Устройство для выборки и интерполяции на несущей частоте Советский патент 1984 года по МПК G01B21/00 

Изобретение касается устройства для выборки и интерполяции на несущей частоте информации о путях и углах поворота для фотоэлектрических измерительных систем, работающих по методу проходящего и отраженного света, в особенности для измерительных приборов и станков.

Для повышения разрешакицей способности фотоэлектрических методов и устройств измерения путей и углов поворота применяются, например интерполяторы, работающие на прин ципе среза амплитуды первичного сигнала измерительной головки системы,

Период первичных сигналов разбивается либо прецизионным триггером, либо высокочастотным делителем напряжения с последующим наложением соответствующих функций (DE-AS 1498137) .

Подобная интерполяция обуславливает при повышении Интерполяцион. ного множителя усложнение настройки электронных схемных элементов. Кроме того, с учетом цифрового умножения достигается интерполяционный, множитель, равный примерно 40-80. С увеличением интерполяционного множителя возрастают схематические затраты для интерполятора и повышаются требования к первичным сигналам измерительной головки в отношении их формы, ста-Зильности амплитуды, фазового угла и постоянной составляющей..

В ДД-PS 128338 описывается фаэоциклический, основанный на несущей частоте, способ интерполяции, и устройство для определения измеряемой величины для фотоэлектрических систем измерения пути и угла поворота. При этом квазисинусоидальные сигналы в первом кансше оцениВёцотся в момент прохождения иуля, а во втором - оценивается значение фазы сигнала в данный момент, между двумя точками прохождения нуля. Грубые информационные вел гчины. первого канала оценки и точные ин- формациониые величины второго кана- ла оценки обрабатываются совместно в каскеще оценки информации. Таким образом, создаются условия для модуляции несущего сигнала соответствующим первичньш сигналом измерительной головки не в измерительной головке, а в специальной следяцей схеме. Это устройство применено для фотоэлектрических измерительных систем, у которых , например, функции пути и угла получаются с помощью проектирующей промежуточной ОПТИКИ для образования муара, и ко всем фотоприемннкам относится одшн немодулированный общий источник света.

. Целью изобретения является устранение недостатков уровня техники и уменьшение технических затрат для измерительных фотоэлектрических систем высокой разрешающей способности.

В основу изобретения поставлена задача создания устройства для выборки и интерполяции на несущей частоте для измерительных систем, которое должно обладать большим интерполяционным множителем.

Согласно изобретению эта задача в устройстве для выборки и интер поляции на несущей частоте информации о пути и угле поворота объекта, состоящем из осветителя, расположенных последовательно по ходу светового луча подвижного растрового экрана, неподвижного растрового экрана, содержащего четыре штриховых поля. Сдвинутых по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К, и фотоэлектрической воспринимающей головки, соетоящей из четырех фотоприемииков, блока обработки сигналов, содержащего каналы грубого и точного отсчета, решается тем, что оно снабжено управляемым блоком ортогойалыш сигналов, содержащим генератор импульсов и соединенным с осветителем а канал точного отсчета блока обработки сигналов выполнен в виде разностных операционных усилителей, включенных после фотоприемников, избирательных фильтров и соединенных последовательно суммирукицего усилителя, аналого-цифрового преоб- . разователя и блока оценки фазы, соединенного с генератором импульсов управляемого блока ортогональных сигналов.

При этом преимуществом является то, что осветитель включает в себя не менее двух модулируекодх светодиодов.

Изобретение создает возможность получения высокой разрешающей способности на основе большого интерполяционного множителя (100) и, тем самым, разбиения грубого интервала.

Исключением промежуточной оптики между растровым экраном и измерителной головкой, а также незначительными схемными затратами. Получается простая конструкцня устройства.

На чертеже представлен пример схемного решения устройства.

Устройство для выборки и интерполяции на несущей частоте представляет собой фoтoэлeктpнv lcкyю измерительную систему высокой разрешающей способности и состоит из осветителя 1, подвижного растрового экрана 2 и фотоэлектрической воспринимащей головки 3. За воспринимающей головкой 3 установлен блок обработки сигнёшов. Осветитель 1 состоит из двух светодиодов 3 и 4 для освещения растрового экрана 2, .которые управляются снимаемьлми с управляемого блока ортогональных сигналов (с генератором 5) сигналами sin LO t и

cos U; gt.

Здесь ш - круговая частота сигнала;

S круговая частота сигнала о пути или угле поворота объекта.

За четырьмя сдвинутыми по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К растрового экрана 2 штриховыми полями неподвижного растрового экрану 6 размешены четыре фотоприемника 7-10, за котог рыми вк;шчены образующие разностный сигнал операционные усилители 11 и 12 и избирательные фильтры 13 и 1 для образования амплитудно-модулированных сигналов sinu/ t costDgt и slnWgt costo t.

Суммирующий усилитель 15 предназначеи для образования суммарной функции sin ( . Для получения сигнала информации о пути и угле поворота объекта, пропорщюнального абсолютному значению фазы, путем сравнения преобразованной в цифровую форму суммарной функции sin х xfWy+u t с функцией несущей sin за суммирующим усилителем 15 включается аналого-цифровой преобразователь 16 и цифровой блок 17 оценки фазы.

Устройство работает следующим образом.

Четьфе фотоприемника 7-10, установленные соответственно за четырьмя сдвинутыми по отношению одно к другому на К/4 штриховыми полями подвижного растрового экрана 6, получают сигналы информации о пути и угле поворота.

При этом фотопрнемники 7 и 8 освещаются светодиодрм 3, а фотоприемники 9 и 10 - светодиодом 4. От высокочастотного генёратрра 5, частота f которого выбирается соответственно разрешающей способноетн для измеряемой величины в канале точного отсчета, через цифровые делтели 18 и 19 частоты и через фильтры 20 и 21 Образуются сигналы sincUft и cosiuyt, по которым управля ются светодиоды 3 и 4. Фотоприемники 7-10 вьфабатывают переменные фототоки, которые определяются наложением высокочастотного светового сигнала осветителя 1 соответствую щей частоты f и низкочастотной составляющей соответствующей частоты fg, которая является результатом движения растрового экрана 2 по от шению к растровому экрану 6.

Между штриховыми полями, лежащими напротив фотоприемников 7 и 8, и штриховьши полями, лежащими напротив фотоприемников 9 и10 имеет ся геометрическое смещение на шаг растра, равное К/2. Поэтому это сме щение между фотоприемниками 7,9 и 8, 10 составляет К/4,

В к аждом из этих фотоприемников возникает нелинейный искаженный сигнал, состоящий из постоянной составляющей (составляющих несущей и низкой частоты), а также из их высших гармоник и произведения . «cos Wgt. или siniUgt-cos.. После отстройки сигналов фотоприемников 7 и 10 и сигнала постоянной составляющей посредством последующего образования сигналов пар фотоприемников 7 и- 8 или 9 и 10 в операционны усилителях 11 и 12 и избирательной фильтрации в избирательных фильтрах 13 и 14 вьщеляются амплитудномодулированные функции sinw coswg и л н S in u)gt; cos .

Эти два амплитудно-модулированных сигнала подаются на су лмирующий усилитель 15, где и образуется суммарная функция sin {Шу+ш) t.

Член tOgt пропорционален пути, пройденному растровым экраном 2. Ваношого-цифровом преобразователе 16 суммарный сигнал преобразуется- в цифровую форму и в блоке 17 оценки ; фазы сравнивается с преобразованньам в цифровую форму сигналом sinuj t, а в счетчике 22 рассчитывается в цифровой форме фазовое пространство согласно требуемой разрушающей способности.,

Получение точных величин в течение одного интерполяционного периода производится в канале точного отсчета посредством цифрового измерения абсолютной величины Фазы. Каждому мгновенному значению функции пути sinujgt или cosuigt соответствует определенное значение фазы, которое воспроизводимо независимо от помех в течение интерполяционного периода.

Грубые величины (интерполяционны периоды) в соответствии с sinwgt или созюД. получаются в блоке 23 из смеси частот наложенных сигналов посредством фильтрации или .демодуляци и после обработки и преобразования в цифровую форму в канале грубого отсчета подаются в счетчик 22 для связи с точными величинами.

Можно предусмотреть также в ос-; ветителе 1четыре модулированных светодиода, причем по два из зтих светодиодов модулируются одинаковыми сигналами или. cosuj t.

Кроме того, можно разместить напротив фотоприемников 7-10 растровый экран,с постоянной К и разместить его со сдвигом К/4 по отношению к растровому экрану 2 для получания в воспринимающей головке четырех сдвинутых на 90 о сигналов, причем К представляет собой постоянную решетки растрового экрана 2.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРКИ И ИНТЕРПОЛЙЦИИ НА НЕСУЩЕЙ ЧАСТОТЕ ийформации о путь и угле поворота объекта, состоящее из осветителя, расположенных последовательно по ходу светового луча подвижного растрового экрана, неподвижного растрового экрана, содержащего четыре йггрнховых поля, сдвинутых по отношению одно к другому на четверть постоянной решетки К, и фотоэлектрической воспринимающей головки, состоящей из четырех фотоприемников. блока обработки сигналов, содержащего каналы грубого и точного отсчета, отличающееся тем, что оно снабжено управляемым блоком ортогональных сигналов, содержащим генератор 5 импульсов и соединенным с осветителем 1, а канал точного отсчета блока обработки сигналов выполнен в виде разностных операционных усилителей 11 и 12, включенных после фотоприемников 7-10 избирательных фильтров 13 и 14 и соединенных последовательно суммирующего усилителя 15, аналого-цифрового преобразователя 16 и блока 17 оценки фазы, соединенного с генератором 5 импульсов управляемого блока орто- {g гональных сигналов. . 2. Устройство ПОП.1, ОТЛИ- 1/1 чающееся тем, что осветитель 1 включает в себя не менее двух модулируемых светодиодов. О 9д СП э: эо ч