Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскмк

Соцмалмстмческмк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.09.81 (21) 3336491/18-24 (И) М. Кат.з

G 08 С 9/06 с присоединением заявки Но

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет (53) УДК 681. 325 (088.8) Опубликовано 23.01.83.Бюллетень М 3, Дата опубликования описания 23. 01. 83

В.Г. Шульц, И.И. Брейдо и Г.И. Филям ова.:",:", л а Ф(;,. "" л

4, ) . т..

P2) Авторы изобретения

Всесоюзный ордена Трудового Красног научно-исследовательский институ геомеханики и маркшейдерского ела (71) Заявитель (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ.

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к фотоэлектрическим преобразователям перемещений в цифровой код.

Известен преобразователь позиционного типа, в котором отсчет снима- .ется независимо от предыдущих и не участвует в образовании последующих отсчетов.

В этом преобразователе применены два кодированных элемента, связанных .через редуктор, две группы фотоприемников, расположенных у соответствующих кодированных элементов, причем одна группа фотоприемников через блоки формирователей сигналов и входных сигналов подключается к первой группе реверсивных счетчиков, а другая группа фотоприемников подключается к второй группе входов реверсивных счетчиков, выходы которых соединены с первой группой блока выходных ключей. Ь преобразователе применены датчик направления вращения вала, датчик импульсов считывания и логический блок !13.

Недостатком такого преобразователя является его сложность: наличие двух кодированных элементов, связывающего их механического редуктора и сложного логического блока.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь, содержащий источник излучения, оптически соединенный через кодированный элемент с фотоприемниками. Выходы фотоприемников, размещенных на дорожке младшего разряда кодированного элемента, соединены с входами аналого-цифрового преобразователя, включающего схемы управления, интерполятор, триггеры Шмитта, логические схемы, кроме того, фотоприемники в старших разрядах преобразователя освещены через узкую прямоугольную щель диафрагмы, а их выходы подключены к входам логического

20 блока 32

Недостатком известного преобразователя также является его сложность.

Целью изобретения является упрощение преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источник излучения, оптически соединенный через кодированный элемент с фотоприемником, выход которого соединен с входом аналого-цифро991470

Преобразователь работает следующим образом. 35

Для получения цифрового отсчета положения вала в пределах одного оборота световой поток от источника

5 излучения через оптическую систему 3, включающую конденсатор, опти- 40 ческие призмы, объектив, проектируется через фигурную щель 17 диафрагмы 2 на фотоприемник 1. Количество световой энергии, поступающей на фотоприемник 1, изменяется в зави- 45 симости от положения жестко укрепленного на валу кодированного элемента

4. Для получения цифрового отсчета сигнал с выхода фотоприемника 1 подается на вход АЦП 6, с выхода которого информация снимается в двоичном коде. Снимаемая информация пригодна для дальнейшей обработки, например для вывода на систему цифровой индикации показаний накопитебля или ЭВМ. 55

В пределах одного оборота вала сигнал с фотоприемника 1 изменяется от минимума до максимума по закону, определяемому конфигурацией кодового элемента 4, в приведенном случае 60 по закону спирали Архимеда. На выходе АЦП 6 информация при этом изменяется соответственно от О до N в двоичном коде, где N — максимальное значение двоичного числа на б5 вого преобразователя, диафрагму, введены триггеры, элементы И, ИЛИ, реверсивный счетчик и дискриминаторы, выходы первого и второго дискриминаторов соединены с первыми

Входами соответственно первых и вто- 5 рых триггеров и элементов И, выходы элементов И соединены с входами реверсивного счетчика, выходы третьего и четвертого дискриминаторов через элемент HJIH соединены с вторыми 10 входами триrrеров, выход. первоro триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента И, а диафрагма выполнена с фигурной щелью и расположена между кодированным элементом и фотоприемником, На фиг. 1 приведен преобразователь, общий вид; на фиг. 2 — функциональная схема преобразователя; на фиг. 3 — временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 4 - выполнение диаграммы.

Преобразователь содержит фотоприемник 1, диафрагму 2, оптическую 25 систему 3, кодированный элемент 4, источник 5 излучения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, дискриминаторы 7 — 10, элемент ИЛИ 11, триггеры 12 и 13,элементы И 14 и 15 и 1 30 и реверсивный счетчик 16. Кроме того, диафрагма имеет фигурную щель 17. выходе АЦП, определяемое количеством двоичных разрядов на его выходах.

Минимальный отсчет, снимаемый с

AIjII 6, равен О (в двоичном коде 0000).

Максимальный отсчет при полном обороте вала составляет N = 15 (в двоичном коде 1111). Дискриминатор 7 настроен так, что он выдает сигнал при входной комбинации сигнала, равной й, т.е. при значении сигнала 1111 в двоичном коде; дискриминатор 8 при значении сигнала на входе N — 1, т.е.,1110; дискриминатор 9 — при значении сигнала на входе, равном 1, т.е. 0001; дискриминатор 10 — при значении входного сигнала, равном ,О, т.е. в двоичном коде 0000.

При повороте вала преобразователя в направлении возрастания отсчета сигналы на выходе АЦП изменяются в последовательности возрастания отсчета (..., 13, 14, 15, О, 1,...).

Тогда при отсчете и — 1 = 14 с выхода дискриминатора 8 через элемент

ИЛИ 11 на R-входы триггеров 12 и

13 поступает импульс и устанавливает их в положение, когда элементы

И 14 и 15 закрыты. При появлении на выходе AIJII 6 отсчета М = 15 Сигнал от дискриминатора 7 поступает на S-вход триггера 13 и открывает элемент И 15. По приходе отсчета О импульс от дискриминатора 10, пройдя через открытый элемент И 15, поступает на вход "Сложение" реверсивного счетчика 16. При дальнейшем вращении вала в том же направлении при каждом переходе АЦП 6 через отсчет О сигнал от дискриминатора 10 поступает на счетчик 16 и суммируется с имеющимися в нем отсчетами..

При вращении вала преобразователя в обратном направлении последовательность отсчетов на АЦП 6 изменяется в последовательности уменьшения отсчета (..., 1, О, 15, 14, 13, ...). При отсчете на выходе АЦП 6, равном 1, с дискриминатора 9 через элемент ИЛИ 11 на й-входы триггеров

12 и 13 поступает сигнал-импульс и устанавливает их в положение, при котором элемент И 14 и 15 закрыты.

При отсчете О на выходе АЦП 6 сигнал от дискриминатора 10 поступает на S-вход триггера 13 и тем самым открывает элемент И 14. При отсчете N = 15 сигнал с выхода дискриминатора 7 поступает через элемент И

14 на вход "Вычитание" реверсивного счетчика 16 и вычтет из имеющегося в нем отсчета единицу.

Начало и окончание работы преобразователя могут приходиться на такие положения вала, когда отсчет с AIJII 6 не равен О, например в точках A и Б (фиг. 3 ) ..

Тогда в общем виде в дискретной форме полный отсчет угла поворота вала составляет

Ч + ((и - 1 ) к (й+ 1 ) + А+Б 3" п.991470

6 пропорционально ее освещенности.

Этим достигается пропорциональность изменения сигнала на выходе фотоприемника и относительно поворота вала. где п — количество импульсов, поступающих на счетчик 16 от начала до конца поворота валау

A — - отсчет с АЦП в начале от, счета;

Б - отсчет с АЦП в конце отсчета а - масштабный коэффициент, зависящий от числа разрядов

ЛЦП.

Для примера, приведенного на фиг. 3, имеем масштабный коэффициент

22о30

Тогда при вращении вала в направлении возрастания отсчета при A=5, . Б=7, n-=2 имеем

Ч= +((2-1) (15+1)+5+7) 22 30 = 630О т.е. вал повернулся на один полный оборот и на 270

При вращении вала в направлении убывания отсчета имеет прн A = 7, Б=5,я=2 ; Ч = — ((.2-1)х(15+1)+7+5 )„22о30 = -63Ф, т.е. вал повернулся на один полный оборот и на 270

При использовании полупроводникового излучателя освещенность фигурной щели 17 диафрагмы 2 вдоль ее длины не одинаковая, что приводит к нелинейности преобразования. Для компенсации нелинейности выходного сигнала щель 17 выполнена различной по ширине вдоль ее длины, причем ее ширина плавно изменяется обратно

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь !

О перемещения в код, содержащий источ ник излучения, оптически соединенный через кодированный элемент с фотоприемником, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобраf5 зователя, диафрагму, о т л и ч,а ю шийся тем, что, с целью упрощения преобразователя, в него введе ны триггеры, элементы И, ИЛИ, реверсивный. счетчик и дискриминаторы, выходы первого и второго дискриминаторов соединены с первыми входами соответственно первых и вторых тригге ров и элементов И, выходы элементов

И соединены с входами реверсивного счетчика, выходы третьего и четвер-. того дискриминаторов через элемент

- ИЛИ соединены с вторыми входами триггеров, выход первого триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход второго триггера соединен с вторым входом первого элемента И, а диафрагма выполнена с фигурной щелью и расположена между кодированным элементом и фотоприемником.

35.

Источники информадии принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 752431, кл. G 08 С 9/04, 1978 °

2. Вульвет Дж. Датчики в цифро40 вых системах. М., Энергоиздат, 1981 с ° 44 (прототип).

Уфдых

Щах иаВх в

И Ойн ивдх е

013 дух ию axe

ut2 Юм

ИМИ 9

17 г юг. Ф

Составитель Б. Барбараш

Редактор В. Данко Техред О.Неце Корректор М. Шароши.

Заказ 139/69 Тираж 616 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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