Вычислительное устройство для измерителей перемещений

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<п) 553620

Саве Ооветских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.06.75 (21) 2153941/24 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

Опубликовано 05.04.77. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 25.05.77 (51) М. Кл з G 06F 15/20

G 01В 9/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 681.322(088.8) по селам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. И. Загорулько, В. А. Потылицын и 1О. П. Бондарев (71) Заявитель

SPy уттп!у

Йй и (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЪНОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейных перемещений, в частности в лазерных интерферометрических системах, использующих как одночастотные, так и двухчастотные интерферометры.

Известны вычислительные устройства для двухчастотного лазерного интерферометра, содержащие в каждом,из двух измерительных каналов синтезатор частоты, в которых выходы синтезаторов соединены с реверсивным счетчиком (1, 2). Выходные, сигналы интерферометра, представляющие собой опорную и измерительную частоты, проходя через синтезаторы, преобразуются в соответствующие импульсные последовательности, подаваемые затем на два входа реверсивного счетчика. Реверсивный счетчик определяет разность в числе импульсов, поступающих на него из обоих каналов. Эта разность пропорциональна измеряемому, перемещению.

Основным недостатком таких устройств является необходимость устранения совпадающих по времени импульсов на входах реверсивного счетчика, так как это может привести к просчету, и, следовательно, к искажению результата измерения.

Известно устройство для выявления полностью или частично совпадающих импульсов входных последовательностей и осуществления их взаимного запрета или сдвига (3).

Устройство содержит блок обработки сигналов, поступающих с выходов фотоприемников двухчастотного лазерного интерферометра, установленный на входе реверсивного счетчика с индикацией и содержащий два запоминающих триггера, элементы И вЂ” HL, коммутирующий триггер, генератор тактовых импульсов, линии задержки,и триггер вычитания. Каждый импульс с выходов фотоприемников либо устанавливает триггер

15 вычитания в состояние, при котором на входе дополнительного элсмента И вЂ” HE в канале этого импульса имеется разрешающий потенциал, либо подтверждает это положение триггера. Если триггер находился в том состоянии, которое приходящий импульс подтверждает, импульс .проходит на вход реверсивного счетчика. Если триггер находится в противоположном состоянии, на входе дополнительного элемента И вЂ” НЕ имеется запре25 щающий потенциал, изменяющийся только по окончании импульса благодаря линии задержки. С помощью запоминающих и коммутирующего триггеров, основных элементов

553620

И вЂ” НЕ и линий задержки осуществляется запрет совпадающих импульсов входных последовательностей. Однако такое устройство сложно, а вероятнссть просчетов не исключена.

Вычислительное устройство для одночастотного интерферометра, выполненное по традиционной схеме с реверсивным счетчиком, также имеет существенный недостаток.

При,вибрации отражателя реверсирование направления может быть пространственно настолько близким к фронту импульса (даже при небольшой частоте колебаний), что минимально допустимое расстояние между двумя фронтами будет перейдено. Для дальнейшей обработки результата измерения необходимо, чтобы этот импульс не терялся.

Это достигается, например, применением промежуточного ЗУ, 1то также значительно усложняет схему.

Одной из особенностей лазерных интерферометров является то,,что у них шаг квантования не кратен основанию системы счисления, используемой в устройстве регистрации.

При этом в вычислительных устройствах обычно использовано специальное множи,тельное устройство, осуществляющее предварительную обработку результата измерения линейного перемещения, выраженного в долях длины волны излучения лазера, с целью представления его в требуемой системе единиц, например метрической. Известны различные схемы таких множительных устройств.

Известно устройство (4), предназначенное для индикации величины линейного перемещения в любой из двух систем измерения: метрической или дюймовой. Оно включает независимые каналы, каждый из которых соответствует одной из систем единиц и содержит делитель с заданным коэффициентом и декадные счетчики. Выходы счетчиков через селектор подключены к устройству цифровой индикации. На входы каналов поступают импульсы с измерителя перемещений.

Их подсчет в каждом канале проводится независимо, и любой один из результатов через селектор может быть выведен на устройство цифровой индикации. Описанное устройство сложно, так как для каждой системы единиц измерения имеется свое множительное устройство. Кроме того, оно не позволяет корректировать результат путем изменения коэффициента пересчета в процессе измерения.

С определенными трудностями связана также задача обработки результата измерения линейного перемещения. Известны вычислительные устройства для определения,пошаговой и накопленной погрешностей линейных перемещений. Система (5) осуществляет вычисление погрешности путем непрерывного сравнения величины измеренного перемещения с заданным значением и содержит множительное устройство — преобразователь

Зз

4О

13

50 .) 0

65 выходных сигналов одночастотного интерферометра в импульсы, кратные дюймам; пересчетные схемы, управляюп;ие логические схемы, схему несовпадения и реверсивныйсчетчик. Импульсы, поступающие с выхода одночастотного интерферометра, обрабатываются преобразователем и через пересчетные схемы и логическую схему направления подаются на вход схемы несовпадения, на второй вход которой также через пересчетную схему поступают управля1ощие импульсы от блока цифрового управления. Выходы схемы несовпадения подключены ко входам реверсивного счетчика, содержимое которого соответствует измеряе..ой погрешнсстп. Для избежания просчетов, обусловленных совпада1ощи IH по времени импульсами, введена схема несовпадения и усложнечо устройство,. ITQ снижает надежность его работы. Кроме того, узкая аппаpаT) pная спец1Iализация такого устройства не позволяет решать его с помощью какие-либо иные задачи, за исключением измерения погрешностей.

Из известных вычислительных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является вычислительное устройство двухчастотного лазерного интерферометра (б). ОНо содержит в каждом измерительном канале последовательно соединенные усилитель, триггер Шмитта и удвоитель частоты, счетчик, выход которого через регистр подключен к соответствуюшему входу арифметического блока, выход которого через регистр индикации;подкл1очен к блоку индикации. Входы усилителей подключены к соответствующим входам устройства. Управляющие входы регистров, арифметического блока и регистра индикации соединены с соответствующими выходами блока управления. В этом устройстве каждый из двух нереверсизных счетчиков считает свою импульсную последовательность, а арифметический бло < пропзво IHT вычисление разности содержимого счетчика и дальнейшую обработку информации для получения величины линеиного перемещения. В таком вычислительном устройстве устранены упомянутые недостатки схемы с одним реверсивным счетчиком, а также значительно повышена скорость обработки информации. Однако описанное устройство может работать только с двухчастотным лазерным интерферометром, а также решает довольно узкий круг задач, связанных с обработкой результата измерения величины линейного перемещения.

Целью изобретения является повышение коэффициента использования оборудования устройства путем обеспечения возможности работы с одночастотным и двухчастотным измерителями перемещений.

Поставленная, цель достигается тем, что в предложенное устройство введены коммутатор режимов, регистр ввода заданной величины, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока уп553620

65 равления, распределитель импульсов, входы которого соединены соответственно с выходами удвоителей частоты, блок постоянной памяти, выход которого подключен ко входу блока управления. В каждый канал введен ключ, соединенный выходом со входом счетчика, а входами — соответственно с выходами удвоителя частоты, распределителя импульсов и коммутатора режимов. Выход регистра ввода заданной, величины соединен со входом арифметического блока.

На черте>ке представлена блок-схема устройства.

Входы 1 и 2 устройства через входные усилители 3 и 3> (индексы указывают номер канала) и триггеры Шмитта 4i и 4> соединены с удвоителями частоты 5 и 5 . Выход каждого удвоителя .частоты 5 и 5 соединен с соответствующим входом распределителя импульсов б и с одним из входов соответствующего ключа 7 или 7 . Каждый выход, распределителя импульсов б подключен к другому .входу соответствующего ключа. Выход ключа 7 соединен со счетчиком 8, а выход ключа 7 — со счетчиком 8 . Выходы счетчиков через соответствующие регистры 9 и 9 связаны с арифметическим блоком 10, выход которого через регистр индикации 11 соединен с блоком индикации 12. Блок управления 13, на входе которого установлен блок постоянной памяти 14, соединен с регистрами 9>, 9> и 11 и арифметическим блоком

10. К одному из выходов блока управления

13 подключен коммутатор режимов 15, выходы которого соединены,со входами ключей

7i и 7 . К арифметическому устройству 10 подключен регистр 16 ввода заданной величины, соединенный с блоком управления 13.

На входы 1 и 2 устройства при работе с одночастотным измерителем перемещения поступают две частоты, сдвинутые одна относительно другой по фазе на 90, а при работе с двухчастотным измерителем — опорная и измерительная частоты. При прохождении входных частот через усилители 3> и 3> и триггеры Шмитта 4i и 4 в каждом измерительном канале формируется последовательность импульсов, поступающих затем на удвоитель частоты 5i или 5, где из передних и задних фронтов каждого импульса формируются короткие счетные импульсы. Эти последовательности импульсов удвоенной частоты подаются на входы ключей 7ь 7 и в распределитель импульсов б. Распределитель импульсов б объединяет импульсные .последовательности из обоих каналов и в зависимости от знака сдвига фаз между ними (+90 или — 90 ), определяемого направлением измеряемого перемещения, подает на второй вход ключа 7 или 7>, сформированные таким образом импульсы учетверенной частоты.

В двухчастотном режиме связанный с блоком управления 13 коммутатор режимов 15 вырабатывает сигнал, при подаче которого

15 0

/5

55 на соответствующие входы ключей 7 и 7 импульсы от удвоителей частоты 5ь 5> проходят HQ входы счетчиков 8 и 8, а импульсь| от распределителя б ключи 7 и 7> не пропускают.

В одночастотном режиме от коммутатора режимов 15 на соответствующие входы ключей 7>, 7> поступает сигнал, запрещающий прохождение через них импульсов от удвоителей частоты 5ь 5, но позволяющий прохождение импульсов учетверенной частоты ог распределителя импульсов 6.

1аким образом, в двухчастотном режиме один счетчик считает импульсы, соответствующие опорной частоте, а другой — импульсы, соответствуюшHe- измерительной частоте.

В одночастотном режиме один счетчик считает импульсы, соответствующие одному направлению перемещения, а другой — импульсы, соответствующие противополо>кному направлению. В обоих случаях величина перемещения отражателя в долях длины волны излучения л "çåðà определяется как разность содержимого счетчиков 8> и 8г.

Содер>кимое каждого счетчика периодическп переписывается в соответствующий регистр 9 или 9 . Затеи в арифметическом блоке 10 производится вычитание этих двух чисел и умно>кение на коэффициент, равный соответствующей доле длины волны излучения лазера. Результат вычислений накапливается в регистре индикации 11 и выводится на блок индикации 12. Эти вычисления производятся непрерывно, например, с частотой

1 кгц. Блок 14 дает возможность изменять

a opHTм работы арифмeтHvecKoro оаоКа 10.

Регистр 16 ввода заданной величины,позволяет производить вычисления отклонения текущего результата от заданного значения.

Универсальность устройства обеспечивается его структурой, позволяющей ему работать как с двухчастотным измерителем перемещения, так и с одночастотным. Использование устройства в широко распространенных одночастотных лазерных интерферометрических системах позволяет увеличить скорость измерений и повысить точность без создания устройств, специально предназначенных для одночастотных измерителей. Кроме того, блок постоянной памяти в сочетании с регистром ввода заданной величины позволяет решать широкий круг задач, связанных с линейными перемешсниямп, в частности позиционирование, Вычисление пошаговои и накопленной погрешности.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для измерителей геремещений, содержащее в каждом измерительном канале последовательно соединенныс усилитель, триггер Шмитта и удвоитель частоты, счет-пи<, выход которого через регистр подключен к соответствующему входу арифметического блока, выход которого через регистр индикации подключен к

553620

Составитель А. )Керенов

Техред М. Семенов

Корректор Л. Денискина

Редактор Л. Утехина

Заказ 908/13 Изд. М 4 Тираж 815 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раугпская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

7 блоку индикации, входы усилителей подключены к соответствующим входам устройства, управляющие входы регистров, арифметического блока и регистра индикации соединены с соответствующими выходами блока уп- 5 равления, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента использования оборудования устройства путем обеспечения возможности работы с одночастотны-. . ми и двухчастотными измерителями переме- 10 щений, в него введены коммутатор режимов, регистр ввода заданной величины, управляющие входы которых подключены к соответствующим выходам блока управления, распределитель импульсов, входы которого сое- 15 динены соответственно с выходами удвоителей частоты, блок постоянной памяти, выход которого подключен ко входу блока управления; и в каждый канал введен ключ, соединенный выходом со входом счетчика, а 20 входами соответственно с выходами удвоителя частоты, распределителя импульсов и коммутатора режимов; выход регистра ввода заданной величины, соединен со входом арифметического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США Хе 3458259, кл. 356 — 106, 1969 r.

2. Патент США М 3656853, кл. 356 — 106, 1962 г.

3. Авторское свидетельство СССР, М. Кл.

G 01В 19/36, 1972 г.

4. Патент США M 3872288, кл. 235 — 151, 32, 1975 г.

5. Патент США MP Мз 3794814, кл. 235—

92, 1974 г.

6. «Product Engineering», 1970, 41, Хо 11, р.р. 112 — 113, «Dual-frequency interfегоmeter

ready to work for industry» (прототип).