Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код

 

Сецнаннстнчесннс I О Il M С Д Н И Я >959122

Республик изовеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 14.01.81 (21) 3235779/18-24 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл.з

1-т 08 С 9/06

Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34

Дата опубликования описания 15.09.82 (53) УДК 681.325 (088.8) Ilo делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

М. А. Габидулин, П. С. Плотников, А. В. Киселев, В. А. Бабайцев и Е. Г. Саженов а .1 (71) Заявитель (54) ФОТОЭ,ЛЕКТРИЧЕСКИИ ПРЕОБРАЗОВАТЕ,ЛЬ УГ,ЛА

ПОВОРОТА ВАЛА В КОД

ГооУдоротееллый комитет (23) Приоритет—

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых следящих системах, системах цифрового управления объектами, содержащих ЦВМ.

Известны фотоэлектрические преобразователи угол — код, основанные на считывании кода с диска, оцифрованного в соответствующем коде, получившие широкое распространение в технике (1).

Один из известных преобразователей содержит закрепленный на валу кодовый диск, оцифрованный в коде Грея, индексный диск со щелевыми диафрагмами, закрепленный жестко в корпусе, осветительную и фотосчитывающую системы, оптически связанные через сопряжения разрядных дорожек и щелевых диафрагм кодового и индексного дисков. Код Грея используется в нем для устранения ошибки от неоднозначности считывания, так как относится к классу однопеременных кодов (2).

Недостатками преобразователя являются большие его габариты и удвоенное количество фотоэлементов из-за использования двух кодовых дорожек на каждый разряд, жесткий допуск на угловой перекос линии считывания кода (ЛСК), который должен превышать 1/4 дискреты дорожки младшего разряда.

Другой известный преобразователь содержит два кодовых диска, жестко закрепленных на валу и оцифрованных в коде

Грея, два индексных диска со щелевыми диафрагмами, осветительную и две фотосчитывающих системы (3) .

Недостатками данного преобразователя являются усложнение конструкции из-за наличия двух кодовых и двух индексных дисков, сложность сборки и юстировки преобразователя, так как допуск на рассогла15 сование двух ЛСК не должен превышать

1/4 дискреты дорожки младшего разряда.

Наиболее близким к предлагаемому является фотоэлектрический преобразователь угол — код, содержащий закрепленный на валу кодовой диск, оцифрованный в коде

2о Грея, ин дексный. диск со щелевыми диафрагмами, закрепленный жестко в корпусе, осветительную систему, состоящую из импульсного источника излучения, и фотосчитывающую систему, состоящую из фото959122 элементов, .усилителей и устройства стабилизации порога срабатывания усилителей, системы, оптически связанные через сопряжение разрядных дорожек и щелевых диафрагм кодового и индексного дисков, преобразователь кода Грея в двоичный арифметический код, подключенный к выходам фотосчитывающей системы, блок управления считыванием, блок считывания из ключевых элементов, осуществляющих съем двоичного арифметического кода с преобрователя кода Грея и двоичный арифметический код, управляющие входы которых подключены к одному выходу блока управления считыванием, другой выход которого подключен к управляющему входу осветительной системы (4).

Недостатками известного преобразователя являются жесткий допуск на ошибки изготовления рисунка кодового диска, ошибки, вносимые эксцентриситетом дисков относительно оси вращения, конечной шириной щели диафрагмы, вариаций параметров осветительной и фотосчитывающей систем связанные с тем, что максимальная величина углового перекоса линий считывания кода не должна превышать 1/4 дискреты дорожки младшего разряда, необходимость использования мощного источника излучения или фотосчитывающих элементов повышенной чувствительности из-за того, что в старших разрядах ширина щели диафрагмы не должна превышать 1/4 ширины дискрета младшего разряда кода Грея, что приводит к усложнению преобразователя и снижению его надежности.

Цель изобретения — повышение точности и надежности работы фотоэлектрического преобразователя и упрощение технологии изготовления, сборки и эксплуатации.

Поставленна цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно расположенные осветительную систему, закрепленный «на входном валу кодовый диск с кодом Грея, индексный диск со щелевыми диафрагмами, закрепленный жестко в корпусе, фотоприемную систему, одни из выходов которой соединены со входами блока преобразования старших разрядов кода Грея в двоичный код, блок управления, один выход которого соединен с управляющим входом осветительной системы, другой — с управляющим входом блока считывания, введены блок преобразования младших разрядов кода Грея в двоичный код, блок согласования отсчетов и. сумматор, причем фотоприемная система выполнена из (q + m — 1) фотоприемников младших разрядов, которые размещены против дорожек с большим радиусом, п — q — m + 1 фотоприемников старших разрядов, которые размещены против дорожек с меньшим радиусом, и согласующий фотоприемник, который размещен против дорожки младшего (n — с1 — m + 2)-ro разряда, выходы фотоприемников младших разрядов фотосчи5 тывающей системы подключены ко входам блока преобразования младших разрядов кода Грея в двоичный код, выходы которого соединены с одними входами блока считывания, m — 1 выходов фотоприемников младших разрядов фотосчитывающей системы о подключен к соответствующим входам блока преобразования старших разрядов кода

Грея в двоичный код, m выходов которого и m выходов блока преобразования младших разрядов кода Грея в двоичный код соединены через блок согласования отсчетов

15 с одними входами сумматора, другие входы которого соединены с п — ч — m выходами блока преобразования старших разрядов кода Грея в двоичный код, а выходы сумматора соединены с другими входами блока о считывания, где и — количество разрядов преобразователя;

q+ m — количество младших разрядов кода

Грея, подключенных ко входам преобразователя младших разрядов

25 Грея в двоичный код; и — q - количество старших разрядов кода Грея, подключенных ко входам преобразователя старших разрядов кода Грея в двоичный код;

m — 1 - количество разрядов кода Грея, подключенных параллельно ко входам обоих преобразователей кода Грея в двоичный код.

Кроме того, в фотоэлектрическом преобЗ5 разователе блок согласования отсчетов выполнен из двух элементов И и сумматора, прямые выходы стари его разряда и разряда перевыполнения сумматора соединены со входами одного элемента И, а инверсные выходы подключены ко входам другого

40 элемента И, выходы элементов.И соединены с выходными клеммами блока согласования отсчетов, а выходы сумматора соединены с входными клеммами блока согласования отсчетов.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого изобретения; на фиг.2 структурная схема выполнения блока согласования младших и старших разрядов.

Преобразователь содержит корпус 1, вал 2, кодовый диск 3, индексный диск 4, 5р осветительную 5 и фотосчитывающую 6 системы,.преобразователи младших 7 и старших 8 разрядов кода Грея в двоичный арифметический код, блок 9 управления считыванием, блок 10 согласования отсчетов, сумматор 11,блок считывания 12.

Блок согласования 10 отсчетов содержит сумматор 13, элементы 14 и 15 И.

959122

Преобразователь выполнен следующим образом.

В корпусе 1 размещены осветительная 5 и фотосчитывающая 6 системы, оптически связанные рисунком кодового диска 3, посаженного на вал 2, и "рисунком щелевых диафрагм индексного диска 4, жестко закрепленного в корпусе 1. Кодовый рисунок, а проще кодовая маска диска 3 оцифрована и-разрядным кодом Грея и состоит из п кодовых дорожек. о

Младшие разряды расположены на дорожках с большим радиусом, а старшие с меньшим радиусом;

Маска индексного диска 4 состоит из п щелевых диафрагм, которые нанесены на средних радиусах в соответствии с кодовым диском 3.

Выходы q+ m — 1 младших разрядов фотосчитывающей 6 системы подключены к младшим разрядам преобразователя 7 кода Грея.

Выходы n — q старших разрядов фотосчитывающей 6 системы подключены ко входам го преобразователя 8 кода Грея.

Выходы m старших разрядов преобразователя 7 кода Грея и m младших разрядов преобразователя 8 кода Грея подключены ко входам блока 10 согласования младших zs и старших разрядов, выходы которого подключены к одним входам сумматора 11, другие входы которого подключены к вьгходам и — q — m старших разрядов преобразователя 8 кода Грея. Выходы преобразователя 7 кода Грея подключены к q + m входам блока 12 считывания.

Выходы сумматора 11 подключены к остальным п — q — m входам блока 12 считывания.

Один вход блока 9 управления считыванием подключен к управляющему входу осветительной системы 5. Другой выход последнего подсоединен к управляющему входу блока 12 считывания выходного двоичного арифметического кода. 40

Блок 10 согласования отсчетов. кода выполнен из сумматора 13, одни входы которого подключены прямым выходам преобразователя 7 кода Грея, другие — к инверсным выходам преобразователя 8 кода Грея. Прямые выходы старшего разряда S è разряда переполнения P сумматора 13 подключены ко входам элемента И 14, а инверсные выходы S и Р„сумматора 13 подключены ко входам элемента И 15.

Преобразователь работает следующим

SO образом.

При запросе системы о состоянии положения вала, с блока 9 управления считыванием подается импульс на осветительную систему 5, которая формирует импульс из- 55 лучения, освещающий часть кодового диска 3, расположенную напротив щелевых диафрагм индексного диода 4. С выходов фотосчитывающей системы 6 снимаются сигналы и-разрядного параллельного кода

Грея, поступающих на преобразователи 7 и 8 кода Грея в двоичный арифметический код. Причем сигналы младших разрядов кода с И-ro до (n — q — m +2)-го подаются на преобразователь 7, со старших, начиная с (и — q)-го на преобразователь 8.

С выходов преобразователей 7 и8 снимаются (q + m) - и (и — q) -разрядные двоичные арифметические коды. Дискретности старших разрядов кода преобразователя 7 и m,младших разрядов кода преобразователя 8 совпадают, что необходимо для выполнения операции согласования кодов преобразователей 7 и 8 кода Грея в блоке 10, в котором указанные разряды сравниваются, в случае рассогласования кодов сопоставляемых разрядов на его выходах появляется единичный сигнал либо на одном, либо на другом его выходах в зависимости от знака рассогласования, связанных соответственно с суммирующим и вычитающим входами сумматора 11, в котором происходит коррекция кода п — q — m старших разрядов преобразователя 8 путем прибавления или вычитания 1, сформированный на соответствующих выходах блока 10.

Через время, необходимое для окончания переходных процессов в преобразователях 7 и 8 кода Грея в двоичный арифметический код, блоке 10 согласования отсчетов кода и сумматоре 11, с выхода блока 9 управления считыванием снимается разрешающий импульс, поступающий на управляющий вход блока 12 считывания, на другие входы которого подаются выходной (m+q)-разрядный двоичный арифметический код преобразователя 7 кода Грея и выходной (ив — q — m)-разрядный код сумматора 11.

В результате на выход поступает п-разрядный параллельнный двоичный арифметический код, m + q младших разрядов которого представляют собой выходной код преобразователя 7 кода Грея, а n — m — q старших разрядов — скорректированный выходной код старших разрядов преобразователя 8 кода Грея.

Такое выполнение преобразователя обеспечивает повышение надежности преобразователя, которая достигается за счет того, что ошибка преобразователя определяется только (q + m) разрядами, дорожки которых размещены на внешних радиусах от R до

Кп ;m+2. Поэтому величины составляющих ошибки, зависящих от величины радиуса„ численно меньше, чем в известных преобразователях.

Таким образом, использование раздельного преобразования младших и старших разрядов кода Грея, считываемого с кодовой маски в двоичный арифметический код позволяет без увеличения габаритов повысить примерно в два-три раза точность и надежность работы преобразователя и снизить

959}22

Формула изобретения

1. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код, содержащий последовательно расположенные осветительную систему, закрепленный на входном валу кодовый диск с кодом Грея, индексныи диск

20 со щелевыми диафрагмами, закрепленный жестко в корпусе, фотоприемную систему, одни из выходов которой соединены со входами блока преобразования старших разрядов кода Грея в двоичный код, блок управ- 25 ления, один выход которого соединен с управляющим входом осветительной системы, другой — с управляющим входом блока считывания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы преобразования и упрощения технологии изготовления, Зо в него введены блок преобразования младших разрядов кода Грея в двоичный код, блок согласования отсчетов и сумматор, причем фотоприемная система выполнена из q+m — 1 фотоприемников младших раз35 рядов, которые размещены против дорожек с большим радиусом п — q — m + 1 фотоприемников старших разрядов, которые размещены против дорожек с меньшим радиусом, и согласующий фотоприемник, который размещен против дорожки младшего (и — 40 — g — m+2)-го разряда, выходы фотоприемников младших разрядов фотосчитывающей системы подключены ко входам блока преобразования младших разрядов кода Грея в двоичный код, выходы которого соединены с одними входами блока считывания, m — 1

45 выходов фотоприемников младших разрядов требования к изготовлению, сборке и условиям эксплуатации, а выполнение блока согласования младших и старших разрядов в виде сумматора и двух элементов И позволяет повысить уровень унификации используемых элементов в его электронной части.

Экономический эффект от использования преобразователя определяется его техническим преимуществом по сравнению с прототипом и составляет не менее 20 — 30 тыс.

1О ру6. в год при объеме использования в народном хозяйстве преобразователей порядка ста штук. фотосчитывающей системы подключены к соответствующим входам блока преобра-. зования старших разрядов кода Грея в дво-. ичный код, m выходов которого и m выходов блока преобразования младших разрядов кода Грея в двоичный код соединены через блок согласования отсчетов с одними входами сумматора, другие входы которого соединены с (и — q — m) выходами блока преобразования старших разрядов кода

Грея в двоичный код, а выходы сумматора соединены с другими входами блока считывания, где и — количество разрядов преобразователя;

q+m-количество младших разрядов кода

Грея, подключенных ко входам преобразователя младших разрядов

Грея в двоичный код;

n — q-количество старших разрядов кода

Грея, подключенных ко входам преобразователя старших разрядов кода Грея в двоичный код;

m — 1-количество разрядов кодовой маски

Грея, подключенных параллельно . ко входам обоих преобразователей кода Грея в двоичный код.

2. Фотоэлектрический преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в нем блок согласования отсчетов выполнен из двух элементов И и сумматора, прямые выходы старшего разряда и разряда переполнения сумматора соединены со входами одного элемента И, а инверсные выходы подключены ко входам другого элемента И, выходы элементов И соединены с выходными клеммами блока согласования отсчетов, а входы сумматора соединены с входными клеммами блока согласования отсчетов.

Источники информации, принятые во .внимание при экспертизе

1. Гитис Э. И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М., Госэнергоиздат, 1961, с. 288.

2. Патент США № 2966671, кл. 340-347, опублик. 1962.

3. Авторское свидетельство СССР № 150773, кл. G 08 С 9/06, 1962.

4. Патент США № 3020534, кл. 340-347, 1962 (прототип).

959122

Составитель И. Назцркина

Редактор А. Гулько Техред И. Верес Корректор Л. Бокшан

Заказ 6798/68 Тираж 642 Поднисное

ВНИИ ПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, r. Ужгород, ул. Проектная, 4