Автокорректор для акустических устройств считывания графической информации

 

О П И C А" 8"и--Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву 634314 (22) Заявлено 18.04.77 (21) 2476114/18-24 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.06.79. Бюллетень № 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.79 (51) М. Кл > б 06К 11/00

Государственный комитет (53) УДК 681.327.12 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. П. Афанасьев, В. Я. Зенин, В. А. Маслюков, А. М. Сиренко и В. П. Сыч

Институт технической кибернетики АН Белорусской ССР (71) Заявитель (54) АВТОКОРРЕКТОР ДЛЯ АКУСТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, является одним из основных блоков устройств ввода графической информации акустического типа и используется для компенсации погрешности измерения координат, обусловленной изменением параметров звукопроводящей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный автокорректор (11 для акустических устройств считывания графической информации по авт. св. № 634314, содержащий электроакустический преобразователь, акустически связанный с микрофоном, подключенным через последовательно соединенные усилитель, фильтр верхних частот, селектор импульсов по длительности, амплитудный дискриминатор, первый логический элемент И и триггер, один из установочных входов которого подключен к электроакустическому преобразователю и выходу генератора цикла коррекции, а выход через второй логический элемент И вЂ” к входу измерительного счетчика, выходы старших разрядов которого соединены с входами управления реверсивного счетчика, выходом подключенного через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и генератор тактовых импульсов к одному из входов второго логического элемента И, элемент запрета, выход которого соединен через элемент задержки со счетным входом реверсивного счетчика, а входы подключены соответственно к выходу триггера и одному из входов управления реверсивного счетчика, и последовательно соединенные первый одновибратор, входом

10 подключенный к генератору цикла коррекции, и второй одновибратор, выходом связанный с одним из входов первого логического элемента И.

Однако этот автокорректор обеспечивает

15 работоспособность устройств считывания графической информации лишь в ограниченном диапазоне изменений параметров среды. Это обусловлено наличием в устройстве цифроаналогового преобразователя.

20 Такие преобразователи, работающие с высокой точностью в широком диапазоне температур, трудно изготовить более чем на

9 — 10 разрядов.

Пусть требуется построить акустическое устройство считывания с воздушной звукопроводящей средой со следующими параметрами: рабочее поле 800Х800 мм; температура воздуха 20+-10 С; точность измерения координат +0,1 мм в любой точке

30 планшета.

670944

Эталонное расстояние выбирается из условии 1ст Ъхмакс, 1ст /макс

Исходя из заданной точности измерения координат, величина минимального отсчета нс долж;а превышать п==0,1 мм. Тогда емкость измерительного счетчика не должЯ.оо на быть мепсс V= =8000 единиц. ПриП нимаем Л =8192=2". Таким образом, l» 819,2 мм.

Максимальная и минимальная частота генератора тактовых импульсов находятся из соотношений где См„„и С„„кс — минимальная и максимальная скорости звука в воздухе при изменении параметров воздуха в заданных пределах.

С,„„, (10 С) =337,8 10З мм/с, Смакс (30 С) =349,6. 10 мм/с.

Подставив эти значения в выражение (1), получим

/м„„= 3378 10 Гц, /„„„= 3496 10 Гц, откуда — """ = 3437 10 Гц, 2

Девиация частоты генератора тактовых импульсов Л1" в рабочем диапазоне температур составляет

hf — — - f„„, — f„„„= 1-:18 10 Гц, Емкость реверсивного счетчика

М == (-.„„., — -..„„) / „, (2) где тмакс и т„„,к — максимальное и минимальное время прохождения звуком эталонного расстояния. т„,акс — — 2,455. 10 с. т„як=2343 10 — з с.

Подставляя в выражение (2), получаем

М = 385 единиц.

Округляя число М до ближайшего большего значения числа 2, имеем М=2 . Таким образом, цифроаналоговый преобразователь должен быть девятиразрядным. Но при этом автокорректор, представляющий собой систему автоматической подстройки частоты генератора тактовых импульсов, работает неустойчиво. Для устойчивой работы автокорректора, как показывают расчеты и практические исследования, число

Я необходимо брать с запасом k=2 — 4.

Тогда емкость реверсивного счетчика и М=2 о — 2" единиц, т. е. цифроаналоговый преобразователь должен иметь 10 — 11 разрядов. При этом автокорректор обеспечивает работоспособность устройства лишь в диапазоне температур +-10 С.

Из приведенного расчета видно, что создать устройства считывания графической информации, работающие в более широком диапазоне температур, не удается, посколь5

4 ку 10 — 11 разрядов для цифроаналогового преобразователя является пределом. Следует отметить, что в расчете не принималось во внимание влияние других параметpoI3 (давления, влажности, состава воздуха) на скорость звука в воздухе.

Цель изобретения — повышение точности и расширение температурного диапазона работы устройства.

Указанная цель достигается в автокорректоре тем, что в него введен коммутатор, входы которого подключены к выходу и управляющим входам реверсивного счетчика, а выходы — к дополнительным входам генератора тактовых импульсов.

Дополнительное отличие предлагаемого автокорректора состоит в том, что в нем коммутатор содержит последовательно соединенныс управляющий реверсивный счетчик, дешифратор и ключи, выходы которых подключены к выходам коммутатора, входами соединенного с входами управляющего реверсивного счетчика.

На фиг. 1 приведена функциональная схема автокорректора; на фиг. 2 — схема электронного коммутатора, один из вариантов выполнения.

Автокорректор (фиг. 1) содержит электроакустический преобразователь 1, микрофон 2, усилитель 3, фильтр 4 верхних частот, селектор 5 импульсов по длительности, адаптивный амплитудный дискриминатор 6, триггер 7, генератор 8 цикла коррекции, логический элемент И 9, счетчик

10, логический элемент 11 запрета, элемент 12 задержки, реверсивный счетчик 13, цифроаналоговый преобразователь 14, генератор 15 тактовых импульсов, одновибраторы 16, 17, элемент И 18 и коммутатор 19.

Коммутатор 19 (фиг. 2) содержит управляющий реверсивный счетчик 20, дешифратор 21 на т выходов и m электронных ключей 22.

Электроакустический преобразователь 1 размещен на рабочем поле устройства считывания графической информации или в непосредственной близости от него. Микрофон 2 установлен на фиксированном расстоянии от преобразователя 1, акустически связан с ним и подключен к каналу преобразования, состоящему из последовательно соединенных усилителя 3, фильтра 4 верхних частот, селектора 5 импульсов по длительности, амплитудного дискриминатора

6, логического элемента И 18, вторым входом через одновибраторы 16, 17 связанного с выходом генератора 8, триггера 7, другим установочным входом соединенного с выходом генератора 8 и входом электроакустического преобразователя 1, логического элемента И 9 и счетчика 10. Выходы старшего разряда счетчика 10 соединены с входами управления реверсивного счетчика

13, разрядные выходы которого подключе670944 ны через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 14 и генератор 15 тактовых импульсов к одному из входов логического элемента И 9. Элемент 11 запрета вь|ходом соединен через элемент 12 задержки со счетным входом реверсивного счетчика 13, а входами соответственно с выходом триггера 7 и одним из входов управления реверсивного счетчика 13. Управляющий реверсивный счетчик 20 счетным входом связан с выходом реверсивного счетчика 13, а входами управления — с входами управления этого счетчика. Разрядные выходы счетчика 20 подключены к ключам 22 через дешифратор 21.

Автокорректор работаст следующим образом.

В момент включения аппаратуры начинает функционировать в автоколсбательном режиме генератор 8 цикла коррекции, который периодически возбуждает электроакустический преобразователь 1. Период повторения цикла коррекции выбирается превышающим время прохождения звуковой волной расстояния от электроак стического преобразователя 1 до микрофона 2 (расстояние t;„). В начале каждого цикла импульс с выхода генератора 8 поступает на электроакустический преобразователь 1, триггер 7 и одновибратор 16. При этом преобразователь 1 излучает короткий звуковой импульс, триггер 7 устанавливается в единичное состояние и открывает логический элемент И 9, разрешающий поступление тактовых импульсов с генератора 15 в счетчик 10. Одновибратор 16 формирует импульс, который через время, близкое к времени прохождения звуковой волной расстояния 1„, своим спадом (задним фронтом) запускает одновибратор 17, который формирует импульс, разрешающий прохождение информационного сигнала на триггер 7.

В момент, когда акустический импульс преобразователя 1 достигает микрофона 2 (это происходит раньше, чем начинается следующий цикл), на его выходе формируется сигнал, пост. Ilakclllk»11 чсрс", усилитель

3, фильтр 4 верхних частот, селектор 5 импульсов по длительности, амплитудный дискриминатор 6 и логический элемент И

18, открытый к этому времени импульсом одновибратора 17, на вход триггера 7.

Триггер 7 возвращается в исходное состояние, поступление тактовых импульсов в счетчик 10 через логический элемент И 9 прекращается.

Так как в автокорректоре расстояние между электроак стическим преобразователем 1 и микрофоном 2 выбрано равным

21 минимальных единиц измерения, где р — разрядность счетчика 10, а параметры среды могут отличаться от нормальных, цвело импульсов, поступивших в счетчик

ЗО

10, может быть больше числа 2>, меньше его, либо равно ему. Соответственно переход триггера старшего разряда счетчика 10 в единичное состояние происходит раньше, чем появляется сигнальный импульс на выходе микрофона 2 (переполнение счетчика), либо вообще нс происходит (счетчик не заполнен) или происходит одновременно с появлением сигнального импульса (счетчик заполнен).

Триггер старшего разряда счетчика 10 выполняет функцшо триггера управления реверсивным счетчиком 13, поэтому в первом и в третьем случае к концу цикла коррекции рсвсрсивный счетчик 13 устанавливается в режим «вычитание», а во втором слу«ae — в режим «сложение». При этом в первом случае сигнальный импульс вычитает единицу из содср>кимого реверсивного счетчика 13, а во втором случае добавляет се. Так как в трстьсм случае число импульсов, пост, пивших в счетчик 10, равно 2>, момент перехода триггера старшего разряда в единичное состояние совпадает с моментом прихода сигнального импульса с микрофона 2 и содержимое реверсивного счетчика 13 нс изменяется (импульс «переполнения», возникающий в момент псрехода триггера старшего разряда в единичное состояние, запрещает прохождс1ше сигнального импульса на вход реверсивного счетчика).

Таким образом, если за время прохождения звуком расстояния от элсктроакустичсского прсобраBîBàòñëkl 1 до микрофона 2 число поступивших в счст 1ик 10 импульсов окажется больше 21, код реверсивного счетчика 13 уменьшится на одну единицу, а если это число меньше 2", код реверсивного счетчика на одну единицу увеличится. Изменение числа реверсивного счетчика 13 приводит к изменению напряжения на выходе цифроаналогового преобразователя 14, подключенного к одному управляющему входу гснсратора 15, частота которого при этом изменяется, Этот процесс повторяется каждый цикл коррекции до тех пор, пока частота генератора 15 тактовых импульсов нс установится такой, при которой измеренное расстояние будет равно 2I, Тогда импульс, формируемый в момент перехода триггера старшего разряда счетчика 10 в единичное состояш1с, появляется одновпеменно с сигнальным импульсом на выходе микрофона

2 и запрещает его прохо>кдснис через логический элемент 11 запрста и элемент 12 задержки B рсверспвный c cT IIII 13. B Котором остается прежний код.

Каждый цикл проверки соответствия измеренного расстояния числу 2> повторяется и при изменениях параметров воздушной среды соответственно изменяется частота генератора 15 тактовых импульсов.

670944

Если изменение параметров среды выйдет за пределы рабочего диапазона автокорректора, произойдет переполнение реверсивного счетчика 13 и в управляющий реверсивный счетчик 20 электронного коммутатора 19 поступит единица, а на одном из выходов дешифратора 21 появится потенциал, включающий один из электронных ключей 22. Электронные ключи воздействуют на времязадающую цепь генератора 15 тактовых импульсов. Они могут, напримср, изменять (переключать) индуктивность или емкость колебательного контура генератора. При включении одного из ключей средняя частота генератора изменяется примерно на половину рабочего диапазона автокоррсктора. Равновесие в системе автоподстройки временно нарушается и содержимое реверсивного счетчика 13 постепенно уменьшается приблизительно до половины сго емкости. В системе автоподстройки вновь наступает равновесие.

Очередное переключение рабочего диапазона устройства произойдет лишь в том случае, когда изменение параметров среды приведет либо к переполнению счетчика 13, либо к его обнулению.

Таким образом, коммутатор 19 выполняет в устройстве роль автоматического переключателя диапазонов. Он делает автокорректор работоспособным при любых пределах изменений скорости звука в среде.

Формула изобретения

1. Автокорректор для акустических устройств считывания графической информа1о ции по авт. св. Ко 634314, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения температурного диапазона работы устройства, в него введен коммутатор, входы которого подключены к выхо15 д) и управляющим входам реверсивного счетчика, а выходы — к дополнительным входам генератора тактовых импульсов.

2. Автокорректор по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что в нем коммутатор содержит последовательно соединенные управляющий реверсивный счетчик, дешифратор и ключи, выходы которых подключены к выходам коммутатора, входы которого соединены с входами управляющего ревер- сивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство Ne 63431 кл. G 06К 11/00, 1976.

670944

Фиг. 2

Составитель В. Киселев

Техред А. Камышникова

Корректоры; В. Дод и Л. Брахнина

Редактор И. Грузова

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 1310/18 Изд. ¹ 388 Тираж 779 Полписное

UHHHHH НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытш1

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