Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код Советский патент 1983 года по МПК G08C9/06 

1 Изобретение относится к автоматике и вычислительной .ехнике и может быть использовано, в частности, в фотоэлектрических преобразователях угловых и линейных перемещений. Известен преобразователь перемещений 8 код, содержащий шкалу, образо ванную кодовыми дорожками с равномерно нанесенными метка 1, и установленные против соответствующих ко довых дорожек группы чувствительных элементов, выходы которых подключены к схеме обработки сигналов . Недостатком данногЬ преобразовате ля является низкая разрешающая способность, обусловленная большими размерами чувствительных элементов. Известен также преобразователь перемещений в код, содержащий расположенные последовательно источник из лучения, перемещающуюся квантованную шкалу, щелевую диафрагму и чувствительные элементы, выходы которых под ключены к входам усилителей блока преобразования, причем расстояние между щелями диафрагмы равно нечетному числу участков квантованной шкалы . Недостатком данного преобразователя является низкая разрешающая спо собность и сложность вследствие необходимости изготовления квантованно шкалы с точностными параметрами, ограниченными возможностями технологии Наиболее близким к изобретению по технической сущности является фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий последовательно расположенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под углом -- К штриху измерительной линей ки ГЗ , Недостатком известного преобразователя является низкая разрешающая способность, ограниченная количество фоточувствительных элементов в столб це фотоприемной матрицы. Целью изобретения является повышение разрешающей способности прёобразователя. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь, содержащий по следовательно расположенные источник света, фокусирующую линзу, измерительную линейку со штрихом и фотоприемную матрицу, расположенную под 11 углом о -i к ;j к штриху измерительной линейки, введены генератор импульсов, счетчик, элемент ИЛИ-НЕ, дешифратор опроса строк матрицы, формирователи импульсов, параллельный регистр, дешифратор комбинаций, блок преобразования комбинационного кода в двоичный код, элемент задержки, регистр точного отсчета и регистр грубого отсчета, выход генератора импульсов соединен с входом счётчика, п разрядов которого соединены с п входами регистра грубого отсчета, п входами дешифратора опроса строк матрицы и п входами элемента ИЛИ-НЕ, а (п+1) разряд счетчика соединен с входом управления дешифратора опроса строк матрицы и (п+1) входом элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с входом синхронизации регистра точного отсчета, с входом элемента задержки и входом стирания информации фотоприемной матрицы, адресные входы строк которой соединены с 2 выходами дешифратора опроса строк матрицы, а выходы столбцов фотоприемной матрицы соединены с формирователями импульсов, выходы которых соединены с входами параллельного регистра, выходы которого соединены с входами дешифратора комбинаций, выходы которого соединены с входами блока преобразования комбинационного кода в двоичный код, выходы которого соединены с входами регистра точного отсчета, выход элемента задержки соединен с входом обнуления параллельного регистра, выход первого формирователя импульсов соединен с входом синхронизации регистра грубого отсчета. На фиг. 1 изображена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 блок обработки информации; на фиг.З принцип образования базовых комбинаций. Предложенный преобразователь содержит фиг 1} расположенные последовательно источник 1 света, фокусирующую линзу 2, измерительную линейку 3 со щелью 4 и установленную в направляющих 5 фотоприемную матрицу 6, подключенную к блоку 7 обработки информации. Матрица развернута относительно щели измерительной линейки 3. на угол 0.:а;. Блок 7 обработки информации(фиг.2) содержит генератор 9 импульсов, выход которого подключен к входу счетмика 9, п разрядов которого подсоеди нены к п входам регистра 10 грубого отсчета, п входам дешифратора 11 опроса строк матрицы и п-входам логического элемента ИЛИ-НЕ 12, а (п+1) разряд счетчика 9 соединен с входом управления дешифратора 11 опроса строк матрицы 6 и (п+1) входом элеме та ИЛИ-НЕ 12, выход которого подсоединен к входу синхронизации регистра J3 точного отсчета, к входу элемента 1 задержки и входу стирания информации фотоприемной матрицы 6, адресные входы строк которой подсоединены к выходам дешифратора 11 оп роса строк фотоприемной матрицы 6, а выходы столбцов фотоприемной матри цы 6 гюдсоединены к формирователям 1 импульсов, выходы которых подсоединены к входам параллельного регистра 16, выходы которого подсоединены к входам дешифратор 1 комбинаций, выходы которого подсоединены к входам блока 18 преобразования комбинационного кода в двоичный код, выходы которого подсоединены к входам регистра 13 точного отсчета, причем выход элемента 1 задержки соединен с входом обнуления параллельного регистра 16, а выход первого формирователя 15 импульсов соединен с входо синхронизации регистра 10 грубого отсчета. На фиг. 3 показана фотопри&мная матрица 6 с чувствительными элементами 19. Преобразователь перемещений в код работает следующим образом. Параллельный световой пучок, формируемый линзой 2, проходя через Iл Wо щель ч измерительной линейки 3, перемещающейся в направляющих 5, образует на поверхности фотоприемной матрицы 6 перемещающуюся световую полосу, которая засвечивает некоторые чувствительные элементы 19 матрицы 6. Принцип получения зарветки опре-деленных чувствительных элементов 19 матрицы 6 представлен на фиг. 3, где показана перемещающаяся в направляющих 5 измерительная линейка 3 со щелью А и расположенная за индикатор ной линейкой 3 фотоприемная матрица с чувствительными элементами 19. Щел k измерительной линейки 3 расположен перпендикулярно направлению перемеще ния измерительной линейки 3. Фотоприемная матрица 6 повернута относиельно щели k измерительной линейки 3 ак, что элементы 19 ряДа матриц) 6 бразуют со щелью t угол . а счет этого световая полоса засвечивает чувствительные э тементы 19 матрицы 6 неодинаково. Одни чувствительные элементы 19 засвечены полностью, .другие частично, а третьи совсем не засвечены. В соответствии с этим уровень аналогового сигнала будет с разных чувствительных элементов 19 различным. Если этот сигнал подать на формирователи 15 импульсов,, например компараторы (фиг. 2), срабатывающие при определенном уровне сигнала, то при превышении сигналом установленного уровня срабатывания формирователя 15, т.е. при площади засветки чувствительного элемента 19 больше заданной, на выходе формирователя 15 будет значение 1. Если же уровень аналогового сигнала меньше, т.е. площадь засветки чувствительного элемента 19 меньше заданной, то на выходе формирователя 15 будет значениеПри движении светрвой полосы площадь засветки одних чувствительных элементов 19 постепенно уменьшается, а других - увеличивается, в соответствий с этим изменяются значения на выходах формирователей 15 импульсов (компараторов). В зависимости от величины перемещения световой полосы, на выходах будут различные комбинаци нулей и единиц. На расстоянии, равном периоду регулярной матрицы 6, т.е. на расстоянии между началом одной строки матри-. цы до начала следущей строки матрицы получается определенная последовательность комбинаций, повторяющихся cooteeTCTBeHHO на каждом периоде матрицы. Назовем эти комбинации €азовыг;;и комбинациями для данного угла разворота матрицы 6 относительно щели Ц измерительной линейки 3. Блок 7 обработки информации(фиг.2) работает следующим образом. Генератор 8 импульсов выдает импульсы тактовой частоты на вход счетчика 9 на выходах которого получается .(п+1) разрядный двоичный код, который поступает на вход элемента ИЛИ-НЕ 12. При информации 000,..,,00 на входах элемента ИЛИ-НЕ 12 он вы- дает единичный импульс, который поступает на вход стирания информации фотоприемной матриц , т.е. матриц 6 подготовлена для записи оптической информации. В течение времени записи информации , равном време ни между 000,...,00 комбинацией на выходах счетчика 9 и 000,...,01 ком бинацией двоичного кода на выходах счетчика 9, происходит запись оптической информации на матрицу 6. С наступлением на выходах счетчика 9 комбинации 000,...,01 единица старшего разряда поступает на вход упра ления дешифратора 11 «опроса строк мат рицы 6 и разрешает его работу. В те чение времени считывания информации Tf( с фотоприемной матрицы 6, равном времени между 000,...,01 и 111,...,11 комбинациями на выходах счетчика 9 дешифратор 11 опроса строк матрицы 6 вырабатывает 2 импульсов, поступающих последовательно на входы строк фотоприемной матрицы Информация с 2 выходов столбцов фотоприемной матрицы 6 поступает на 2 формирователя 15 импульсов, срабатывающих по определенном уровню аналогового сигнала, Если площадь засветки чувствительного элемента 19 больше заданной, то на выходе форми.рователя 15 импульсов будет значение 1. Если же площадь засветки мень ше заданной, то на выходе формирователя 15 импульсов будет значение 0. Информация с выходов формирователей 15 импульсов записывается в па раллельный регистр 16. Одновременно с появлением 1 на выходе формирователя 15 импульсов первого стобца про исходит запись в регистр 10 грубого отсчета. Единица с выхода формирователя 15 импульсов поступает на вход синхронизации регистра 10 грубо го отсчета и происходит запись двоичного кода номера опрашиваемой в данный момент строки фотоприемной ч матрицы 6. С выходов параллельного регистра 16 информация поступает на дешифратор 17 комбинаций, который определяет номер базовой комбинации. Далее номер базовой комбинации преобразуется в двоичный код в блоке 18. С наступлением комбинации 000....00 на выходах счетчика 9 элемент ИЛИ-НЕ 12 вырабатывает импульс, который поступает на вход синхронизации регистра 13 точного отсчета и происходит запись |1 воичного кода нр116мера базовой комбинации. Одновременно импульс с выхода элемента ИЛИ-НЕ 12 поступает на вход стирания информации фотоприемной матрицы 6 и :На вход элемента задержки, с выхода которого через время t зажержки импульс поступает на обнуление параллельного регистра 16. Далее работа схемы повторяется. Разрешающая способность Л преобразователя определяется следующей формулой 21 где Т период фотоприемной матрицы по строкам; п - количество стобцов фотоприемной матрицы. Ширина Н щели измерительной линейки 3 определяется формулой Н у Т. cos ot , где об - угол разворота фотоприемной матрицы относительно щели. Угол oi разворота фотоприемной матрицы 6 определяется формулой ОС arctg() где а - размер фоточувствительного элемента по вертикали; b - размер фоточувствительного элемента по горизонтали; п - количество стобцов фотоприемной матрицы; 9 период фотоприемной матрицы по столбцам. L (а-тД) : О, где m 1,2,3,,..,2п - целые числа; L - минимальная положительная разность между величиной а и максимально возможной величиной, кратной разрешающей способности Д . В качестве примера приведен расет для фотоприемной матрицы 6100 МОО, имеющей следующие параметры: 50 мкм - период матрицы; а в kO мкм - размер фоточувствиельной ячейки; п 100 - количество толбцов матрицы. Тогда разрешающая пособность Л будет равна - ° 0,25 (мкм). 2-100 Угол разворота матрицы 6 относиельно щели измерительной линейки удет равен

((l)

ifO

arctg 0,008

arctg

99-.50+«0

. где L e mln(a-mA) 0 при m 160.

10373118

Таким образом, в предложенном фо тоэлектрическом преобразователе перемещений в код разрешающая способiноеть в несколько раз аьпие, чем мини5 мальные размеры чувствительных элементов фотоприемной матрицы. Этим и определяется технико-эконо мческий эффект от его использования.

cpwe.l

Iff t

/Д ;

0t/ 2

|х

.З