Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

СОЮЗ СОВЕТСХИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5i) 4 H 03 М 1/64

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3765693/24-24 (22) 26.04.84 (46) 15.02.86. Бюл 9 6 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.А. Пилипович, В.И. Осинский, Ю.В. Трофимов, А.В. Гук, В.P. Михайловский, А.С. Нестерович, П.И. Коленников и E.Ã. Паперно (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 752422, кл. G 08 C 9/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

N - 841000, кл. G 08 С 9/06, 1981.

Авторское свидетельство СССР

И 851437, кл. G 08 С 9/06, 1981 ° . (54) (57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный с объективом, И -разрядный фотоприемник, информационные электроды которого соединены с входами компараторов по числу разрядов преобразователя, и два источника питания, подключенные к электродам и -разрядного фотоприемника, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введены коммутатор каналов, коммутатор поддиапазонов, блок управления, т многоканальных оптических коммутаторов, механически соединенных между собой с шагом, равным длине информационного поля -разрядного фотоприемника, и с контролируемым объектом, ширина каждого канала многоканального оптического коммутатора равна третьей части ширины ячеек электродов младшего разряда Н разрядного фотоприемника, многокаÄÄSUÄÄ 1211889 А нальные оптические коммутаторы рас положены между объективом и ti †разрядным фотоприемником перпендикулярно их оптической оси, информационные входы блока управления соединены с выходами компараторов, первый синхронизирующнй вход соединен с первыми синхронизирующими входами многоканальных оптических коммутаторов и выходом коммутатора каналов, вход которого соединен с синхронизирующим выходом блока управления, второй синхронизирующий вход блока управления соединен с вторыми синхронизирующими входами многоканальных оптических коммутаторов и выходом коммутатора поддиапазонов, вход которого соединен с информационным электродом младшего разряда и -разрядного фотоприемника и с третьим синхронизируюшим входом блока управления, выход которого является выходом фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что в топологию фоточувствительной пленки

И -разрядного фотоприемника введены разрывы по всей длине информационного поля И -разрядного фотоприемника перпендикулярно информационным электродам с шириной, равной ширине световых зондов, формируемых многоканальными оптическими коммутаторами, и разрывы между электродами и информационными электродами Н -разрядного фотоприемника по всей ширине светочувствительных ячеек.

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

121 управления содержит три регистра, мультиплексор, дешифратор, блок сравнения, пороговый элемент, полусумматор, информационные входы регистров являются информационными входами блока управления, синхронизирующие входы регистров и полусумматора объединены и являются первым синхронизирующим входом управления, синхрониЮ зирующие входы дешифратора — вторым синхронизирующим входом блока управления, вход порогового элемента третьим синхронизирующим входом блока управления, а выход блока сравнения — синхронизирующим выходом блока управления, выходы регистров

1889 подключены к входам мультиплексрра, выходы двух старших разрядов каждого регистра подключены к входам полусумматора, информационный вход которого соединен с выходом порогового элемента и входом блока сравнения, со— ответствующие выходы полусумматора подключены к управляющим входам мультиплексора и к входам четырех дополнительных разрядов дешифратора, входы восьми основных разрядов которого соединены с информационными выходами мультиплексора, а управляющие выходы мультиплексора соединены с входами блока сравнения.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и: может быть использовано в цифровых системах управления для преобразования перемещений в цифровой код.

Цель изобретения — повышение точности и помехоустойчивости фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.

На фиг. 1 представлена структурная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг.2функциональная схема блока управления; на фиг. 3 и 4 — соответственно функциональные схемы коммутатора каналов и коммутатора поддиапазонов; на фиг. 5 и 6 — соответственно функциональные схемы управления коммутатора поддиапазонов и коммутатора ка" налов; на фиг. 7 — конструкция много— канального оптического коммутатора (МОК); на фиг. 8 и 9 — временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1) содержит источник 1 света, объектив 2, многоканальные оптические коммутаторы (МОК) 3 и 4, п -разрядный фотоприемник 5, фоточувствительную пленку 6

h -разрядного фотоприемника, электроды 7 фотоприемника, информационные электроды 8 фотоприемника, источники питания 9, компараторы 10, блок 11 управления, коммутатор 12 каналов, коммутатор 13 поддиапазонов.

Блок управления (фиг. 2) содержит три регистра 14 — 16, мультиплексор

17, дешифратор 18, блок 19 сравнения, пороговый элемент 20, полусумматор 21.

Коммутатор каналов (фиг ° 3) содержит схему 22 управления, высоковольтные ключи 23. Коммутатор подди— апазонов (фиг. 4) содержит схему 24

f0 управления, высоковольтные ключи 25 °

Схема управления (фиг. 5) коммутатора поддиапазонов содержит пороговый элемент 20, триггер 26, элемент !

И 27, двоично — десятичный счетчик 28, резисторы 29, конденсаторы 30, элементы ИЛИ-HE 31, дешифратор 32 двоичного кода в десятичный, переключатель 33. сегнетокерамики, скрещенные дихроичные поляризаторы 40, общий электрод, 41, первый и второй электроды 42 и

20 Схема управления (фиг. 6) коммутатора каналов содержит элементы И 27, двоично-десятичный счетчик 28, резисторы 29, конденсаторы 30, элемен- ты ИЛИ-HE 31, дешифратор 32 двоично-, 25 го кода в десятичный, элемент И-НЕ

34, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 35, кварцевый резонатор

36, двоичный счетчик 37.

Многоканальный оптический коммуЗО татор (фиг. 7) содержит верхнюю и нижнюю пластины 38 и 39 из квази3 12

Преобразователь работает следующим образом. !

Световой поток от источника 1 света (фиг. I) через объектив 2, который формирует параллельный световой пучок, поступает на многоканальные коммутаторы 3-4, жестко механически связанные между собой и контролируемым объектом. Пространство между этими коммутаторами 3-4 заполнено непрозрачной средой так, что засветка h -разрядного фотоприемника ФП обеспечивается только светом, прошедшим через коммутаторы

3 — 4.

Многоканальные оптические коммутаторы 3 — 4 представляют собой

1квазисегнетокерамические пластины

38 и 39 (фиг. 7), на поверхности которых созданы системы прозрачных электродов, а сами пластины помещены между скрещенными дихроичными поляризаторами 40. Электроды имеют конфигурацию, позволяющую формировать световые зонды с шириной, равной 50 мкм.

Для реализации одного оптического коммутатора 3-4 используются две пластины, расположенные одна над другой таким образом, что световые клапаны одной пластины расположены над прозрачными электродами другой.

Таким образом, исключаются промежутки между соседними каналами.

Четные каналы формируются с помощью верхней пластины 38, нечетныес помощью нижней 39. Для реализации каждого из каналов используются общий электрод 41, выполненный в виде гребенки,. и два прямоугольных электрода 42 и 43, расположенных в промежутках между зубцами общего электрода, Общие электроды оптических коммутаторов 3 — 4 заземлены. Первый из двух других электродов 42, пространство между которым и общим электродом образует световой клапан, соединен с вторым синхронизирующим вхо— дом, а второй электрод 43 соединен с первым синхронизирующим входом оптического коммутатора 3 — 4. Таким образом, многоканальный оптический коммутатор позволяет создавать ряд световых зондов с шириной в необходимых пределах и, следовательно, полностью использовать информационное поле фотоприемника.

Фотоприемник 5 (фиг. 1) выполнен на основе Cd S Cd Se „ „пленки 6, заключенной между лрофилированными

11889

55 в виде зубцов прямоугольной формы электродами 7 и информационными электродами 8. Для реализации каждого из восьми разрядов фотоприемника используются два электрода 7 и информационный электрод 8, расположенный между ними. Светочувствительные и светонечувствительные ячейки электродов образованы соответственно промежутками между зубцами электродов 7 и информационным электродом 8 и промежутками между впадинами электродов

7 и информационным электродом 8. Све— точувствительные ячейки первого из двух электродов 7, реализующих один из разрядов, расположены против светочувствительных ячеек другого электрода 7. Ширина ячеек электродов 7 равна 150 мкм.

Фоточувствительная пленка 6 имеет разрывы шириной 50 мкм, расположенные по всей ширине фотоприемника перпендикулярно информационным электродам между ячейками одного из электродов 7 младшего разряда, а также разрывы, изолирующие ее от электродов 7 по всей ширине светонечувствительных ячеек. Электроды младшего разряда фотоприемника имеют по 2 ячеек, суммарная ширина которых образует длину информационного поля фотоприемника.

Преобразователь работает в двух режимах: в режиме автоматической установки нуля и в режиме измерения.

При включении преобразователя осуществляется режим автоматической установки нулевого кода. В этом режиме коммутатор поддиапазонов 13 независимо от сигналов, поступающих на его вход (см. временные диаграммы фиг. 8), разрешает работу только первого оптического коммутатора

3 (фиг. 1), так как в исходном положении контролируемого объекта конструкция устройства предусматривает расположение этого коммутатора над началом информационного поля фотоприемника. Коммутатор каналов 12 последовательно открывает все световые клапаны оптического коммутатора 3, начиная с его левой (по фиг. 1) стороны. Световые зонды, формируемые лри этом, попадая на фотоприемник 5, изменяют сопротивление светочувствительных ячеек электродов, в результате нарушается баланс суммарных сопротивлений ячеек, нахо1211889 дящихся по разные стороны информаци- онньгх электродов 8,и на этих электродах появляются напряжения. И только в случае, если световой зонд

5 засвечивает промежутки между ячейками электродов 7 или попадает за пределы фотоприемника, фоточувствительная пленка 6 не засвечивается и баланс сопротивлений не нарушается. 1р

В этом случае, сигналы, снимаемые, с информационньгх электродов 8, равны нулю. Компараторы 10 (фиг. 1) формируют сигналы, соответствующие

"1" при U > О и "О" при U C. О.

Информация в виде двоично-десятичного кода, образованного компараторами 10, последовательно запопняет регистры 14-16 (фиг. 2) блока 11 управления. В момент одновременного 2п срабатывания блока сравнения 19 и порогового элемента 20, означающего, что во всех его регистрах записан нулевой код, на вход коммутатора каналов 12 поступает синхроимпульс, 25 под действием которого схема управле— ния 22 (фиг. 3) этого коммутатора запоминает номера трех соседних каналов, при коммутации которьгх в регистры блока 11 управления были за- gp писаны нулевые коды. В этот же момент времени выходы первого регистра 14 (фиг. 2) с помощью мультиплек— сора 17 соединяются с дешифратором

18, преобразующим двоично-десятичный код в десятичный. С выходом де,шифратора 18 (фиг. 2) инф:.рмация в виде десятичного кода поступает на выход преобразователя, и рассмотренный режим на этом прекращается.

При измерении перемещения контро.тируемого объекта преобразователь включается в соответствующий режим (см. временные диаграммы фиг. 9). В режиме измерения коммутатор поддиапа—

45 зонов 13 (фиг. 1) разрешает работу первого оптического коммутатора 3 на промежуток времени, в течение которого коммутатор каналов 12 коммутирует три соседних канала, номера когорых были занесены в его память в рассмотренном ранее режиме, значение формируемых при этом компараторами

10 кодов также последовательно заполняют регистры 14-16 (фиг. 2) блока 11 5 управления. Если за этот промежуток времени на синхронизирующий вход коммутатора поддиапазонов 13 (фиг. 1) не поступает сигнал амплитудой UÄ + О, означающий, что пери!H оптический коммутатор 3 Hëхг>jl,ится над фотоприемником, то коммутатор ггоддиапазонов разрешает работу следующего оптического коммутатора 3-4, а коммутатор каналов повторяет свою работу. 1!роцесс повто— ряется до тех пор, пока на вход коммутатора поддиапазонов не †.оступит

1 сигна.t U > О. При поступлении этого сигнала коммутатор поддиапазонов разрешает работу тому оптическому коммутатору 3-4, ко горый был включен в это время. В режиме измерения до формирования на информационном электроде младшего разряда фотоприемника

5 сигнала U f О дешифратор 18 (фиг.2) формирует нулевой код. При поступлении на третий синхронизирующий вход вычислительного устройства сигнала !

0 О разрешается работа дешифратора 18,на входы которого, соответствующие разрядам двоично-десятичного кода старше восьмого, через делители напряжения и преобразователь десятичного кода в двоично-десятичный поступают импульсы с выхода коммутатора поддиапазонов 13. На остальные восемь разрядов дешифратора поступают импульсы от первого регистра 14 (фиг.2) блока управления при срабатывании блока сравнения 19 (фиг. 2) и от полусумматора 21 (фиг. 2), к которому подключаются выходы регистров, в которых записан ненулевой код при срабатывании порогового элемента 20, дешифратор 18 фиксирует при этом десятичный код, соответствующий перемещению контролируемого объекта. Ре— жим измерения на этом прекращается.

Рассмотрим более подробно работу блока управления 11 (фиг. 2), коммутатора каналов 12 (фиг. 3) и комму— татора поддиапазонов 13 (фиг. 4), а также схем их управления 22 (фиг.6) и 24 (фиг. 5).

Как уже указывалось, при включении питания начинается режим автоматической установки нулевого кода. В первый момент после включения питания на входы установки в "О" регистров 14-16 (фиг. 2) и входы установки в "1" триггеров полусумматора 21 (фиг. 2), а также на входы установки в "О" счетчика 37 схемы управления 22 (фиг. 6) и счетчика 28 схемы управления 24 (фиг. 5) поступают им1211889

5, сигналы вторых электродов и удержи вать данный коммутатор в закрытом

20 пульсы, формир уемые узлом, собранным по известной схеме на элементах 29 и 30 (фиг. 6). Кроме того, в рассматриваемом режиме вход установки в "О" триггера 26 схемы 24 (фиг.5) через переключатель 33 соединен с землей.

После окончания данных импульсов и установки в соответствующее состоя-. ние выходов счетчиков и триггеров устройства начинает свою работу счетчик 37 схемы 22 (фиг. 6), на вход которого поступают импульсы от тактового генератора, собранно го по известной схеме на элементах

36, 31, 30 и 29. Кроме того, из импульсов этого генератора с помощью счетчика 28 формируется код адреса для ОЗУ 35, изменяющийся от О до 2, а также с помощью узлов 31 и 27 формируются три трехфазные последовательности импульсов, поступающих с выхода блока 12 (фиг. 1) к соответствующим регистрам 14-16 блока

11 (фиг..2). Цифровой код с выхода счетчика 37 схемы 22 (фиг ° 6) записывается в один из трех адресов памяти ОЗУ 35 и через схему МОНТАЖНОЕ ИЛИ, дешифратор 32 и высоковольные ключи 23 (фиг. 3) поступает к вторым электродам оптических коммутаторов 3-4.

Блок 13 (фиг. 1) в режиме установки нулевого кода разрешает работу только первого коммутатора 3, т.к. переключатель 33 (фиг. 5) удержива,ет в течение всего этого режима на выходе триггера 26 состояние "0".

Этот сигнал запрещает прохождение тактовых импульсов от генератора схемы 24 (собран на элементах 31, 30 и 29 по известной схеме и имеет частоту следования импульсов более, чем в 3 раза превышающую частоту тактовых импульсов генератора схемы 22) через элемент 27 на вход счетчика

28. Цифровой код с выхода этого счетчика через дешифратор 32 и высоковольтные ключи 25 (фиг. 4) поступает на первые электроды оптических коммутаторов 3-4 (фиг. 1). Ключи 25 (фиг. 4) работают так, что в открытом состоянии подают йа первые электроды коммутаторов 3-4 "земляной" потенциал, а в закрытом — выход этих ключей переводится в высокоимпедансное состояние. Таким образом, при по1

55 даче на первые электроды одного из коммутаторов 3-4 "з емля ного" поте нци— ала эти электроды будут экранировать состоянии. Если же первые электроды одного из коммутаторов 3-4 подключить к ключу 25 (фиг. 4) с высокоимпедансным выходом, то первые электроды не будут препятствовать проникновению сигналов вторых электродов в область оптических затворов данного коммутатора 3-4. Свет, проходящий через промежутки между вторыми и П-образными первыми электродами закрытых оптических коммутаторов 3-4, имеет недостаточную интенсивность для срабатывания компараторов 10 (фиг. 1) и порогового элемента 20 (фиг. 2), т.к. ширина этих промежутков задается значительно меньшей, чем ширина оптических затворов коммутаторов

3 — 4.

Каждый из выходов дешифратора 32 схемы 24 (фиг. 5) соединен через ключ 25 (фиг. 4) с первыми электродами соответствующего оптического коммутатора 3-4, таким образом, в рассматриваемом режиме разрешается работа только первого коммутатора 3.

Блок 12 последовательно, начиная с левой (по фиг. 1), стороны оптического коммутатора 3, открывает все его каналы на длительность одного такта генератора схемы 22 (фиг. 6).

При этом сигналы компараторов 10 (фиг. 1) заносятся в соответствующие регистры 14-16 (фиг. 2). Как только во всех трех регистрах 14- 16 будет записан нулевой код, сработает элемент 27 блока сравнения 19, а при засветке следующим световым зондом правого по чертежу края фотоприемника сработает пороговый элемент 20.

Этот элемент формирует на своем выходе "0", в том случае, если напряжение 2 Ок на информационном электроде младшего разряда фотоприемника 5 (фиг. 1) превышает порог срабатывания, например, элементов 31 (фиг. 5 и 6). Порог срабатывания схемы 20 (фиг. 2) устанавливается меньшим, чем порог срабатывания компараторов

1О. При одновременном срабатывании элемента 27 схемы 22 (фиг. 6) и порогового элемента 20 блок сравнения 19 (фиг. 2) формирует "0", который уста12 11889

10 навливает на выходе счетчика 37 блока 12 (фиг. 6) нулевой код. Однако на вход дешифратора схемы управления 22 этого блока через схему

МОНТАЖНОЕ ИЛИ продолжают поступать коды, записанные в ОЗУ 35. Эти коды соответствуют номерам каналов коммутаторов 3-4 (фиг. 1), при коммутации которых в регистры 14-16 (фиг. 2) за- 10 писаны нулевые коды. При последующих изменениях разрешается последовательная работа только трех этих каналов.

Рассматриваемый режим на этом прекращается, и дешифратор 18 формирует ну- 15 левой код.

Для включения устройства в режим измерения переключатель 33 переводится в противоположное показанному на фиг. 5 положение. При этом на вход установки в "1" триггера 26 поступает короткий импульс, устанавливающий на его выходе "1". Этот сигнал разрешает поступление на тактовый вход счетчика 28 импульсов от 25 генератора схемы 24. Счетчик 28 управляет работой оптических коммутаторов 3-4, таким образом, что последовательно каждому из них разре— шается сформировать по три. световых 3ц зонда. Причем, если на вход схемы

24 поступает сигнал 0<, превышающий порог срабатывания порогового элемента 20, то на выходе этой схемы появляется "0", устанавливающий на выходе триггера 26 сигнал, запрешающий дальнейшую работу с-гетчика

28, следовательно в режиме измерения разрешается работа только того оптического коммутатора 3-4 (фиг.1), 4О который находится над фотоприемником 5. Код, соответствующий номеру этого коммутатора, поступает с выхода блока 13 на старшие разряды дешифратора 18 (фиг. 2) . Дешифратор 4>

28 имеет четыре старших разряда, восемь основных разрядов и четыре дополнительных. На старшие разряды поступает информация о диапазоне измерения. На основные разряды поступает информация от регистров

14-16. Причем мультиплексор 17 пропускает на вход дешифратора 18 только сигналы от тех регистров

14-16, в которые не записывалась информация в момент срабатывания схемы совпадения 20.

Полусумматор 21 (фиг. 2) выполняет две функции: он подает к мультиплексору сигнальг, запрещающие прохождение через него произвольного кода, и сравнивает коды, записанные в младших разрядах двух регистров

14-16, в которые не были записаны произвольные коды (т.е. в момент записи не срабатывала схема совпадения). В случае, если эти коды совпадают, полусумматор подает на дополнительные разряды дешифратора нулевой код. Если эти коды различных, то к дешифратору пропускается код с меньшим значением, а на четыре дополнительных разряда дешифратора 18 полусумматор 21 подает код, соответствующий 5 в десятичном коде. Если информацию с выхода устройства подавать на индикатор, то между знаками этого индикатора, соответствующими дополнительным и основным разрядам дешифратора 18, должна индицироваться запятая. Таким образом получаем, что в то время как основные разряды несут информацию о положении контролируемого внутри выбранного диапазона измерений с точностью до

2 цополнительные разряды дешифратора I8 позволяют уточнить эту информацию за счет исключения формирования произвольного кода и формирования кода, соответствующего 4 при

2 засветке вторым из трех последовательно формируемых сВетовых зондов промежутка между ячейками фотоприем— чика.

1211889

1211889

0m лбРБл.

Aire Р

Ау //

4Риа3

12 t 1889 фис. Х

1211889

93 91

W И Ф1 чь о м н !!!!! !!!!!

Наналя- 1 Манал/ g Коми йУ канал л" 9 Канал л Х

Фиг. 7

Эпова эеаяряЬ Z

Onmv«xasngnarnepef

Вок1юе мсктрснЪ

1-и октичссклю коюпчутатщю

Юфане элект,ооВ

enny. комнупаню ре8, соотдвистдум щи камалан:

Ои.нал елены с,кое нанева Ю %ижмаш кто ycmpeiusb

Фиа d

1211889

М!!! и

И И!!!cl t

Редактор К. Волощук

Заказ 651/61 Тираж 818 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 йрйк яюмщфвйг саввйлаюфеаре

JflffOAOH: сигюя @ламм Ыfll99f859I Ф Умма улрабммю Ф качФфюФ03фю /юйЬФМУЖФ16Ф

Составитель Б. Матвеевский

Техред М.Надь Корректор Т. Колб