Преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Для повышения технологичности и точности в преобразователь, содержащий генератор , два элемента задержки, усилитель; первый ключ, аналого-цифровой преобразователь, первый регистр и датчик перемещения на одном считывающем элементе и модуляторе, введены два элемента задержки, второй ключ, два элемента ИЛИ,-второй регистр, арифметический блок, второй считывающий элемент. Модулятор выполнен из прямоугольной пластины шириной, равной половина ширины каждого из считывающих элементов, считывающие элементы выполнены из двух печатных полосковьк проводников каждый, расположенных в одной плоскости и содержащих параллельные последовательно соединенные участки. При перемещении модулятора относительно первого считывающего элемента на его вькодах формируется сигнал, пропорциональный этому перемещению. Питание обоих считывающих элементов обеспечивается генератором через соответствукнцие элементы задержки и ключи. Этот сигнал подается в усилитель, собранньй по дифференциальной схеме с запоминанием. Выходной сигнал усилителя пропорционален разности напряжений на его информационных входах. Аналого-цифровым преобразователем сигналы с выхода усилителя преобразуются в цифровой код, которьй заносится в первый регистр по команде с соответствующего. элемента задержки. Преобразование положения модулятора относительно второго считывающего элемента осуществляется аналогично в следующем цикле преобразования. Полученный таким образом сигнал преобразуется в цифровой код и обрабатывается вместе с первым сигналом в арифметическом блоке. На его выходе формируется код, пропорциональный перемещению модулятора относительно считывающих элементов. Этот код регистрируется вторым регистром. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИН

А1

И9) (111 (51) 4 Н 03 М 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4031752/24"24 (22) 03.03.86 (46) 15.07.87. Бюл. Р 26 (71) Институт кибернетики им. В.М.Глушкова (72) А.Д.Бех и В.В.Чернецкий (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 748840, кл. Н 03 К 5/153, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1043679, кл. G 06 G 7/26, 1982. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В

КОД (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Для повышения технологичности и точности в преобразователь, содержащий генератор, два элемента задержки, усилитель, первый ключ, аналого-цифровой преобразователь, первый регистр и датчик перемещения на одном считывающем элементе и модуляторе, введены два элемента задержки, второй ключ, два элемента ИЛИ,.второй регистр, .арифметический блок, второй считывающий элемент. Модулятор выполнен из прямоугольной пластины шириной, равной половине ширины каждого из считывающих элементов, считывающие элементы выполнены из двух печатных полосковых проводников каждый, расположенных в одной плоскости и содержащих параллельные последовательно соединенные участки. При перемещении модулятора относительно первого считывающего элемента на его выходах формируется сигнал, пропорциональный этому перемещению. Питание обоих считывающих элементов обеспечивается re" нератором через соответствующие элементы задержки и ключи. Этот сигнал подается в усилитель, собранный по дифференциальной схеме с запоминанием.

Выходной сигнал усилителя пропорционален разности напряжений на его информационных входах. Аналого-цифровым преобразователем сигналы с выхо" да усилителя преобразуются в цифровой код, который заносится в первый ре" гистр по команде с соответствующего." элемента задержки. Преобразование по- („ ложения модулятора относительно второго считывающего элемента осуществ- 2 ляется аналогично в следующем цикле преобразования. Полученный таким образом сигнал преобразуется в цифровой код и обрабатывается вместе с первым сигналом в арифметическом блоке. На его выходе формируется код, пропорциональный перемещению модулятора относительно считывающих элементов. Этот код регистрируется вторым регистром.

1 зфпе ф лыу 3 ил

U = U

Ig

< 2 о

1 132411

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в автоматических манипуляторах, роботах, автоматизированных системах в качестве преобразователя линейных перемещений в код.

Целью изобретения является повышение технологичности и точности преобразователя. 10

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 схема усилителя; на фиг.3 — вальтметрические характеристики считывающих элементов преобразователя, 15

Преобразователь содержит датчик 1 перемещения со считывающими элементами 2 и 3 и модулятором 4, генератор 5, элементы 6-9 задержки, ключи

10 и 11, элементы ИЛИ 12 и 13, усили- 20 тель 14, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, регистры 16 и 17, арифметический блок 18. Усилитель 14 содержит коммутатор 19, конденсаторы

20 и 21, и-р-п-транзисторы 22-27, по- 25 левые транзисторы 28 и 29, резисторы

30 и 31. Ключи 10 и 11 содержат и-ри-транзисторы 32 и 33 и токозадающие элементы 34-37.

Преобразователь работает следующим образом.

Генератор 5 создает периодические импульсные сигналы напряжения прямоугольной формы, служащие для возбуж- 35 дения считывающих элементов 2 и 3 и обеспечения функционирования схемы обработки сигналов. Задержанные элементом 6 задержки сигналы открывают транзистор 32, который преобразует 40 импульсы напряжения в импульсы тока возбуждения, амплитуда которого ограничивается токозадающими резисторами

34 и 35. В момент нарастания фронта импульса тока возбуждения напряжение 45 на индуктивностях полосковых проводников при перемещении модулятора 4 относительно считывающего элемента. 2 изменяется по закону

d lS.

U=L1

О dt где L — погонная индуктивность полоса кавых проводников;

Х вЂ” длина полоскового проводника с одной .стороны от оси симметрии считывающего элемента 2.

1 2

Поскольку индуктивности проводников с разных сторон ат оси симметрий считывающего элемента равны и сопротивления токоэадающих резисторов 34 и 35 равны, то и напряжения на индуктивностях полосковых проводников равны, т,е. где I — амплитуда тока возбуждения .в транзистора 32; — постоянная времени нарастания фронта импульса тока возбуждения, Напряжения на индуктивностях подаются на входы усилителя 14, построенного на дифференциальной схеме.

Усилитель (фиг.2) работает следующим образом.

В начале такта измерения по приходе импульса напряжения генератора .

5 происходит запирание коммутатора 19 и конденсаторы 20 и 21 заряжаются до напряжения +Е. После заряда конденсаторов 20 и 21 и размыкания комму" татара 19 усилитель 14 готов к приему информационных сигналов. Напряжения Б, и U считывающего элемента 2 воздействуют на базы дифференциальной пары п-р-и-транзисторов 22 и 23.

Во время появления информационных сигналов с выходов ключа 10, которое соответствует фронту импульса на выходе элемента 6 задержки, на управляющий вход усилителя 14 приходит импульс напряжения, который открывает транзистор 26, выполняющий фуйкцию генератора тока. При этом тбк транзистора 26 протекает через транзисторы 22 и 23, распределяясь между ними пропорционально величине информационных напряжений на базах этих транзисторов, и разряжает конденсаторы 20 и 21. Напряжения конденсаторов 20 и 21 воздействуют на затворы палевых транзисторов 28 и 29, включенных по схеме истоковых повторителей и обеспечивающих очень низкий ток разряда конденсаторов 20 и 21 и практически неизменное выходное напряжение е (S) на выходах усилителя 14 на

1 период следования импульсов тока возбуждения.

Через интервал времени, равный задержке импульса на элементе 7 и о11ределяемый временем цифроаналогового преобразования и занесения в промежуточный регистр тока е,(S), задержан1324111

50 (1+ ) 8(1

Гb 2 ный элементом 7 импульс напряжения через элемент ИЛИ 12 поступает на вход усилителя 14 и запирает коммутатор 19,,в результате чего конденсаторы 20 и 21 снова заряжаются до напряжения

+Е. После заряда конденсаторов 20 и 21 усилитель 14 вновь готов к приему сигналов. Напряжения U, и U считывающего элемента 3 при возбуждении его импульсом тока транзистора 33 от эле- 10 мента 8 воздействуют на базы дифференциальной пары транзисторов 24 и

25. При этом импульс напряжения элемента 8 приходит на вход усилителя

14 и открывает транзистор 27, выпол- 15 няющий также функцию генератора тока. Ток транзистора 27 протекает через транзисторы 24 и 25, распределяясь между ними пропорционально величине входных напряжений на базах 20 этих транзисторов, и разряжает конденсаторы 20 и 21. Напряжения конденсаторов 20 и 21 воздействуют на затворы полевых транзисторов 28 и 29, и на выходах усилителя 14 появляется уровень напряжения, соответствующий разности напряжений на полосковых проводниках считывающего элемента 3., Это напряжение сохраняется на выходе усилителя 14 до прихода следующего30 импульса генератора 5. Это время определяется временем цифроаналогового преобразования, арифметических вычислений и занесения результата в регистр 17. 35

Усилитель 14 собран по схеме выборки и запоминания с включением входных дифференциальных каскадов по схеме ИЛИ с управлением генераторов тока в цепи эмиттеров этих дифференциаль- 40 ных каскадов. Результирующий сигнал на выходе усилителя 14 равен разности напряжений на его входах, умноженной на коэффициент усиления К . В момент нарастания фронта импульса возбужце- 45 ния результирующий сигнал на выходе усилителя 14 равен нулю, так как

U) ** П е = (U -U )К О. алых

Поскольку над считывающим элементом 2 расположена проводящая поверхность модулятора 4, то в момент нарастания фронта импульса тока возбуж-55 дения в результате проникновения магнитного поля тока в металл поверхности модулятора 4 в ней возникают вихревые токи, магнитное поле которых направлено. встречно магнитному полю тока в полосковых проводниках. В результате вычитания полей индуктивность полосковых проводников будет уменьшена. Это уменьшение характеризуется коэффициентом модуляции 2

= Е /L,, где Š— погонная индуктивность полосковых проводников, образующих считывающий элемент 2, при наличии модулятора 4 над считывающим элементом 2. Модулятор 4 перекрывает считывающий элемент 2 на длине Ь, где Ь вЂ” ширина модулятора 4, равная половине ширины считывающего элемента 2, которая задается длиной параллельных последовательно соединенных участков полосковых проводников. Длина Т полоскового проводника, образующего половину считывающего элемента 2 (с одной стороны от его оси симметрии) равна Г = bn, где и — число параллельных участков полоскового проводника. С учетом воздействия моду" лятора 4 индуктивность полоскового проводника, образующего половину считывающего элемента 2 (с одной стороны от его оси симметрии), равна

? (S)=Т. (- + Б)п+ХЬ (- — $)п

Ь Ь

1 О о 2 где S — - величина смещения оси модулятора 4 от оси симметрии считывающего элемента 2.

Индуктивность полоскового проводника, образующего вторую половину считывающего элемента 2 (с другой стороны от его оси симметрии), соответственно равна

L (S) = L (- — S)n+PL (- + S)n.

Ь Ь

2 о о 2

Напряжения на индуктивностях полосковых проводников, образующих считывающий элемент 2, в момент фор-, мирования фронта импульса тока возбуждения соответственно равны:

П (Я) - „т.,п (1 + Р )+8(1 R), укаэанные напряжения подаются на дифференциальные входы усилителя 14, в котором разность этих напряжений усиливается и преобразуется в пос5 тоянное напряжение e(S) на период следования импульсов тока возбуждения, Такое преобразование достигается запоминанием усиленной разности амплитудных значений входных напряжений усилителя 14 на конденсаторах 20 и 21

Выходное напряжение усилителя 14 равно

13241 е (S) (U, -П )К, К L Б(1- о )п (1)t0

I (1+ ) + (— S) (1 3) п,50 где Ь вЂ” расстояние между осями сим— метрии считывающих элементов

2и 3.

Напряжения U u U подаются на дифЭто напряжение поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 15, где оно по сигналу элементы ИЛИ 13, соответствующему заднему фронту импульса элемента 6, преобразуется в цифровой код, который заносится в регистр 16 по тому же сигналу элемента 6.

После занесения цифрового кода, соответствующего амплитуде сигнала е,(Я), считанного с элемента 2, задержанные элементами 7 и 8 импульсные сигналы

1 открывают транзистор 33, который, так g5 же,как и транзистор 32,„ преобразует импульсы напряжения в импульсы тока возбуждения считывающего элемента 3.

Амплитуда тока возбуждения ограничивается токозадающими резисторами 36 и 37. Считывающий элемент 3 расположен в одной плоскости с элементом 2, их оси симметрии параллельны и расстояние между ними равно . Считывающие элементы 2 и 3 модулируются одним модулятором 4, который смещается в направлении, перпендикулярном осям симметрии элементов 2 и 3. Ось модулятора 4 параллельна осям симметрии считывающих элементов 2 и 3, 40 и расположена между ними. Напряжения на индуктивностях печатных полоскоВых проводников, образующих считывающий элемент 3, в момент нарастания

Фронта импульса тока возбуждения 45 транзистора 33 с учетом положения модулятора 4 над считывающими элементами 2 и 3 равны: ференциальные входы усилителя t 4.

Разность этих напряжений усиливается усилителем 14 и запоминается на конденсаторах 20 и 21. Выходное напряжение усилителя 14, равное поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 15, где оно по сигналу элемента ИЛИ 13, соответствующему заднему фронту импульса элемента 8, преобразуется в цифровой код, который поступает на вход арифметического блока 18.

В арифметическом блоке 18 сигнал с выхода регистра 16 умножается на величину д, суммируется с сигналом с выхода АЦП 15, и результат умножения делится на полученную сумму. Таким образом, в арифметическом блоке 18 коды е,(S) и е,(S) обрабатываются по формуле а e„(S) (3)

e,(S) + e,,(S) где S — смещение оси модулятора 4 относительно оси симметрии первого считывающего элемента 2 °

С выхода. арифметического блока 18 код значения S поступает на вход регистра 17, в который он заносится по заднему фронту импульса элемента

9 и хранится до прихода следующего импульса с этого элемента задержки, На этом заканчивается измерение и преобразование в цифровой код положения модулятора 4 относительно неподвижных считывающих элементов 2и 3.

Анализ формулы (3) показывает, что на конечный результат не влияют дестабилизирующие факторы, например изменение высоты модулятора 4 над считывающими элементами 2, 3 и параметров импульсов тока возбуждения и, . При этом в одинаковой пропорции изменяются величины е, и е ., а конечный результат Я остается без изменений.

Для доказательства достоверности определения S рассмотрим вольтметри- . ческие характеристики 38 и 39 считывающих элементов 2 и 3 при смещении модулятора 4 относительно них на участке л (фиг.3). Согласно выражениям (1) и (2) характеристики е,(S) и

e (S) линейны.

132411!

При Б = О е,(0) = О, е (О) = L d(1 — Я )пК

При S d

10 г(n) = О

Сумма е + е = -L Ь (1- f )nK nocLs о тоянна на интервале от О до 6 . !

Иэ геометрии вольтметрических характеристик е, = f($) и е = f(S) выводится соотношение

Ье, S е,+е

Формула и э о бр е т е ни я

1. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход которого сое- 45 динен с входом второго элемента задержки, с входом первого ключа и с первым входом усилителя, датчик перемещения, выполненный на подвижном модуляторе из проводящего .материала и первом считывающем элементе, расположенном под модулятором и соединенном с общей шиной питания, первый выход ключа соединен с первым входом датчика перемещения, выходы усилителя соединены со входами .аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информациТаким образом, преобразователь обеспечивает высокую точность, не зависящую от дестабилизирующих факто- 25 ров (изменение высоты модулятора 4 и параметров импульсов тока возбуждения) . Использование считывающих элементов 2 и 3 в виде полосковых проводников, расположенных в одной плоскости с двух сторон от оси симметрии и содержащих несколько параллельных последовательно соединенных участков, перпендикулярных оси симметрии, ведет к улучшению технологич- З ности преобразователя, так как допускает возможность изготовления по технологии одностроеннего печатного монтажа. онными входами первого регистра, отличающийся тем, что, с целью повышения технологичности и точности преобразователя, в него введены третий и четвертый элементы задержки, второй ключ, два элемента ИЛИ, второй регистр, арифметический блок, второй считывающий элемент, подвижный мОдулятор датчика перемещения выполнен в виде прямоугольной пластины шириной, равной половине ширины каждого из считывающих элементов, ось подвижного модулятора параллельна осям симметрии первого и второго считывающих элементов, первый и второй считывающие элементы выполнены из двух печатных полосковых проводников каждый,расположенных в одной плоскости и содержащих N параллельных последовательно соединенных участков,перпенди,кулярных оси симметрии, оси симметрии первого и второго считывающих элементов расположены на расстоянии, равном одной четверти ширины считывающего элемента, выводы полосковых проводников первого и второго считывающих элементов являются первым и вторым, третьим и четвертым входами датчика перемещения соответственно, второй выход первого ключа соединен с вторым входом датчика перемещения, первый и второй выходы второго ключа соединены с третьим и четвертым входами соответственно датчика перемещения, выход второго элемента задержки соединен с входом третьего элемента задержки и с первым входом первого элемента

ИЛИ, выход третьего элемента задержки соединен со входом четвертого элемен1 та задержки, с входом второго ключа, с первым Входом второго элемента

ИЛИ и с вторым входом усилителя, выход генератора соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом усилителя, выход первого элемента за- . держки соединен с первым входом первого регистра и с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединен с первым входом арифметического блока и вторым входом первого регистра, выход которого соединен с вторым входом арифметического блока, выход которого соединен с первым входом второго регистра, выход которого является выходом преобразовате1324111 ля, выход четвертого элемента задержки соединен с третьим входом арифметического блока и вторым входом второго регистра, выходы первого и второго ключей соединены с четвертым, пятым, шестым и седьмым входами усилителя соответственно,, 2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что усилитель содержит шесть и-р-и-транзис- 1О торов, два полевых транзистора, два резистора, два конденсатора, коммутатор, первый и второй входы коммутатора, выводы стока первого и второго полевых транзисторов соединены с ши- f5 ной положительного питания, вход управления коммутатора является третьим входом усилителя, первый выход коммутатора соединен с коллекторным выводом первого п-р-п-транзистора, с 20

Ъ. выводом затвора первого полевого транзистора, с первым выводом первого конденсатора и с коллекторным выводом вто- рого п-р-п-транзистора, второй выход коммутатора соединен с коллектор-25 ным выводом третьего и-р-и-транзистора, с первым выводом второго конденсатора, с выводом затвора второго полевого транзистора и с коллекторным выводом четвертого п-р-п-транзистора, вторые выводы первого и второго конденсаторов соединены с шиной нулевого потенциала, базовые выводы первого, второго, третьего и четвертого и-р-птранзисторов являются четвертым, шестым, пятым и седьмым входами усилителя соответственно, змиттерные выводы первого и третьего, второго и четвертого и-р-п-транзисторов соответственно объединены и соединены с коллекторными выводами пятого и.шестого и-р-итранзисторов соответственно, базовые выводы которых являются первым и вторым входами усилителя соответственно, змиттерные выводы пятого и шестого

n"ð-и-транзисторов подключены к шине отрицательного питания, выводы истоков первого и второго полевых транзисторов через соответствующие резисторы соединены с п1иной нулевого потенциала и являются выходами усилителя.

1324111

Ь в

ВНИИПИ Заказ 2972/56 ТиРаж 901 Подписное

"Произв-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4