Устройство для считывания графической информации

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для полуавтоматического считывания координат точек. Целью изобретения является повьппение точности и быстродействия устройства. Устройство содержит электроакустические преобразователи 1,2, линейные координатные микрофоны 3,,4, времяимпульсные преобразователи 5,6, блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9, 10 координат , регистр 11 эталонного расстояния , генератор 12 тактовых импульсов , накапливающий сумматор 13. Каж- .дый времяимпульсный преобразователь содержит триггер 14, элемент И 15, элемент ИЛИ 16, элемент И 17, микрофонный усилитель-формирователь 18. В устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств - величине дискретности , соответствующей одному импульсу. Кроме того, в устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерения координат. 1 ил. (О с: Iff / L. оо оо со а о 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 С 06 К 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2508079/ 18-24 (22) 18.07,77 (46) 23,09.87, Бюл. Ф 35 (72) Е,Ф. Володкович, Ю.П. Гончаров, С,И. Кудреватых, P.Ï. Николаев, В,П. Панченко и П.И. Полетаев (53) 681.327.12(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 48823 1, кл. 4 06 К 11/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 551637, кл. G 06 F 3/16, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для полуавтоматического считывания координат точек. Целью изобретения является повышение точности и быстродействия

„„Я0„„13396ОЗ А1 устройства. Устройство содержит электроакустические преобразователи 1,2, линейные координатные микрофоны 3.4, времяимпульсные преобразователи 5 6 блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9, 10 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13. Каж.дый времяимпульсный преобразователь содержит триггер 14, элемент И 15, элемент ИЛИ 16, элемент И 17, микрофонный усилитель-формирователь 18.

В устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств — величине дискретности, соответствующей одному импульсу. Кроме того, в устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерения координат. 1 ил.

1339603

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть применено для получения автоматического считывания координат точек.

Известны акустические устройства. для считывания графической информа-. ции, содержащие электроакустические преобразователи, блок сравнения, приемник акустических колебаний, время-импульсные преобразователи, счетчики координат, генератор тактовых импульсов, блок постоянной памяти, дешифратор, блок вычитания кодов, сумматор и преобразователь код †.напряжение (1) .

Однако устройство имеет большой аппаратурный состав, основной обьем которого составляют арифметические блоки и низкое быстродействие вследствие осуществления нескольких циклов коррекции перед каждым измерением, Наиболее близким по технической

20

25 сущности к предлагаемому является устройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к 30 первым входам время-импульсных пре.— образователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиков координат, управляющие входы которых подключены к первому и второму выходу блока управления, третий и четвертый выход которого соединены с вторыми входами время-импульсных преобразователей, третьи и четвертые входы которых и входы электроакусти- 40 ческих преобразователей подключены соответственно к пятому и шестому выходам блока управления, генератор тактовых импульсов, соединенный с пятыми входами время-импульсных 45 преобразователей (2).

Недостатками известного устройства являются невысокая точность в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды вследтвие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента коррекции, что приводит к накопленной ошибке, а также низкое быстродействие.

Цель изобретения — повышение точности и быстродейс.твия устройства.

Указанная цель достигается тем, что устройство 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, время-импульсные преобразователи 5 .и 6, блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9 и 10 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов и накапливающий сумматор 13.

Каждый из время-импульсных преобразователей содержит триггер 14, элемент И 15, элемент ИЛИ 16, элемент И 17 и микрофонный усилительформирователь 18.

Электроакустические преобразователи 1 и 2 предназначены для излучения коротких ультразвуковых импульсов. Координатные микрофоны 3 и 4 преобразуют принятые ультразвуковые импульсы в электрические сигналы. Время-импульсные преобразователи 5 и 6 вместе со счетчиками

9 и 10 предназначены для преобразования времени прохождения 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 координат Х в цикле коррекции используется для вычисления избыточного числа импульсов, а в цикле измерения координат осуществляет счет откорректированной последовательности тактовых импульсов во время-импульсном преобразователе координаты Х, Регистр 11 эталонного расстояния в цикле измерения служит для хранения величины эталонного расстояния 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 для использования счетчика 10 для измерения координаты Y в цикле измерения и для 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 время-импульсных преобразователей 5 и 6, Координатные микрофоны 3 и 4 подключены к соответствующим блокам 5 и 6, каждый из которых содержит последовательно включенные усилители-формирователи

18, триггеры 14, логические элементы

И 15, ИЛИ 16, И 17, с одним инверсным 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, выходами 20 и 21 — со счетчиками 9и 10 координат, 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 выходом 19 блока 7 управления,а

339603

4 выходами — с вычитающим входом накапливающего сумматора 13. Регистр

11 эталонного расстояния входами соединен с разрядными выходами

5 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 с входами времяимпульсных преобразователей, а тактирующим входом — с выходом генератора 12 тактовых импульсов. Генератор Я 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 изме26 ренной координаты используется эталонный канал, состояний из неподвижно укрепленного электроакустического преобразователя 2 и микрофона Х. За время прохождения звуковой волной расстояния от эталонного источника 2 до микрофона 3 Х на счетный вход счетчика 9 Х поступает от генератора 12 тактовых импульсов

Х, импульсов. Частота генератора а о о выбрана так, что X ) Х, во всем

35 диапазоне изменений параметров среды, I в котором предполагается использовать устройство (Х, — истинная координата эталонного источника), t

40 Если из последовательности Х ис1 о ключить Д Х = (Х о — Х ) импульсов

9 э 3 Ф то получим истинную координату эталонного источника.

При измерении координаты произ4> вольной точки необходимо исключить о из Х. количество импульсов

Х с

N. = ---- В Х

Х о э

Э . о где Х. — количество, которое постуI пит на вход счетчика 9 Х от тактового генератора 12 за время прохождения фронтом звуковой волны расстоя55 ния от электроакустического преобразователя 1 до микрофона 3 Х.

Измерение координат произвольной точки разбивается на 2 цикла.

39603

6 сов, Если F ) О, то наоборот. Если а = О, то ошибки нет. В начальный момент а = О, Ь, = О и следовательно

F = О. Устройство следит за знаком

F, который содержится в знаковом разряде сумматора 13. Знаковый разряд сумматора 13 содержит 1, при

Р (Î, и 0 — при Р ) О, В начальный момент в сумматоре

13 — О, Рассмотрим как изменится Р на i-м импульсе:

5 13

1. Измерение Xt и одновременное

Э вычисление Х

2. Измерение координаты Х,, У, Устройство работает следующим образом.

Для измерения координат электроакустический преобразователь 1 совмещает с требуемой точкой. По команде из блока 7 в счетчик 9 координаты

Х записывают число, являющееся дополнением эталонного расстояния до величины 2, т.е. число ? " — Х .

Затем производится возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 2. Синхронно с запуском ультразвука блок 7 управления разрешает поступление импульсов в счетчик 9 координаты Х и счетчик 10 координаты 7, В момент, когда фронт звуковой волны достигает микрофона 3, время-импульсные преобразователи прекращают поступление импульсов в счетчики 9 и 10, В счетчике 10 за о писывается Х, а в счетчике 9 (2" — Х)+Х =2+йХ.Слеэ э 3 довательно, в младших разрядах счетчика 9 записывается d X» а в (п + 1) разряде — 1. Затем по команде из блока 7 содержимое счетчика 10 записывается в регистр 11, а содержимое счетчика 9 — в регистр 8, На этом первый цикл заканчивается.

Цикл измерения координат начинается с того, что по команде блока 7 управления производится возбуждение ультразвука.в электроакустическом преобразователе 1. Синхронно с возбуждением .начинается счет импульсов счетчиками 9 и 10. Для пояснения .принципа коррекции введены следующие обозначения.

Пусть а. — количество заблокиро1 ванных импульсов к э.-му такту, Ь. — количество импульсов, сосчитанI ных счетчиком координат к этому так1, Р, = f х — Ъ ЛХ э t

20 ту °

Если ошибка измерения равна О,, то

4Хз о

-1 = — — - К а., dX о 0 отсюда 5Х .Ь; = Х а. или а; Х, — Ъ..4Х э = О. Обозначим Р =- а. Х, — l — Ь..dX,.Это оценочная функция коорек I ции, она хранится в сумматоре 13 и ее знак совпадает со знаком ошибки измерения, Если F < О, то из последовательности тактовых импульсов исключено недостаточное число импульРассмотрим два случая:

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

Ь„.,„= Ь, и а;,„= а1+ 1. о

Тогда Р;+, = (а; + 1) - Х вЂ” bdX=Г+Х

1 э 2

2. Неблокируемый счет b;, =Ь,.+1иа„„„=а1

Тогда Р+„= а; X — (Ъ + 1)dХ

F. - Х,, Сумматор 13 работает следующим образом, Если в результате вычислений на предыдущем шаге F >r О, то выполняется вычитание Р— X » т,е„ из содержимого сумматора 13 вычитается содержимое регистра 8. Если Р (О, 35 то выполняется сложение Г +.х, т.е. э содержимое сумматора 13 суммируется с содержимым регистра 11, Так как в начальный момент в сумматоре F = О и с каждым тактом устройство стремит40 ся уменьшить ошибку, то в ходе описанного функционирования в сумматоре

13 ошибка измерения не превышает одного импульса. Заметим, что отсюда следует, что разрядность сумматора

45 13 не превышает разрядности регистра 11.

Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входе выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как устраняет накапливуемую ошибку, полученную в последнем вследствие использования для коррекции измерения только целой части коэффициента

55 коррекции. Оценим эту ошибку. В известном устройстве коэффициент кор о

Хэ рекции К = епС (— --) так как деление

dX там производится на счетчиках. При

1339603

10 (1) видно, что максимальная при измерении координаты известном устройстве пропорцио-15

Из ошибка

Х. в

1 нальна

Х,..0

t (2) .

К (К + 1) Расширение рабочего диапазона уст- 2п ройства, связанное с изменением параметров знукопроводящей среды, приводит к расширению интервала изменения коэффициента коррекции. Из (2) видно, что на величину возможной ошибки наибольшее влияние оказывает минимальное значение коэффициента корекции, которое уменьшается с ростом температуры и других факторов, приводящих к росту скорости звука.

Устройство для считывания графической информации, содержащее эле5 ктроакустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микрофонами, подключенными к первым входам время-импульсных преобразователей, выходы которых зп 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 время-импульсных преобразователей, третьим и четвертые входы которых и входы электроакустических преобразователей подключены : соответственно к пятому и шестому

4п выходам блока управления, генератор тактовых импульсов, соединенный с пятыми входами время-импульсных преобразователей, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения

45 точности и быстродействия устройства, оно содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управления, установочные выходы— 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 время-импульсных преобразователей, Т 672 Под пи с ное

Ужгород, ул. Проектная, 4

Оценим величину ошибки измерения координат н известном утсройстве при изменении температуры воздуха в пределах 20 + 10 С на планшете 1000 х х 1000 мм. Скорость звука при

10 С вЂ” v = 337,8 10 мм/сек, а при

t = 30 С вЂ” v = 349,6 10 мм/с.

Время прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов соответственно равны: ь Х> .10 с; Т

Т = — = 2960

Х3

1 — 2867 -10 с.

Коэффициент

1 коррекции К вЂ” еп1+ (— ) = 31.

ХЗ

7 измерении координаты произвольной

1 точки Х из нее будет исключено о х; импульсов. Поэтому ошибка при измерении координаты произвольной о точки Х; равна о <о о

Х Х Х; (К вЂ” К)

) 1 (1)

К К КК

У ь

Хэ где К =

ДХ

Используя (2), оценим максимальную ошибку измерения

Х1 0 001 Х

К1(К I + 1) Ошибка составляет О, 1% измеряемого расстояния. Это вполне удовлетворительно.

ВШ!ИПИ Заказ 4225/41

Пронэн.-полигр. пр-тие, г

Если температура воздуха изменяется н пределах 10 А 50 С, то расчеты для устройства с таким 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 предлагаемого устройства по сравнению с известным на 33 . формула изобретения