Преобразователь перемещения в код

 

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН аР4 нОЗД1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 е i

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ СССР

ГЮеДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3886415/24-24 (22) 19.04.85 (46) 07.10,88. Бюл. Р 37 (71) Институт электроники АН БССР (72) В,A.Ïèëèïîâè÷, A.Ê.Åñìàí и В.С.Поседько . (53) 681.325(088 ° 8) (56) Патент Великобритании

Кр 1574439, кл. С 4 Н,опублик, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 1197076, кл. Н 03 M 1/24, 1984. (54) (57) 1, ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЦЕНИЯ В КОД, содержащий последовательно расположенные на оптической оси блок осветителей, светофильтр, растр и линейку фотоприемников; выход которой соединен с первым входом компаратора, первый генератор, группа выходов которого соединена с входами линейки фотоприемников, второй генератор, выход которого соединен с входом первого генератора, один выход из группы входов которого соединен с первым входом первого элемента И, выход первого генератора соединен с входами управления первого и второго счетчиков и делителя частоты и первым входом первого триггера, первый выход которого соединен с первым входом второго элемента И,а второй выход соединен с вторым входом первого элемента И, выход первого счетчика соединен с первым входом блока стробировани», трЕтий элемент И и третий счет-1??к, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости преобразователя, в него введены аналого-цифровой преобразователь, три регистра, цифроаналоговый преобразователь, второй триггер, накапливаюи?ий

«Л11„, 142È20 А1 сумматор, делитель напряз ен?:я, первый и второй блоки сравнения, выход ВТо рого генератора соединен с вторым входом второго элемента И, выход коТорого соединен с первым входом третьего элемента И и с первым входом накапливающего сумматора, выходы которого соединены с пнформационными входами первого и второго регистров, цифроаналогового преобразователя и третьего регистра, первой группой входов первого блока сравнения, выход которого соедпнен с вторым входом третьего элемента И, вьжод которого соединен с информационным входом

1 второго счетчика, один пз группы Б вь1ходов первого генератора соединен с нтформаиионньми нхоааьаг третьего и g первого счетчиков, выход которого со- епинен с информационным входом делителя частоты, выход которого соединен = с вторым входом первого триггера, вт рой выход которого соед?ьнен с установочным вхопом первого счетчика, выход ., первого элемента И соединен с вторым входом накапливающего сумматора, с первым упрагляющим входом третьего регистра и с управляющим входОм цифрО аналогового преобразователя, выход которого через делитель напряжения соед??нен с втсрым входом коммутатора, гыхоц которого соединен с управляющим эхоцом третьего счетчика, выход линейки фотоприемников соецинен с входом аналого-цифрового преобразователя; вь1ходы которого соединены с первой группой входов накапливающего сумматора, выход первого генератора соеди-. нен с. вторым управляющим входом третьего регистра. выходы которого сое- динены с. второй группой входов накап1429320

I ливающего сумматора, выход первого генератора соединен с третьим входом накапливающего сумматора, первыми входами управления первого и второго регистров, вторым входом блока стробирования, первый выход которого соединен с первым входом второго триггера, с вторым входом управления второго регистра, выходы которого соединены с первой группой входов второго блока сравнения, второй выход блока стробирования соединен с вторым входом :управления первого регистра, выходы которого соединены с вторыми группами входов первого и второго блоков сравнения, выход второго блока сравнения соединен с вторым входом второго триггера, выход которого и выходы второго и третьего счетчиков являются выходами преобразователя.

2. Преобразователь поп. 1, отличающийся тем, что блок стробирования содержит счетчик и дешифра" тор, первый вход счетчика является первым входом блока, а второй вход объединен с входом управления дешифИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных перемещений, 5

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя, На фиг, i представлена сгруктурная схема преобразователя; на фиг, 2— структурная схема накапливающего сум-матора„ на фиг, 3 — структурная схема бЛока стробирования.

Преобразователь содержит, блок 1 l5 осветителей, светофильтр 2, растр 3, линейку 4 фотоприемников, генератор

5, компаратор 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, счетчик 8, делитель 9 частоты, триггер 10, на- 20 капливающнй сумматор 11, регистры 1214„ блок 15 стробирования, счетчик

16„ элементы И 17-19, счетчик 20, тгриггер 21, генератор 22, блоки 23 и 24 сравнения, цифроаналоговый прератора и является вторым входом блока, выходы счетчика соединены с информационными входами дешифратора, выходы которого являются первым и вторым выходами блока.

3. Преобразователь поп.1,о т л ич а ю шийся тем,что накапливающий сумматор содержит два блока элементов

И, сумматор, регистр, элементы ИЛИ-НЕ и задержки, информационные входы блоков элементов И являются первой и второй группами входов накапливающего сумматора, а управляющие входы являются первым и вторым входами накапливающего сумматора и соединены с входами элемента ИЛИ-НЕ, выход которого через элемент задержки соединен с первым входом управления регистра, второй вход управления которого является третьим входом накапливающего сумматора, а выходы являются выхо- дами накапливающего сумматора и соединены с первой группой входов сумматора, одноименные выходы блоков элементов И объединены и соединены с второй группой входов сумматора, образователь (ЦАП) 25 и делитель 26 напряжения. Накапливающий сумматор 11 содержит блоки 27 и 28 элементов И, сумматор 29, регистр 30, элемент

ИЛИ-НЕ 31 и элемент 32 задержки, а блок 15 стробирования содержит счетчик 33 и дешифратор, 34.

Повышение помехоустойчивости преобразователя осуществляется за счет улучшения его помехозащищенности от воздействия внешних дестабилизирующих факторов (дополнительнйе источники излучения, фонблики, изменение температуры окружающей среды, опорного и управляющих напряжений и т.д,) на результат измерения. Для этого выбирается на линейке 4:фотоприемников участок, соответствующий периоду комбинационной оптической полосы, и с него снимается общий суммарный сигнал, который берется в качестве опорного. Затем снимается сигнал уже не со всего выбранного участка на линейке 4 фотоприемников, а только с em

1429320 половины и сравнивается с опорным, Таким образом, любые внешние засветки, изменение температуры окружающей среды и так далее ведут к изменению как опорного сигнала, так и информационного, соответствующего смещению комЪ бинационной оптической полосы, а результат получается достоверным (так как отношение этих сигналов со0 храняется) °

Кроме того, в преобразователе происходит автоматическая регулировка опорного напряжения при снятии грубо-: го отсчета. Опорное напряжение П „ изменяется синхронно с изменением опорного сигнала, соответствующего всему выбранному участку линейки 4 фотоприемников, и, тем самым, происходит повышение помехозащищенности, 20

При этом исключается влияние рассогласования фаз показаний грубого и точного отсчетов.

Использование одного и того же участка линейки 4 фотоприемника для 25 снятия точного отсчета (точный отсчет соответствует доли ячейки фотоприемника) уменьшает влияние на результат измерения разброса чувствительности фотоприемников. с

Блок 1 осветителей представляет собой лампу накаливания с нитеобразным телом свечения, расположенным перпендикулярно оптической оси преобразователя и направлению расположе- .

35 ния фотоприемников в линейке 4, светофильтр 2 — плоскопараллельную пластинку, изготовленную из материала с избирательным пропусканием света, растр 3 — - периоцическую структуру, состоящую иэ темных и светлых полос, выполненных на стекле методами фотолитографии, причем период растра

Т= Р+Ь, 45 где P — период расположения фотоприемников в линейке 4;

Ь вЂ” значение дискретности муаровой полосы.

Линейка 4 .фотоприемников представляет собой фотоприемную линейку на приборах с зарядовой связью (ПЗС) с периодом Р и количеством элементов

10 (К1200 ГЛТ), генератор 3 — трехфазный генератор, выполненный на

К-триггерах, компаратор 6 — микросхему К521САЗА, AIllI 7 — микросхему

К1407ПБ1, счетчики 8, 16 и 20, микросхемы К155ИЕ7. Делитель 9 частоты выполнен на микросхемах K155TN2 с дифференцирующей цепочкой. Триггеры

10 и 21 представляют собой микросхемы

K155TN2, блоки 27 и 28 элементов И собраны на микросхемах К155ЛА8, сумматор 29 — К155ИИЗ, регистр 30—

К155ИЕ7, элемент ИЛИ 31 - К155ЛЕ1, элемент 32 задержки — К 155АГ1, счетчик 33 — К155ИЕ7, дешифратор 34

К155И04, блоки 23 и 24 сравненияК564ИЛИ2, цАП 25 — К250ПА1, делитель

26 напряжения — 26-ти реэистивный делитель напряжения.

Преобразователь работает следующим образом.

Свет иэ блока 1 осветителей поступает через светофильтр 2 на сопряженные растр 3 и линейку 4 фотоприемников, В исходном состоянии темный край растра 3 перекрывает часть последних фотоприемников линейки 4. Оставшаяся часть линейки 4 вместе с растром 3 образует комбинационные оптические полосы с периодом К равным

T-P

К

Т-Р где Т вЂ” период растра 3;

Р— период линейки 4.

Сигналом с выхода генератора 5 устанавливается в исходное состояние счетчик 8, делитель 9, триггер 10, сумматор 11, регистры 12-14, блок 15 стробирования и счетчик 16, B течение одного цикла опроса линейки 4 осуществляется точный и грубый отсчеты.

Формирование точного отсчета осуществляется следующим образом. Импульсы опроса генератора 5 поступают на соответствующие входы линейки 4 фотоприемников, Сигналы на выходе линейки

4 фотоприемников появляются синхронно с импульсами опроса второй фазы. Одновременно импульсы опроса второй фазы поступают на входы счетчика 8 и через элемент 18 — на входы сумматора 11 и регистра 14. Сумматор 11 при этом работает следующим образом. При подаче на вход блока 15 импульса начальной установки регистр 30 устанавливается в исходное состояние ° В момент прихода импульса на первый (второй управляющий вход блока 27 (28) элементов И) он пропускает на входы сумматора 29 цифровой код с соответствующей группы информационных вхоцов.

1429320

Сумматор 29 отслеживает сумму двоичных чисел, находящихся на его информационных входах. Полученная сумма по задержанному элементом 32

Импульсу записывается с выходов сумматора 29 в регистр 30, Выходные сигналы линейки 4 фотоприемников преобразуются АЦП 7 в соответствующий цифровой код и поступа- 10 фт на входы сумматора 11, íà выходах которого последовательно устанавливаЕтся цифровой код, соответствующий сумме значений сигналов опрошенных фотоприемников. Счетчик 8 подсчитывает количество опрошенных с начала икла фотоприемников линейки 4, и

Йерез каждые - — опрошенных фотоприК

4 P минков (соответствующих. 1/4 части омбинационной оптической полосы) на го выходе появляется импульс записи, поступающий на входы делителя 9 и блока 15, который работает следующим 1 образом. 25

При подаче импульса начальной ус- . тановки на вход счетчик ЗЗ устанавливается в исходное соотношение. При поступлении тактовых импульсов на вход блока 15 изменяется цифровой код на адресных входах дешифратора ,34 и синхронно с этим тактовые имЬульсы появляются на его соответствующих выходах.

Блок 15 пропускает первый импульс записи на входы регистра 12 и триг,гера 21, устанавливая последний в исходное состояние. По первому импульсу записи цифровой код, соответствующий сумме значений сигналов фотоприемников, опрошенных к данному моменту времени, переписывается с выходов .сумматора 11 в регистр 12. Второй импульс записи блок 15 пропускает на вход регистра 13, который аналогичным образом запоминает цифровой

45 код, соответствующий сумме значений сигналов фотоприемников, опрошенных к данному моменту времени, т.е. в момент прихода второго импульса записи в регистрах 12.н 13 записаны цифровые коды S и Б, + S<, соответствующие сумме значений сигналов фотоприемников, образующих соответственно 1/4 и 1/2 периода К комбинационной полосы. 55 цифровой код Б, поступает на входы блока 24 со сдвигом влево на один разряд, что означает умножение данного числа на 2, цифровой код S + S поступает на информационные входы блока 24 без преобразования.

Если S, + S< ъ 2 S, то.на выходе блока 24 появляется сигнал, перебрасывающий триггер 21. Это означает, что сумма сигналов Фотоприемников, образующих вторую четверть S периода

К комбинационной полосы, больше суммы сигналов фотоприемников, образующих первую четверть S периода К кОмбинационной полосы.

Каждым импульсом второй фазы генератора 5, поступающим через элемент 18 на вход регистра 14, в последний переписывается цифровой код с выходов блока 15. После опроса K/P фотоприемников сигналом с выхода делителя 9 перебрасывается триггер 10, запрещая,тем самым, прохождение импульсов опроса второй фазы генератора

5 через элемент 18 на входы сумматора .

11 и регистра 14. Одновременно останавливается счетчик 8, В этот момент в регистре 14 находится цифровой код

S<, соответствующий сумме значений сигналов фотоприемников, образующих один период К комбинациочной полосы.

Значение S> остается постоянным при любых перемещениях линейки 4 фотоприемников относительно растра 3. После измерения состояния триггера 10 импульсы высокой частоты с генератора

24 через элемент 19 поступают на вход сумматора 11 и через элемент 17 на вход счетчика 16. С каждым такто« вым импульсом, поступающим на вход блока 15, цифровой код S на его выходах увеличивается на число Б записанное в регистре 14.

Цифровой код S + S< с выходов регистра 13 поступает на входы блока 23 со сдвигом влево íà и разрядов (n определяется заданной точностью снятия точного отсчета и равно числу от-. счетов при смещении линейки 4 фотоприемников в пределах одного периода P/2), что означает умножение данного числа на 2 и.

Как только цифровой код S, поступающий без преобразования с выхода сумматора 11 на информационные входы блока 23, превьппает цифровой код п(Б, + Бп), находящийся на опорных входах, на выходе блока 23 появляется сигнал, запрещающий прохождение вы1429320 сокочастотных импульсов через элемент

17 в счетчик 16 точного отсчета, Смещение линейки 4 фотоприемников на расстояние P/2, т.е. в пределах одного полупериода линейки 4 фотоприемников, ведет к изменению кода

m счетчика 16 точного отсчета с О до и. Смещение линейки 4 фотоприемников в пределах другого ее полупери- 10 ода ведет к обратному изменению кода

m счетчика 16 точного отсчета, т,е. с и до О. Состояние триггера 21 позволяет судить, какому полупериоду

P/2 в данный момент соответствует цифровой код счетчика 16 точного отсчета. В пределах первого полупериода P/2 значение Sz < S,, поэтому триггер 21 всегда находится в исходном состоянии. В пределах второго 20 полупериода P/2 S > S и триггер 21 устанавливается в протйвоположное исходному состояние. В моменты, когда S < = S, цифровой код т счетчика

16 точного отсчета имеет экстремальные значения (п или О), поэтому со-. ответствующее перемещение линейки 4 фотоприемников относительно растра 3 определяется однозначно, В пределах первого полупериода Р/2 цифровой

30 код ш счетчика 16 точного отсчета соответствует смещению линейки 4

Яаm фотоприемников на величину —, В

2 и пределах второго полупериода P/2 цифровой код m счетчика 12 точного от- 35 счета соответствует смещению линейки

4 фотоприемников на величину

P u-m (1 + — -).

2 и

Формирование сигнала грубого от счета осуществляется следующим образом, После изменения состояния триггера 10 импульсы опроса второй фазы генератора 5 перестают поступать через элемент 18 на вход ЦАП 25, на выходе которого сохраняется напряже": ние, соответствующее последнему цифровому коду, поступающему к второму

1 моменту на его входы, т.е. Б

Напряжение U,„, снимаемое с выхода делителя 26 напряжения и поступающее на вход компаратора 6, устанавливается (sa счет выбора коэффициента деления k делителя 26 напряжения, К равным k = †-) в середине диапазона

2 P изменения выходных сигналов линейки

4 фотоприемников. При .опросе освещенных.фотоприемников линейки 4, выходной сигнал с которых превышает значение U Ä, на выходе компаратора

6 появляются сигналы, возвращающие счетчик 16 грубого отсчета в исходное состояние. Только при опросе последних перекрытых темным краем растра 3 ячеек линейки 4 фотоприемников цифровой код, соответствующий их"количеству, сохраняется в счетчике 16 ггубого отсчета.

1429320

1429320

Редактор О. Головач

Заказ 5144/56 Тираж 929 Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, \

Услаиод б,год

Составитель Ю. Котов

Текред Л.Олийнык Корректор О. Кравцова

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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