УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 1994 года по МПК G06K11/06 H01L41/08 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию.

Известно устройство для измерения координат графических изображений [1] , содержащее пьезоэлектрический планшет - квадратную пьезоэлектрическую пластину с возбудителями волн, расположенными на двух взаимно перпендикулярных сторонах планшета. Эти возбудители попеременно возбуждают в теле пьезопластины ультразвуковые бегущие волны. Щуп, установленный оператором в точку сканирования, фиксирует время прихода переднего фронта этих волн. Данная информация вместе с информацией о моменте возбуждения этих волн используется для определения координат точки сканирования.

Недостатками этого устройства являются ограниченные размеры планшета, определяемые технологией производства пьезокерамических материалов, а также низкая точность при статических и динамических измерениях, вызванная неинвариантностью выходного сигнала щупа и низкой частотой переключения координатных излучателей.

Известно также устройство для считывания графической информации [2], содержащее планшет, пьезоэлектрические излучатели, установленные по двум взаимно перпендикулярным сторонам планшета, пьезоэлектрический приемник, блоки формирования строб-импульсов, временных координатных интервалов, сигналов разрешения, элементы И и генератор импульсов. Передний фронт временного координатного интервала формируется импульсом запуска в момент возбуждения волн, а задний - импульсом в момент фиксации этих волн.

Недостатком данного устройства является сравнительно невысокая точность при статических и динамических измерениях, вызванные последовательным во времени процессом измерения координат одной точки и неинвариантностью амплитуды первой полуволны выходного сигнала щупа, зависящей от дестабилизирующих факторов, например от усилия прижатия щупа к поверхности планшета.

Наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковой координатометр [3] , содержащий планшет с установленными на его перпендикулярных сторонах основными и дополнительными пьезлектрическими пластинами, генератор импульсов, два выхода которого соединены с соответствующими основными пластинами, пьезоэлектрический приемник и блок формирования временных интервалов, причем выход пьезоприемника и остальные два выхода генератора импульсов подключены к входам этого блока.

Недостатком данного устройства является следующее. Волны, возбуждаемые в планшете, представляют собой сумму бесконечного числа нормальных волн (симметричных и несимметричных), образующих продольные и сдвиговые волны с разными фазовыми скоростями (см. Михер Т., Мейсцер А. Волноводные распространения в протяженных цилиндрах и пластинках. - в кн.: Физическая акустика) под ред. У. Мейзона, Т./А). Поэтому в точке расположения дополнительной пьезопластины возникает сложная интерференционная картина и наблюдается сильное искажение формы и фазы колебаний, причем первые несколько полуволн (до момента прихода сдвиговой волны) имеют малую амплитуду и синусоидальную форму, а последующие - большую амплитуду и искаженную форму. Вследствие этого при подаче напряжения на дополнительные пьезопластины происходит лишь частичное демпфирование продольной волны в точке, а начиная с момента прихода сдвиговой волны, колебания практически не демпфируются, так как невозможно получить такие амплитуду и фазу сигнала, которые бы полностью демпфировали все составляющие ультразвуковые поля в планшете. Так как амплитуда искаженных колебаний больше амплитуды продольной волны, то время затухания волн в планшете уменьшается незначительно, и, как следствие, частота переключения также увеличивается незначительно. Поэтому точность при динамических измерениях также увеличивается незначительно.

Предлагается устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с установленными на его перпендикулярных сторонах основными и дополнительными пьезоэлектрическими пластинами, генератор импульсов, два выхода которого соединены с соответствующими основными пьезоэлектрическими пластинами и через аналоговые инверторы с соответствующими дополнительными пьезоэлектрическими пластинами, съемник координат с пьезоэлектрическим приемником, выход которого подключен к первому входу блока формирования временных интервалов, второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, при этом основные и дополнительные пьезоэлектрические пластины установлены попарно параллельно одна другой на соответствующих сторонах планшета при расстоянии между ними, равном длине волны излучения от основных пьезоэлектрических пластин.

Сопоставительный анализ показывает, что предлагаемое устройство от прототипа отличается новыми элементами и связями. Поэтому заявленное устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для считывания графической информации; на фиг. 2 приведены характеристики излучаемых волн.

Устройство содержит планшет звукопровод 1, две основные 2 и две дополнительные 3 пьезоэлектрические пластины, пьезоэлектрический приемник 4, генератор 5 импульсов, два аналоговых инвертора 6, 7, блок 8 формирования временных интервалов, причем два выхода генератора импульсов соединены с основными пластинами непосредственно, а с дополнительными через инверторы 6 и 7, а также с входами блока 8 формирования временных интервалов, пьезоэлектрический приемник 4 тоже подключен к блоку 8.

Устройство работает следующим образом (рассмотрим измерение координаты, например, Х). Генератор 5 импульсов через второй выход возбуждает основную пьезоэлектрическую пластину 2 для координаты Х и через инвертор 6 дополнительную пьезоэлектрическую пластину 3. После сложения обоих колебаний, имеющих одинаковую амплитуду, но сдвинутых относительно друг друга на период, ультразвуковая волна, распространяющаяся в планшете, представляет собой один период синусоиды. Момент прихода этой волны в точку, где установлен пьезоэлектрический приемник 4, фиксируется с помощью блока 8 формирования временных интервалов. При этом на выходах координатных триггеров (не показаны) блока 8 формирования временных интервалов формируются временной интервал
Т = T = , , где с - фазовая скорость распространения волн в планшете;
Х - координата исследуемой точки.

Аналогично происходит измерение координаты Y. При этом используется инвертор 7.

Доказательство повышения статической и динамической точности. Расположение дополнительных пьезоизлучателей на расстоянии, равном длине волны, от основных позволяет демпфировать волны в планшете в процессе из зарождения с помощью одного и того же генератора, и при измерениях в последующем используется только один период волны - синусоиды, распространяемой в планшете. Амплитуда этой волны на много меньше амплитуды сдвиговых волн, распространяемых в планшете прототипа, которые полностью не демпфируются в нем, поэтому ее затухание происходит на порядок быстрее. Этим достигается значительное повышение быстродействия устройства и, следовательно, значительное снижение динамической погрешности.

Таким образом, по сравнению с базовым объектом в предлагаемом устройстве обеспечивается значительное повышение статической и динамической точности.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах, кодирующих графическую информацию. Повышение статической и динамической точности устройства достигается установлением основных и дополнительных пьезоэлектрических пластин попарно параллельно друг другу с расстоянием, равным длине волны излучений. 2 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее планшет с установленными на его перпендикулярных сторонах основными и дополнительными пьезоэлектрическими пластинами, генератор импульсов, два выхода которого соединены с соответствующими основными пьезоэлектрическими пластинами и через аналоговые инверторы - с соответствующими дополнительными пьезоэлектрическими пластинами, съемник координат с пьезоэлектрическим приемником, выход которого подключен к первому входу блока формирования временных интервалов, второй и третий входы которого соединены с соответствующими выходами генератора импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, основные и дополнительные пьезоэлектрические пластины установлены попарно, параллельно одна другой на соответствующих сторонах планшета при расстоянии между ними, равном длине волны излучения от основных пьезоэлектрических пластин.