Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использования в преобразователях линейных и угловых перемещений в к од. Целью из обретения является упрощение, повьшение функциональной надежности и расширение областей применения преобразователя. Для этого в преобразователь, содержащий блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 фотоприемниковi блок 4 управления , генератор 6, компараторы 7, 8, элементы И 11-13 и блок 14 счетчиков, введены блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, блок 15 индикации, а растр 2 выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных у,частков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направлению их чередования. Свет от блока 1 осветителей через растр 2 поступает на линейку 3 фотоприемников . В исходном состоянии темный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3. Оставшаяся часть образует комбинационные.полосы.. С блока 4 управления импульсы опроса поступают на вход линейки 3, и на выходе одновременно с импульсами опроса второй фазы появляются сигналы. В момент прихода стробирующего сигнала с блока 4 устройством 5 осуществляется фиксация мгновенного значения сигнала линейки 3 и хранения его до прихода следующего стробирующего сигнала. Вьщеленная таким образом огибающая значений выходных сигналов линейки 3 одной муаровой полосы посс . (Л с ьо со ел ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (50 4 " 03 M 1/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOhNf СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3965445/24-24 (22) 09.09.85 (46) 07.03.87. Бюл. В 9 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.А.Пилипович, А.К.Есман, В.С.Поседько и A.Â.Êóëèê (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 1035419, кл. С 01 В 21/00, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1197076, кл. Н 03 М 1/24, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В

КОД (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использования в преобразователях линейвых и угловых перемещений в код.Целью изобретения является упрощение, повышение функциональной надежности и расширение областей применения преобразователя.

Для этого в преобразователь, содержащий блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 фотоприемников, блок 4 управления, генератор 6, компараторы

7, 8, элементы И 11-13 и блок 14

„„SU„„129551? А 1 счетчиков, введены блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, блок 15 индикации, а растр 2 выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных участков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направлению их чередования. Свет от ! блока 1 осветителей через растр 2 поступает на линейку 3 фотоприемников. В исходном состоянии темный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3 ° Оставшаяся часть образует комбинационные полосы.

С блока 4 управления импульсы опроса поступают на вход линейки 3, и на выходе одновременно с импульсами опроса второй фазы появляются сигналы.

В момент прихода стробирующего сигнала с блока 4 устройством 5 осуществляется фиксация мгновенного значения сигнала линейки 3 и хранения его до прихода следующего стробирующего сигнала. Выделенная таким образом огибающая значений выходных сигналов линейки 3 одной муаровой полосы пос12955 тупает на вход компараторов 7, 8, Компаратор 7 выдает сигнал формирователю 9, который открывает элемент

И 11 для прохождения импульсов с генератора 6 в блок 14 счетчиков. Число этих импульсов соответствует одному периоду муаровой полосы. При угловом смещении растра 2 период его определяется величиной угла смещения, Ширина светлой полосы муара измеря- ется числом импульсов, формируемых элементов И 12 по сигналам с компаратора 7 и элемента И 11. Эти импуль17 сы поступают на вход блока 14 счетчиков и формируют код, пропорциональный угловому перемещению растра 2.

Перемещение растра 2 вдоль второй оси осуществляется по сигналу с выхода компаратора 8. При этом по команде триггера 10 элемент И 13 открывается, и элемент И 13 пропускает импульсы с. генератора 6. Таким образом в блок 14 счетчиков заносится число, пропорциональное перемещению растра 2 вдоль второй оси. 1 s.n. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных и угловых перемеще. ний.

Цель изобретения " повышение функционапьной надежности и расширение области применения преобразователя путем возможности измерения трехкоординатного перемещения.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя,на фиг.2— структурная схема блока управления, на фиг. 3 - растр, общий вид и вид оптических муаровых полос, образуемых его рабочими участками и периодической структурой линейки фотоприемников, на фиг. 4 " временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 фогоприемников, блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, генератор 6, компараторы 7 и 8, формирователь 9 импульсов, триггер 10, элементы И 11-13, блок 14 счетчиков, блок 15 индикации. Блок 4 управления содержит формирователь 16 импульсов, триггер 17,счетчик 18, генератор 19, элемент И 20, селектор 21 импульсов, шину 22 питания. На временных диаг раммах представлены сигналы 23-30 в различных точках преобразователя.

В конкретном исполнении блок 1 осветителей представляет собой лампу накаливания с нитеобразным телом свечения, расположенным перпендикулярно оптической оси преобразователя и направлению расположения фотоприемников в линейке 3, растр 2 — периодическую последовательность непрозрачных участков клиновидной фор5 мы (фиг. 3), выполненных на стекле методами фотолит огр афин, причем период Т растра равен:

Т= KP

-це P — период расположения фотоприемников в линейке 3;

< — заданное значение дискретности муаровой полосы, К вЂ” натуральное число.

Линейка 3 фотоприемников представляет собой фотоприемную линейку на приборах с зарядовой связью с периодом Р и количеством 10 элементов 0 (K 1200 ЦЛ1), устройство 5 выборки и хранения выполнено на базе микросхем

К544УД2Б, генератор 6 представляет собой высокочастотный генератор на

25 базе микросхемы К 155ЛАЗ компарато9 .. ры 7 и 8 — на микросхемах К 521САЗА, формирователь 9 выполнен на микросхемах К 155ТИ2 на базе стандартной схемы, триггер 10 — на микросхеме

К 155ТИ2, элементы И 11-13 — на микросхеме К 155ЛИ1, блок 14 счетчиков выполнен на базе микросхем К 155ИЕ7 с объединенными установочными входами, являющимися установочным входом блока 14, блок 15 индикации выполнен

35 на базе дешифраторов К 514ИД2 и светодиодных матриц АЛС324.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образдм.

2295517

Свет от блока 1 осветителей поступает через растр 2 на линейку 3 фотоприемников. В исходном состоянии

I темный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3 фотоприемников. Оставшаяся часть линейки 3 фотоприемников вместе с ра" бочим сечением растра 2 образует К комбинационных оптических полос с периодом Т„, равным:

КРТ созе где Т вЂ” период растра 2;

Р— период линейки 3 фотоприемников; д- — угол, образованный плоскостями растра 2 и линейки 3 фотоприемников.

Сигналом с установочного выхода блока 4 управления устанавливаются в исходное состояние формирователь 9, . триггер 10 и блок 14 счетчиков. При этом блок 4 управления работает следующим образом.

При включении питания формирователь 16 (фиг. 2) формирует импульс начальной установки, который поступает на триггер 17 и счетчик 18 и ус-3О танавливает их в исходное состояние.

В исходном состоянии триггер 17 запускает трехфазный генератор 19, который преобразует тактовые импульсы, поступающие на его вход, в последовательность перекрывающихся импульсов, предназначенных для опроса фотоприемников линейки 3. После опроса определенного числа фотоприемников счетчик 18 перебрасывает триггер 17, который в Свою очередь останавливает трехфазный генератор 19.

На выходе элемента И 20 появляются импульсы синхронно с появлением импульсов опроса на втором выходе трехфазного генератора 19. Каждый

К-й импульс, поступающий с выхода элемента И 20 на вход селектора 21, выделяется последним и поступает на выход блока 4 управления, которым является выход селектора 21.

Импульсы опроса блока 4 управления поступают на соответствующие входы линейки 3 фотоприемников. СигI налы на выходе линейки 3 фотоприемников появляются синхронно с импульсами опроса второй фазы и поступают на вход устройства 5 выборки и хранения. В момент прихода стробирующеrn импульса на соответствующий вход устройства 5 выборки и хранения осуществляется фиксация мгновенного значения сигналов линейки 3 фотоприемников и хранения его вплоть до прихода следующего стробирующего им-. пульса. Таким образом, устройство 5 выборки и хранения выделяет огибающую 24 (фиг, 4) значений выходных сигналов линейки 3 фотоприемников, соответствующих одной муаровой полосе, которая поступает на входы компараторов 7 и 8, Компаратор 7 фиксирует моменты превышения этой огибающей порогового напряжения U „, . Сигнал 24 (фиг. 4) с выхода компаратора 7 поступает на вход формирователя 9, который по первому заднему фронту закрывает его, формируя сигнал 25. Таким образом, на выход элемента И 11 с выхода генератора 6 проходит n импульсов 26 (фиг ° 4) в течение одно- го периода Т„ муаровой полосы, которые регистрируются блоком 14 счетчиков.

При наличии угловых смещений растра 2 изменяется его проекция на плоскость линейки 3 фотоприемников, период Т чередования темных и с ветлых полос в которой равен Т = Твоею.

При этом величина угла ® на который смещается растр 2 относительно плоскости линейки 3 фотоприемников, определяется как где S- отношение частот импульсов генератора 6 и импульсов опроса блока 4 управления.

Одновременно с измерением периода

-Т муаровой полосы происходит изме-. рение ширины светлой муаровой поло-. сы. Компаратор 7, выходной сигнал которого поступает на вход элемента

И 12, открывает его только при опросе фотоприемников, выходные сигналы которых соответствуют светлым муаровым полосам (по превышению выходного сигнала фотоприемника опорного нап- .

PHKPHHH U<, )s

На вход элемента И 12 поступает с выхода элемента И 11 и тактовых импульсов с генератора 6, соответствующих одному периоду муаровой полосы. Таким образом, с выхода элемен- та И 12 в блок 14 счетчиков проис5 12955 ходит только m импульсов ? 7 (фиг, 4), соответствующих светлой муаровой полосе.

При изменении ширины светлой полосы рабочего участка растра 2 с А до величины Т (фиг. 3), т.е. при сдвиге растра 2 в направлении оси Y на расстояние L = (Т вЂ” A)tgf, где угол наклона противоположных сторон полос растра 2, ширина светлой муара- 10 вой полосы изменяется с 0 до Т„ (при П „,, близком амплитудному значению выходных сигналов фотоприемников}. Отсюда легко показать, что вычисление перемещения вдоль координаты У можно производить по формуле

Y = — (Т вЂ” А) :-.р

В исходном состоянии на выходе

20 компаратора 8 находится низкий потенциал, запрещаюпдй прохождение импульсов с генератора 6 через элемент

И 13 на вход счетчика 1ч. Разрешение на прохождение импульсов элементом

И 1 3 компаратор 8 устанавливает только при опросе первого освещенного фотоприемника линейки 3 сигналом

28 (фиг. 4) . При этом триггер 10 дает разрешение на прохождение импульсов элементу И 13 в исходном состоянии и снимает его по первому заднему фронту сигнала 29 (фиг. 4), поступающего на его вход с выхода компаратора 7. Таким образом, на вход 35 блока 14 счетчиков проходит лишь тактовых импульсов 30 с генератора

6, начиная с момента опроса первого освещенного фотоприемника линейки 3 и до опроса фотоприемников с границы раздела светлой и темной муаровых полос.

Так как при перемещении по X растра 2 на расстояние, равное его периоду Т, фаза муаровой картины повторяется, то очевидно, что перемещение растра 2 в этом направлении в пределах одного расстояния Т можно ,однозначно вычислять из выражения

fT.

5Î

Х =— и

Измерение перемещения растра 2 на расстояние, большее величины Т (a направлении Х), можно производить по регистрации количества фотоприемников, закрытых темным краем растра 2.

Кодь|,I, m, и, лежащие в основе вы,числения состветствующих перемеще1 /

6 ний, заносятся из блока 14 счетчиков в блок 15 индикации.

Таким образом, линейные перемещения вдоль обеих координат фиксируются не по абсолютным величинам, а по относительным. Для определения перемещения вдоль координаты Х вычисляется отношение расстояния от оси углового вращения растра до первой границы раздела светлой и темной муяровых полос к периоду Т„ муаровой полосы. Для определения перемещения вдоль координаты Y вычисляется коэффициент заполнения муаровой полосы, т.е. тоже относительная величина. Изменение периода Т муаровой полосы не влияет на вычисляемые отношения, что указывает на независимость измерения линейных и угловых перемещений. Более того„ измерения линейных ! перемещений вдоль координат; Х и Y являются также независимыми. !

Изменение рабочего сечения растра (фиг. 3), вызванное его линейным перемещением вдоль координаты У, ведет к смещению только одной границы раздела темной и светлой муаровых полос (фиг. Зб). Вторая граница раздела остается в этом случае неподвижной, она используется для определения линейного перемещения вдоль координаты Х.

Кроме того, использование относительных величин для вычисления перемещений, а также использование периода муаровой полосы вместо ее ширины позволяет избежать влияния на работу преобразователя различных дестабилизирующих факторов, связанных с изменением амплитуды выходных сигналов фотоприемников (т.е., колебания интенсивности источника света, температурные колебания и т.д.}, что повышает помехозащищенность устрой-. ства. Позволяя производить одновременно и независимо измерения угловых и линейных перемещений по двум координатам, преобразователь дает возможность заменить несколько однокоординатных преобразователей одним трехкоординатным. Более того, на работу преобразователя перемещения в код не оказывают влияние дестабилизирующие факторы, такие как вибрации, температурные колебания и др, Формулаизобретения

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор, выход ко1295517 торого соединен с входом блока управления, выходы опроса которого соединены с соответствующими входами линейки фотоприемников, блок осветителей, оптически соединенный через растр с линейкой фотоприемников, первый и второй компараторы, первые входы которых объединены, а вторые входы соединены с выходами соответствующих источников опорных напряже- 10 ний, выход первого компаратора соединен с первым входом триггера, первый выход блока управления соединен с вторым входом триггера и первым входом блока счетчиков, выход второ- 15 го компаратора соединен с первым вхо дом первого элемента И, второй и третий элементы И, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повынения функциональной надежности и 20 расширения области применения преобразователя путем возможности измерения трехкоординатного перемещения, в него введены устройство выборки и хранения, формирователь импульсов и блок индикации, а растр выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных участков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направ- 30 лению их чередования, период Т чередования равен Т = KP — ь, где P— расстояние между центрами смежных фотоприемников линейки фотоприемников, 4- заданное значение дискретнойЗ5 муаровой полосы, К вЂ” натуральное число, при этом наименьшее расстояние А между соседними непрозрачными участками не меньше линейного размера фотоприемника линейки фотоприемников, 40 а ось вращения растра расположена на расстоянии А от начала периодической последовательности непрозрачных участков, выход линейки фотоприемников соединен с первым входом устрой- 45 ства выборки и хранения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход соединен с первым входом первого компаратора, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с йервым выходом блока управления, а выход соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с вторым входом блока счетчиков, выход генератора соединен с вторым входом второго элемента И и с вторым входом первого элемента И, третий вход которого подключен к выходу триггера, а выход соединен с третьим входом блока счетчиков, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого компаратора, а выход соединен с четвертым входом блока счетчиков, выходы которого соединены с входами блока индикации.

2. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит формирователь импульсов, счетчик, триггер, генератор, элемент И и селектор импульсов, вход формирователя импульсов соединен с шиной питания, а выход соединен с первыми входами счетчика и триггера и является первым выходом блока управления, выход счетчика соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с первым входом генератора, второй вход которого является входом блока управления, а выходы генератора являются выходами опроса блока управления, первый выход генератора соединен с первым входом элемента И, второй выход — с вторым входом счетчика, а третий выход — с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом селектора импульсов, выход которого

,является вторым выходом блока управления.

1295517 (! (I гз

Фиг.4

Составитель Ю.Котов

Техред В. Кадар Корректор M.Ïîæî

Редактор Н.Тупица

Тир аж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 627/61

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Ilpor-ктн,л.i,