия устройства, оно содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управления, установочные входы — к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы — соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирующий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход— с шестыми входами времяимпульсных преобразователей.

1I208570

Составитель Т,Ничипорович

Редактор A.Ðåâèí Техред М.Пароцай Корректор Е,Сирохман

Заказ 290/59 Тираж 673 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ПЛП "Патент", г„ Ужгород, ул. Проектная, 4