Устройство для считывания графической информации Советский патент 1984 года по МПК G06K11/00 

Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано для: считывания и ввода в ЭВМ графической информации. Известно устройство для считьтания графической информации, содержа щее планшет с ортогональными систем ми токопроводящих координатных шин, подключенных с одним из выходов источника синусоидальных токов, съемник координат, содержащий индуктивный датчик, соединенный с соответст вующими полосовыми фильтрами, и бло ки определения координат, одни из входов которых подключены к другим выходам источника синусоидальныхси налов, усилители, интеграторы и сум маторы, выходы которых подкхйочены к другим выходам блоков определения к ординат, а входы - соответственно к выходам интеграторов и усилителей, входы которых соединены с выходами полосовых фильтров, а съемник коорди нат- содержит емкостной датчик, под. .ключенный к входам соответствующих .полосовых Фильтров l . Недостатком известного устройства является низкая точность считывания Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с двумя системами координатных влин, каждая из к;оторых выполнена в виде синусной и косинусной петлеобразных обмоток, смещенных одна относительно другой по соответствующей координате на четверть периода укладки координатных шин, последовательно соединён ные генератор импульсов, делитель ча стоты и усилитель, выход, которого по ключей к катушке индуктивности съемника координат, индуктивно связанног с упомянутыми обмотками систем координатных шин, блоки формирования фазомодулированных сигналов, выходы ко торых подключены к входам блоков формирования кодов координат , Недостаток этого устройства состоит в низкой точности считЕлвания, что объясняется существованием взаимной (перекрестной) фазовой модуляции между упомянутыми амплитудномодулированными сигналами по простра ственной частоте (по координате), возникающей при их формировании и приводящей к нелинейности фазы фазомодулированного сигнала. Цель изобретения - повышение точности считывания за счет компенсации взаимной фазовой модулясции упомянутых модулированных сигн;алов Указанная цель достигается тем, что устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с двумя системами координатных щин, каждая из которых выполнена в виде синусной и косинусной петлеобразных обмоток, смещенных одна относительно другой по соответствующей координате на четверть периода уклад- ки координатных шин, последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты и усилитель, выход которого подключен к катушке индуктивности съемника координат, индуктивно связанного с упомянутыми обмотками систем координатных шин, блоки формирования фазомодулированных сигналов, выходы которых подключены к входам блоков формирования кодов координат, содержит блоки компенсации взаимоиндукции синусной и косинусной петлеобразных обмоток систем координатных шин, выполненные, например, в виде двух катушек индуктивности, ода. концы которых прдключены к выходам синусной и косинусной петлеобразных обмоток соответствукядей системы координатных шин, а другие концы - к входам соответствующих блоков формирования фазомодулированных сигналов. На чертеже представлена блок- 5хема устройства. Устройство содержит планшет 1, изготовленный из диэлектрического материала, в тело которого, уложены первая 2 и вторая 3 системы токопроводящих координатных шин, съемник 4 координат, катушка индуктивности которого индуктивно связана с системами 2 и 3 координатных шин, первый 5 и вторрй 6 блоки формирования кодов координат, первый 7 и второй 8 блоки формирования фазомодулированных сигналов , выходами соединенные с входами одноименных блоков.формирования кодов координат, первый 9 и второй 10 блоки компенсации взаимоиндукции синусной и косинусной петлеобразных обмоток систем координатных шин,входы которых соединены с выходами систем координатных шин, а выходы - с входами соответствующих блоков 5 и 6 формирования фазомодулированных сигналов, последовательно соединенные генератор 11 импульсов, делитель 12 частоты, разрядными входами соединенный с другими входами блоков 5 и б формирования кодов координат, и усилитель 13, выход которого соединен с индукционной системой указателя 4 координат. Блоки 5 и б сформирования кодов координат (х и у) идентичны и содержат счетчик 14 для измерения сдвига фаз, счетчик 15 числа пространственных периодов. Разрядные входы счетчика 14 для измерения сдвига фаз соединены с разрядными выходами делителя 12 частоты, в.ход перезаписи - с выходом соответствующего блока 7(8) формирования фазомодулированных сигналов, а два стаЕяпих выходных разряда зтого счетчика - с входами узла 16 управления счетчиком-15 периодов, другой

вход которого соединен с выходом упомянутого блока формирования фазомодулированных сигналов, а выходы подключены к входам сложения и вычитания счетчика 15.

Блоки 7.и 8 формирования фазомодулированных сигналов также идентичны и состоят каждый из последовательно соединенных аналогового сумматора 17, первым входом через фазосдвигающий узел 18, а вторым - непосредственно соединенного с выходами соответствующего блока (9 или 10), а выходом через полосовой фильтр 19 - с входом амплитудного дискриминатора 20,

Узел 16 управления счетчиком числа периодов состоит из триггера 21 и логических элементов И 22 и 23, входы которых соединены с входами и выходами триггера 21 и с выходами двух старших разрядов счетчика 14, а выходы - соответственно с входами сложения и вычитания счетчика 15.

Первый 9 и второй 10 блоки компенсации взаимоиндукции синусной и косинусной петл.образных обмоток состоят из катушек 24 и 25 индуктивности, индуктивно связанных друг с другом. При этом величина взаимной индуктивности катушек 24 и 25 индуктивности выбирается равной по модулю и обратной по знаку величине взаимной индуктивности синусной и косинусной координатных обмоток первой 2 и второй 3 систем координатных .ши.

Система 2 (3) координатных шин состоит из синусной и косинусной петлеобразных обмоток. Синусная обмотка 26 координатных шин связана с на;чалом обмотки катушки 24 индуктивности блока 9, а косинусная обмотка 27 координатных шин - с концом обмотки катуш-1 ки индуктивности 25.

Конец обмотки катушки 24 индуктив.ности через согласующий трансформатор (не показан) и через фазосдвигающий узел 18, а начало обмотки катушки 25 индуктивности через согласующий трансформатор (на схеме также не показан ) подключены к входам аналогового сумматора 17 блока 7(8) формирования фазомодулированных сигналов.

Устройство работает следующим образом.

После установки и закрепления на рабочей поверхности планшета 1 носителя считываемой, графической инфор(Мации включают устройство и устанав(ливают съемник 4 координат в область пересечения линейных зон поля считывания координатной матрицы, примыкающих к границам начала поля считыва ния совпадающих с координатными осями принятой системы координат, В момент включения генератор 11 импульсов формирует последовательность импульсов, при поступлении которых на вход делителя 12 частоты последним формируется периодический сигнал. Этот сигнал с помощью полосового усилителя. 13 преобразуется в синусоидальный сигна электрического тока частоты ( .

Протекая по индукционной системе съемника 4 координат, упомянутый элетрический ток возбуждает, в окрестности точки считывания синусоидальное электромагнитное поле. Это поле наводит в проводниках синусной и косинусной обмоток системы 2 координатных шин планшета 1 первый и второй амплитудно-модулированные сигналы ЭДС взаимоиндукции.

Благодаря выбору геометрических параметров взаимодействукяцих индукционных систем (период d укладки координатных шин синусной и косинусной сеток координатных шин и радиусы индукционных катушек съемника -4 координат) амплитуды амплитудно-модулиро.ванных сигналов представляют собой синусоидальные функции измеряемой координаты: ..

оО О

- X и E cos

Далее рассматривается работа устройства по измерению одной из координат считываемой точки графического изображения, а именно координаты X. Считывание другой координаты выполняе.тся аналогично.

В свою очередь токи первого и второго амплитудно-модулированных сигналов, протекающие соответственно по проводникам синусной и косинусной обмоток систенжл 2 координатных шин, создают вторичные переменные электромагнитные поля. Благодаря существованию электромагнитной связи между синусной и косинусной обмотками названные электромагнитные поля наводят в этих сетках вторичные ЭДС взаимоиндукции. Причем вторичная ЭДС взаимоиндукции, наведенная в синусной обмотке координатных шин, пропорциона)льна току, протекающему по косинусно обмотке. И, напротив, вторичная ЭДС взаикюиндукции, наведенная в косинус|ной обмотке, пропорциональна току, протекающему по синусной обмотке. Одновременно токи первого и второго амплитудно-кюдулированных с.и налов, протекая по проводникам катушек 24 и 25 индуктивности блока 9 компенсации взаимоиндукции обмоток благодаря .наличию индуктивной связи между эти.ми катушками индуктивности, создают в каждой из них соответствукицие дополнительные ЭДС взаимоиндукции.

Коэффициент связи катушек 24 и 25 индуктивности и включение их в схему (встречно) установлены так, что дополнительная ЭДС, наведенная в катушке 24, равна и противоположно направлена дополнительной ЭДС, наведенной в синусной обмотке полем тока косинусной обмотки, а дополнител ная ЭДС, наведенная в катушке 25, равна и противоположно направлена дополнительной ЭДС, навеЗденной в ко синусной обмотке полем тока синусной обмотки. Таким образом, в последова тельных электрических цепях , состоя щих из синусной (косинусной) обмото системы 2, катушек 24(25) индуктивности и нагрузочных элементов (первичные обмотки согласующих трансформаторов), действуют одновременно по три ЭДС ЭДС взаимоиндукции, наведенная полем тока катушке индуктивности съемника 4 координат, JSTOричная ЭДС, наведённая в -синусной (косинурной) обмотке полем тока, про текаклцеТ о по косинусной (синусной) Обмоткам, и дополнительная ЭДС взаимоиндукции, наведенная в катушке 25(25) индуктивности. Последние пары ЭДС (вторичная и дополнительная) имея одинаковую величину и будучи противоположно направленными, вычитаются в блоке 9. В результате на выходах названной схемы фиксируются амплитудные.модулированные сигналы э sin -т- X S i ntjt ;„ cos -j- xsinwt в которых отсутствуют составляннцие ЭДС взаимоиндукции, обусловленные электромагнитной связью между синусной и косинусной сетками системы 2 координатных шин. Поступая на вход канала 7 формирования фазомодулированных сигналов сигнал е., , сдвинутый по- фазе фа сдвигающей схемой 18 на угол , сум мируется сигналом eg . Результирующий фазомодулированный сигнал со строго линейно изменякяцейся фазой (х) f с выхода аналогового сумматора 17 че рез полосовой фильтр 19 поступает на вход амплитудного дискриминатора 20 На выходе амплитудного дискриминатора 20 формируется двухуровневый сигнал (меандр), одноименные фронты йоторого сдвинуты относительно фронтов выходного сигнала делителя 12 частоты на величину фазового сдвига, пропорционального удалению центра съемника 4 координат от оси04 координал нойсистемы. Код фазового сдвига ре гистрируется в счетчике 14 путем перезаписи текущего кода из делителя 12 частоты в этот счетчик стробирующим сигналом, формируемым по переднему фронту двухуровневого сигнала, поступающего на счетчик 14 с выхода амплитудного дискриминатора 20. На этом измерение координат х считываемой точки, если последняя расположена в области пересечения линейных зон поля считывания координатной матрицы,примыкающих к границам начала поля считывания, заканчивается. Для измерения координат произвольной точки графического изображения, находящихся за пределами области пересечения линейных зон поля считывания, примыкающих к границам начала поля считывания, не выключая устройства и не открывая указателя 4 координат от поверхности носителя графической информации, перемещают его в эту точку. В процессе перемещения в сторону увеличения считываемой координаты при прохождении каждой зоны, равной периоду d укладки координатных шин, коды двух старших разрядов счетчика 14 для измерения сдвига фаз ме няют свои значения в следугацей последовательности: 00, 01, 10, 11 и т.д. При этом при переходе от кода 11 в код 00 узлом 16 управления вырабатывается единичный х:игнал, поступающий на суммирующий вход счетчика 15 числа пространственных периодов. В последнем к значению хранящегося там кода добавляется единица. В процессе перемещения съемника 4 координат в сторону уменьшения считываемой координаты значения упомянутого кода-двух старшигГ разрядов счет чика 14 изменяются в обратной последовательности, и при переходе из сдвой зоны в другую (соседнюю) узлом il6 управления вырабатывается единичный сигнал, поступающий на вычитающий вход счетчика 15. Код считываемой координаты (абсолютное значение) составляет код счетчика 14 для измерен-ия сдвига фаз, пропорциональный удалению центра съемника 4 координат от границы начала зоны с точкой считывания, и код счетчика 15 числа пространственных периодов, адекватный номеру зоны с точкой считывания. В результате введения блоков 9 и 10 компенсации взаимоиндукцииусинусной и косинусной петлеобразных обмоток систем координатных шин достигается повьниение точности считывания путем исключения составляющей методической погрешности, связанной с взаимной (перекрестной) фазовой модуляцией амплитудно-модулированных сигналов, участвующих в процессе счи.тывания.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ, содержащее ле;|«шет с вумя системами координатpfcjx шин,каж;цая из котоЕядх ыпблйенав иде синусной и косинусной петле|Образных обмоток, смещенных одна относительно другой по соответству1сщей координате на четверть периода укладки координатных шин, последовательно соединенные генератор импульсов, делитель частоты и. усилитель, выход которого подключен к катушке индуктивности съемника координат, индуктивно связанного с упомянутыми обмотками систем координатных шин, блоки формирования фазомодулированных сигналов, выходы которых подключены к входам блоков формирования кодов координат, Отличающееся тем, что, с целью повышения точности, устройство содержит блоки компенсации взаимоиндукции синусной и косинусной петлеобразных обМоток Систем координатных шин, выполненные, например,в виде двух катушек индуктивности, од- 9 ни концы которых подключены к выходам синусной и косинусной петлеобразных обмоток соответствукядей систетя координатных шин, а другие кон цы - к входам соответствующих блоков формирования фазомодулированных сигналов.