Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

Изобретение относится к электронно-оптической промышленности, а конкретно к преобразователям, используемым в фотометрических устройствах для определения линейного или углового перемещения объекта с последующей кодовой оцифровкой его положения. Достигаемый технический результат: повышение точности преобразования перемещения. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код содержит осветитель, подвижный элемент с кодовой шкалой в двоичном коде, состоящей из дорожек основных и дополнительных разрядов, поразрядные и дополнительные фотоприемники, регистр, пороговые устройства по числу фотоприемников, формирователь импульсов считывания, датчик перемещения, дифференциатор, инвертирующий повторитель, два компаратора, два электронных ключа, преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик. 1 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам фотоэлектрического преобразования линейного и углового перемещений, и может быть использовано в системах автоматического управления в различных отраслях народного хозяйства.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий подвижный элемент с двоичной кодовой маской и с дорожкой дискретизации отсчетов, считывающие элементы разрядов, считывающий элемент дискретизации отсчета, триггеры (регистр), логические элементы И, сгруппированные по два элемента, и инверторы. Выход считывающего элемента каждого разряда соединен с первым входом первого логического элемента И соответствующей группы и через инвертор - с первым входом второго логического элемента И этой группы, выходы первого и второго логических элементов И каждой группы подключены соответственно к единичному и нулевому входам триггеров, вторые входы всех логических элементов И соединены со считывающим элементом дискретизации отсчета.

При необходимости измерения перемещения с высокой точностью данное устройство не удовлетворяет этому требованию, так как повышение точности требует увеличения разрядности, а увеличение разрядности имеет границы, связанные с технологией изготовления кодовой шкалы (маски), малым размером кодового окна, точностью установки фотоприемников.

Целью изобретения является повышение точности преобразования перемещения.

Для этого в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий осветитель, оптически связанный через подвижный элемент с кодовой шкалой в двоичном коде, состоящей из дорожек основных и дополнительного разрядов с поразрядными и дополнительным фотоприемниками, и регистр, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, введены пороговые устройства по числу фотоприемников, формирователь импульсов считывания, датчик перемещения, дифференциатор, инвертирующий повторитель, два компаратора, два электронных ключа, преобразователь напряжение - частота и реверсивный счетчик, выходы поразрядных фотоприемников через одноименные пороговые устройства соединены с информационными входами регистра, выход дополнительного фотоприемника соединен со входом одноименного порогового устройства, выход которого соединен со входом формирователя импульсов считывания, выход которого соединен с управляющим входом регистра и со входом установки в нуль реверсивного счетчика, датчик перемещения кинематически соединен с подвижным элементом, выход датчика перемещения соединен со входом дифференциатора, выход которого соединен с информационным входом первого электронного ключа и входом инвертирующего повторителя, выход которого соединен со входами компараторов и с информационным входом второго электронного ключа, выход первого компаратора соединен с управляющим входом первого электронного ключа и с первым управляющим входом реверсивного счетчика, выход второго компаратора соединен с управляющим входом второго электронного ключа и со вторым управляющим входом реверсивного счетчика, выходы электронных ключей соединены со входом преобразователя напряжение-частота, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя.

Более высокая точность измерения обеспечивается за счет использования в схеме пороговых устройств, формирователя импульсов считывания и дополнительного электронного блока, представляющего собой точную шкалу измерения, работа которого заключается в пропорциональном преобразовании перемещения в двоичный код дополнительной (точной) шкалы.

На чертеже представлена блок-схема преобразователя.

Преобразователь содержит последовательно расположенные осветитель 1, подвижный элемент 2 в виде пластины с кодовой шкалой 3 в обычном двоичном коде, состоящей из дополнительного разряда 4 и основных кодовых разрядов 5, поразрядные фотоприемники 6, дополнительный фотоприемник 7, электронный блок 8, включающий введенные пороговые устройства 9-12 и формирователь 13 импульсов считывания, параллельный регистр 14, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, и вновь вводимые датчик 15 перемещения, дифференциатор 16, инвертирующий повторитель 17, два компаратора 18 и 19, два электронных ключа 20 и 21, преобразователь 22 напряжение-частота (ПНЧ) и реверсивный счетчик 23, которые образуют дополнительный электронный блок 24. Выходы реверсивного счетчика 23 являются второй группой выходов преобразователя. Фотоприемники 6 и 7 соединены с пороговыми устройствами 9-12, пороговые устройства 9-11 соединены с параллельным регистром 14, а пороговое устройство 12 соединено с параллельным регистром 14 через формирователь 13 импульсов считывания. Датчик 15 перемещения соединен кинематически с подвижным элементом 2 и с входом дифференциатора 16, который соединен со входом первого электронного ключа 20 и со входом инвертирующего повторителя 17, выход которого соединен со входами компараторов 18 и 19 и со входом второго электронного ключа 21, выход первого компаратора 18 соединен с управляющим входом первого электронного ключа 20 и с управляющим входом на сложение (первым) реверсивного счетчика 23, выход второго компаратора 19 соединен с управляющим входом второго электронного ключа 21 и со вторым (на сложение) управляющим входом реверсивного счетчика 23. Выходы электронных ключей 20 и 21 соединены с управляющим входом ПНЧ 22, выход которого соединен со входом реверсивного счетчика 23, а выход формирователя 13 соединен со входом установки в ноль реверсивного счетчика 23.

При перемещении подвижного элемента 2 с кодовой шкалой 3 относительно фотоприемников в момент перехода границы кодового участка дополнительного разряда 4 через дополнительный фотоприемник 7 на фотоприемниках 6 через основные кодовые разряды 5 и на пороговых устройствах 9-12 электронного блока 8 формируются электрические сигналы. Формирователь 13 импульсов считывания формирует импульс записи, который и записывает с пороговых устройств 9-11 двоичный код в параллельный регистр 14. Значение кода в регистре 14 представляет грубую шкалу преобразователя. Одновременно импульс с формирователя 13 устанавливает реверсивный счетчик 23 в ноль. Работа дополнительного электронного блока 24 заключается в следующем. При перемещении подвижного элемента 2 с различной скоростью и в любом направлении датчик 15 перемещения, связанный жестко с элементом 2 и представляющий собой, например, переменный резистор, подключенный к стабильному источнику напряжения, формирует на входе дифференциатора 16 нарастающий или убывающий уровень напряжения. Дифференциатор 16 формирует положительный или отрицательный уровень напряжения, пропорциональный скорости движения элемента 2. Выходной сигнал дифференциатора 16 и выходной сигнал, инвертируемый инвертором 17, поступают на электронные ключи 20 и 21, которые управляются компараторами 18 и 19. Назначение последних заключается в том, чтобы через ключи 20 и 21 прошли только положительные значения прямого и инверсного сигнала с дифференциатора 16 и инвертора 17. Это необходимо из-за того, что преобразователь 22 напряжение-частота управляется сигналом одной полярности. Одновременно компараторы 18 и 19 управляют сложением и вычитанием реверсивного счетчика 23. Управляемая частота генератора, находящаяся в прямой зависимости от скорости перемещения, поступает на вход счетчика 23 и складывается или вычитается в зависимости от направления движения подвижного элемента 2. Таким образом, после сброса счетчика 23 импульсом с формирователя 13 при перемещении кодового окна относительно фотоприемника 7 от границы до границы, оно будет метится импульсами ПНЧ 22 в виде двоичного кода на реверсивном счетчике 23. При этом оцифровка перемещения не будет зависеть от скорости перемещения. Расчет дифференциатора 16 производится из условий работы преобразователя, в частности от максимальной скорости перемещения подвижного элемента 2, точности оцифровки и количества разрядов грубой шкалы измерения.

Формула изобретения

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий осветитель, оптически связанный через подвижный элемент с кодовой шкалой в двоичном коде, состоящей из дорожек основных и дополнительного разрядов с поразрядными и дополнительным фотоприемником, и регистр, выходы которого являются первой группой выходов преобразователя, отличающийся тем, что в него введены пороговые устройства по числу фотоприемников, формирователь импульсов считывания, датчик перемещения, дифференциатор, инвертирующий повторитель, два компаратора, два электронных ключа, преобразователь напряжение - частота и реверсивный счетчик, выходы поразрядных фотоприемников через одноименные пороговые устройства соединены с информационными входами регистра, выход дополнительного фотоприемника соединен с входом одноименного порогового устройства, выход которого соединен с входом формирователя импульсов считывания, выход которого соединен с управляющим входом регистра и с входом установки в нуль реверсивного счетчика, датчик перемещения кинематически соединен с подвижным элементом, выход датчика перемещения соединен с входом дифференциатора, выход которого соединен с информационным входом первого электронного ключа и входом инвертирующего повторителя, выход которого соединен с входами компараторов и с информационным входом второго электронного ключа, выход первого компаратора соединен с управляющим входом первого электронного ключа и с первым управляющим входом реверсивного счетчика, выход второго компаратора соединен с управляющим входом второго электронного ключа и с вторым управляющим входом реверсивного счетчика, выходы электронных ключей соединены с входом преобразователя напряжение - частота, выход которого соединен со счетным входом реверсивного счетчика, выходы которого являются второй группой выходов преобразователя.

РИСУНКИ

Рисунок 1