Преобразователь перемещения в код

 

(72) Автор изобретения

A. Д. Бех

Ордена Ленина институт кибернетики AH Ук (71) Заявитель

{"i4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а также к бесконтактным устройствам цифрового кодирования перемещений и может использоваться в системах цифрового управления механическими объектами, po" 5 ботами, координатными столами, координатографами, Известен преобразователь угол-код, содержащий П-образный магнитопровод, состоящий из двух частей, разделенных 10 воздушным зазором и имеющих конусообр; зные концы, кодирующие элементы, выполненные в виде дисков с магнитными вставками и расположенные на входФ ном валу, и магнитный усилитель, кото-15 рый работает по принципу модуляции магнитного потока посредством подвижной кодовой шкалы (1).

Недостатком данного преобразовате",. ля являются низкая разрешающая способ 20 ность и невысокая точность.

Известен также преобразователь угол-код, состоящий из подвижной шка.

2 лы модулирующих элементов,чувствительных элементов, содержащих шины возбуждения, съемные-шины и магнитные сердечники, блока возбуждения чувствительных элементов, к которому -подключены шины возбуждения, усилителя считанных сигналов, соединенного со съемными шинами, блока амплитудного сравнения и выходного регистра, включенных последовательно, и блока управления, соединенного с блоком возбуждения чувствительных элементов, с блоком сравнения и с выходным регистром (2).

Однако. известный преобразователь характеризуется сложностью и нетехнологичност ью конструкции, обусловленных тем, что устройство содержит моточ ные детали, требующие -точной установки, Большие габариты чувствительных элементов не дают возможности уменьшить расстояние между соседними кодами, а нелинейная зависимость амплитуды считанных сигналов от перемещения

3 9667 не позволяет производить амплитудную оценку .перемещения. Этими факторами обусловлена малая разрешающая способность и точность устройства. Скорость движения шкалы модулирующих эле

5 ментов также низкая. Быстродействие преобразователя определяется частотой опроса чувствительных элементов.

В рассматриваемом устройстве она срав нительно невысока вследствие длитель- 10 ных переходных процессов в индуктив ностях с сосредоточенными параметрами.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий шкалу модулирующих элементов, .чувствительные эле20 менты, соединенные с блоком возбужде-, ния чувствит льных элементов и с усилителем считанных сигналов, выход которого соединен с одним входом блока амплитудного сравнения второй вход

1 25 которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, арифметический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преЗ0 образователя, и блок управления, выход которого соединен с управляющими входами блока возбуждения чувствительных элементов, блока амплитудного сравнения, аналого-цифрово35 го преобразователя, арифметического блока и регистра, введен блок мажоритарного сравнения, сигнальный вход которого соединен с выходом блока амплитудного сравнения, управляющий

40 вход - с выходом блока управления и выход - с сигнальным входом арифмети; че с ко го блока, причем шкала модули ру-: ющих элементов выполнена в виде мат--рицы из m строк f столбцов, располо4S женных с шагом 2Л, где Я - ширина модулирующего элемента, выполненного в виде проводящей полоски, а чувствительные элементы образуют матрицу из

rn строк, сдвинутых на, и р столб2.Л

1 цов, расположенных с шагом 2Ъ(— ), где К = О, 1, 2, каждый чувствительР ный элемент. образован двумя парами съемных шин, расположенных вдоль строк з

1 матрицы.в одной плоскости, и шиной возбуждения, которая расположена в параллельной плоскости и на пересе

19 4 чении со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктивно связанные участки, соединенные встреч.но и расположенные на противоположных сторонах осевой линии чувствительного элемента, выходы съемных шин всех чувствительных элементов соединены последовательно.

На фиг. 1 изображен преобраэователь перемещения в код; на фиг. 2график зависимости амплитуд сигналов на шине от перемещения кодовой шкалы.

Он состоит из подвижной шкалы модулирующих элементов 1, каждый из которых выполнен в виде полоски, расположенной в виде матрицы, чувствительных элементов, также расположенных в виде матрицы и образованных шинами возбуждения 2 и съемными шинами 3, блока 4 возбуждения чувствительI ных элементов, подключенного к шинам возбуждения, усилителя 5 считанных сигналов, входы которого соединены со съемными шинами 3, блока 6 амплитудного сравнения (считанных сигналов), блока 7 мажоритарного сравнения, аналого-цифрового преобразователя 0 арифметического блока 9, регистра 10 и блока управления 11, соединенного с управляющими входами всех блоков, кроме усилителя 5.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Подвижная шкала модулирующих элементов l жестко связана с перемещающимся объектом. Она представляет собой матрицу из m строк и 2 столбцов модулирующих элементов, полученных, например, путем фотохимического травления фоль гированного диэлектрика по фотошаблону с размерами элемента по ширине.Л = 0,5 мм по длине 2 мм, располоненных с шагом по строке 2Л = 1 мм и по столбцам 2,5 мм. Над строками матрицы модулирующих элементов расположены чувствительныв элементы в виде матрицы из tn строк и р столбцов, рас-». положенных вдоль строки с шагом 2Л(+

+к ), где К может принимать значения"

О, 1, 2, а сдвиг строк составляет

2Л вЂ” Каждый чувствительный элемент обГПР разован двумя парами съемных шин 3, проходящими вдоль строки матрицы и расположенными в одной плоскости и

У шинои возбуждения 2, которая расположена в параллельной плоскости и на пересечении со съемной шиной 3 имеет идентичные по конфигурации индуктивно свя5 9667 занные участки, включенные встречно и расположенные на противоположной стороне осевой линии.

В момент возбуждения шин 2 импульсом тока, поступающим из блока возбуж-> дения 4, индуцированное в съемной ши,-не 3 напряжение отсутству6т, когда шкала модулируюцих элементов 1 находится в стороне от возбужденного элемента и в случаях расположения равно по 10 оси чувствительного элемента модулирующей полоски или промежутка между полосками. Индуцированный сигнал максимален, если оси полоски и чувствитель"

Х ного элемента сдвинуты на .— . В зави15

1 симости от направления сдвига изменяется полярность сигнала. физическая сущность такой зависимости амплитуды сигналов состоит в том, что в модули- щ рующем элементе, выполненном. в виде проводящей полоски, магнитное поле шины возбуждения 2 индуцирует вихревые токи, которые создают поле противоположного напряжения полю тока возбужден ния. Если параллельные участки шин 2

3 имели взаимную индуктивность И, то при наложении полоски взаимная индуктивность уменьшается до величины с И, где с " - коэффициент ослабления щ взаимной индуктивности в результате уменьшения потокосцепления шин 2 и 3.

Когда модулирующий элемент располагается симметрично относительно оси чувствительного элемента, то сигналы, индуцированные правыми и левыми от1 носИтельно оси участками, вычитаются вследствие их встречного включения и результирующий сигнал на входе усилителя равен нулю. Зависимость амплитуд сигналов на шине 3 от перемещения кодовой шкалы, с которой связана ось х, относительно оси первого чувствительного элемента при последовательном возбуждении чувствительных эле45 ментов показана на фиг. 2. Буквами а, б, в, г, д.обозначены амплитуднометрические характеристики (АИХ) соответствующи чувствительных элементов матрицы.

Предположим, что вначале работы

30 устройства матрица модулирующих элементов находится справа от матрицы считывающих элементов. Опрос чувствительного элемента 1 дает отрицательные считанные сигналы, которые усиливаются усилителем 5 и поступают на вход блока амплитудного сравнения 6, пороговый уровень которого за19 6 дается аналого-цифровым преобразователем 8. Если пороговый уровень равен нулю, то блок амплитудного сравнения 6 выдает сигналы "0", пока кодовая шкала не сместится в область х > 0. Если амплитуда положительных сигналов превышает некоторый уровень, то блок 6 выдает сигнал "1".

Для надежного различения сигналов на уровне нескольких микровольт в схему устройства введен блок мажоритарного сравнения 7. На выходе этого блока появляется уровень "1" только в том случае, если на множестве S опросов блок амплитудного сравнения 6 вы-.

1! н дал не менее чем — "1". 8 противном

I случае блок 7 выдает сигнал "0". Это повышает чувствительность схемы различения сигналов, соизмеримых по амп-литуде с уровнем шумов. Путем подсчета уровней квантования амплитуды считанных сигналов можно определить координату х точки А (фиг. ? ). Однако найденное таким образом расстояние зависит от изменения расстояния между подвижной шкалой и чувствительными элементами вследствие изменения с . Эту зависимость легко исключить путем применения арифметического блока 9, выполняющего вычисения по интерполяционной формуле

U1 Ь

-V, U

П)(- 1 где n„- код перемещения в пределах

1 ), расстояния щр )> д - ка чество уровня квантоваt ния расстояния, равного, ър и„- количество уровней квантования положительного сигнала, соответствующего точке Л; п - количество уровней квантования отрицательного сйгнала, соответствующего точке В.

Результаты расчета поступают в младшие разряды выходного регистра 10.

В старшие разряды регистра заносится ХЛколичество шагов, определяемых, p в блоке управления 11 путем подсчета количества переключений шин возбуждения.

Благодаря широкой полосе пропускания системы шин возбуждения 2 и съема сигналов 3 в устройстве получена высо9667 кая ча стот а опроса чу вст ви тел ьных элементов, что позволяет получить высокую допустимую скорость перемеще-. ния -в режиме измерений, . Предложенный преобразователь пе- 5 ремещений в код допускает полностью микроэлектронное исполнение. Он может работать с разрешающей способностью до 0,1 мкм. При разрешающей способности 32 мкм допустимая скорость перемещения 30 м/с.

Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения обусловлен его техническими особенностями, приведенными выше.

15 формула изобретения

Преобразователь перемещения в код, содержащий шкалу модулирующих 20 элементов, чувгтвительные элементы, соединенные с блоком возбуждения чувствительных элементов и с усилителем считанных сигналов, выход которого соединен с одним входов блока ампли- 25 тудного сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом аналого-циФрового преобразователя, арифметический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, вто Зф рой вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, и блок управления, выход которого соединен с управляющими входами блока возбуждения чувствительнЫх эле- З5 ментов, блока амплитудного сравнения, аналого=цифрового преобразователя, арифметического блока и регистра, отличающийся тем, что, 19

8 с целью повышения разрешающей спс =обности и точности преобразователя, в

1него введен блок мажоритарного сравнения, сигнальный вход которого соединен с выходом блока амплитудного сравнения, управляющий вход - с выходом блока управления и выход — с сигнальным входом арифметического блока, причем шкала модулирующих элементов выполнена в виде матрицы из щ строк 1 столбцов, расположенных с шагом 2Л, где Л - ширина модулирующего элемента, выполненного в виде проводяцей полоски, а чувствительные элементы образуют матрицу из m строк, сдвинутых на, и р столб 2. Л

mp цов, расположенных с шагом 2Л (— ð+ )1 где = О, 1, 2,..., каждый чувствительный элемент образован двумя парами съемных шин, расположенных вдоль строк матрицы в одной плоскости, и шиной возбуждения, которая расположена в параллельной плоскости и на пересечении со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктивно связанные участки, соединенные встречно и расположенные на противоположных сторонах осевой линии чувствительного элемента; выходы съемных шин всех чувствительных элементов соединены последовательно, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1, Авторское свидетельство СССР

No 504223, кл. G 08 C 9/04, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР 580573 .кл. 4 08 С 9/04, 1976 ,(прототип), 966719

Фиг. 2

Составитель Е. Бударина

Редактор К. Волощак TexgegiC. Иигунова " Корректор Г. Решетник

Зака3 7857/й . Тираж 642 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11)ОЯ Москва Ж-)5 Раушская наб. g. 4/g

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4