Устройство для считывания графической информации Советский патент 1984 года по МПК G06K11/06 

1 Изобретение относится к автомати ке и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и ввода информации в ЭВМ. Известно устройство для считывания графической информации, содержа щее планшет с системами ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соеди ненных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатораi блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит первый и второй счетчики, одни из входов первых счет чиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискриминаторов, входы сумматора соединены с сие темами ортогональных токопроводящих шин, съемник координат, подключенный к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго счетчиков блоков формирования кодов координат 1}. Недостатком устройства является То, что считывание координат осуществляется однозначно лишь в пределах одного периода опорной частоты, отрыв, съемника координат от поверхности планшета и перенесение его в другую точку приводит к потере абсолютного значения координат, т.е. к ошиб ке измерения, равной целому числу периодов измерительной частоты. I Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для считывания графической информации содержащее планшет с системами взаим но ортогональных токопроводящих шин индуктивно связанных с катзтиками съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит время-импульсный преобразователь, первый и второй счетчики и элементы И, выходы которых подключены к счетным входам вторых счетчиков, а входы к выходам время-импульсных преобразователей, первых и вторых счетчиков и к выходам ампли92тудных преобразователей блоков формирования сигналов рассогласования фаз, две индуктивно-емкостные линии задержки, соединенные с соответств.ующей системой токопроводящих шин и со входами блока управления, выходы которого подключены соответственно к катушкам съемника координат, входам время-импульсных преобразователей и установочным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат С 23. Недостатком известного устройства является сложность, обусловленная необходимостью изготовления в планшете по каждой координате двух систем токопроводящих шин. Целью изобретения является упрощение устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушками съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит время-импульсный преобразователь, первый и второй счетчики и элементы И, выходы которых подключены к счетным входам вторых счетчиков, а входы к выходам время-импульсных преобразователей , первых и вторых счетчиков и к выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналов рассогласования фаз, две индуктивно-емкостные, линии задержки, соединенные с соответствующей системой токопроводящих шин и со входами блока управления, выходы которого подключены соответственно к катушкам съемника координат, входам времяимпульсных преобразователей и установочным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, содержит четыре фильтра нижних частот, выполненные, например, в виде трансформаторов, первичные обмотки которых соединены с соответствующими индуктивно-емкостными линиями задержки, а вторичные обмотки попарно подключены к входам сумматоров блоков формирования сигналов рассогласования фаз.

На фиг. 1 показана функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг. 3 - ди аграммы, поясняющие процедуру формирования сигнала рассогласования.

В состав устройства (фиг. 1) входят планшет I, с системами 2-3 взаимно ортогональных прямолинейных изолированных друг от друга токопроводящих шин, две пары 4 и 5 трансформаторов низкочастотньк фильтров, съемник 6 координат с катушками 7 и 8 индуктивности, установленными соосно и индуктивно связанными с шинами планшета, первый 9 и второй 10 блоки формирования сигналов рассоНласования (сдвига фаз), каждый из которых, содержит последовательно соединенные сумматор 11, полосовой фильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13, первый 1А и второй 15 блоки формирования кодов координат, включающие в себя первый счетчик 16 для определения сдвига фаз между опорным сигналом и сигналом рассогласования (счетчик точного отсчета), второй счетчик 17 числа периодов для определения номера рамки, в которой расположен центр съемника координат (счетчик грубого отсчета), время-импульсный преобразователь 18 на основе последовательно соединенных триггера 19 и элемента И 20, элементы И И 21 для коррекции кодов координат счетчика грубого отсчета, блок 22 управления, содержащий генератор 23 счетных импульсов, делитель 24 частоты, усилители 25-28 и элемент 29 задержки.

На планшете 1 пунктиром ограничена рабочая зона 30 поля считывания, которой проводники двух групп шин уложены в виде координатной сетки. Казвдая из систем шин 2 и 3 состоит из синусной и косинусной обмоток (рамок), уложенных в плоскости планшета со сдвигом на четверть полного периода рамки. Эти шины индуктивно связаны с катушкой 7 и образуют с ней фазовращатель. Выходы шин соединены с соответствующими парами А и 5 трансформаторов, подключенных к суммирующим и дифференцирующим входам сумматора 11 первого 9 и второго 10 блоков формирования сигналов сдвига фаз. Катушка 7 съемника координат через усилитель 27 соединена с выходом делителя 24 частот вход которого соединен с выходом генератора 23, а разрядные выходы - с входами счетчиков 16. Системы шин 2 и 3 индуктивно связаны с катушкой 8 съемника координат и совместно с цепочками 31 и 32 индуктивностей и группами 33 и 34 емкостей, подключенных к шинам 2 и 3, образуют первую и вторую электрические цепи с распределенными параметрами (индуктивно-емкостные линии задержки), к входам и выходам которых подключены резисторы 35 с номиналом, соответствующим их волновому сопротивлению. Первая и вторая индуктивно-емкостные линии задержки своими выходами соединены через усилители 25 и 26 с входами время-импульсных преобразователей 18, а катушка 8 съемника координат через элемент задержки 29 и усилитель 28 подключена к выходу делителя 24 частоты.

Устройство работает следующим образом.

В момент включения устройства генератор 23 начинает вьфабатывать импульсы, следующие через равные интервалы времени, соответствующие величине дискретности представления измеряемых координат; При поступлении указанных импульсов на вход делителя 24 частоты, последний вырабатывает периодический сигнал, который с помощью усилителя 28, имеющего полосовой фильтр, преобразуется в синусоидальный сигнал электрического тока, который, протекая в катушке 7 съемника координат, возбуждает в зоне пространства с центром в точке считывания переменное электромагнитное поле, изменяющееся во времени по синусоидальному закону. Это поле наводит в проводниках синусных и косинусньпс обмоток сигналы взаимоиндукци 1- и tj низкой частоты.

Первый из этих сигналов подвергается в сумматоре 11 дифференцированию, а затем суммируется с сигналом f-. При этом на выходе сумматора 11 формируется сигнал рассогласования фаз также синусоидальной формы.

С выхода сумматора сигнал проходит через полосовой фильтр 12 на вход амплитудного дискриминатора 13j который в моменты перехода суммарного сигнала через ноль формирует сигнал рассогласования (сдвига фаз), поступающий на счетчик 16 и на входы элемента И 21. Этот сигнал осуществляет перезапись числа, соответствую щего сдвигу фазы сигнала рассогласо вания относительно опорного из дели теля 24 частоты в счетчик 16. В результате в счетчике 16 с высокой точностью фиксируется число, соответствующее этому фазовому сдвигу. Обновление кода в счетчике 16 проис ходит с частотой и синусоидального сигнала (частота порядка 10 кГц). Система грубого отсчета, образованная элементами 2,3,8,21,24-26 и 29 3 устройстве работает следующим образом. По фронту импульса U с выхода делителя 24 частоты триггер 19 и счетчики 17 каналов 14, 15 устанавливаются в исходное состояние. Импульс Oj , задержанный элементом 29 на время г в момент времени t устанавливает триггеры 19 в единично состояние и через усилитель 28 корот кими импульсом (порядка 0,1 мкс) воз буждает катушку 8 индуктивности, которая наводит в системах 2 и 3 шин ЭДС взаимоиндукции. Ток, наводимый в шинах в области съемника кординат, приводит к возникновению электромагнитной волны, которая распространяется от центра съемника координат в направлении координатных осей в обе стороны.,Как только электромагнитная волна достигает конца первой или второй электрической цепи с распреде ленными параметрами, триггер 19 сигналом Ue(U) с выхода соответствующе го усилителя (25 или 26) возвращается в исходное состояние и в счетчике 17 фиксируется код Р(Рч,) (фиг. 2) пропорциональной абсолютной координа те. Исключение влияния абсолютной системы отсчета на точное измерение сдвига фаз счетчиками 16 в устройстве достигнуто за счет использования трансформаторов 4 и 5, играющих роль фильтра нижних частот и узкополосных фильтров 12, настроенных на частоту ои опорного сигнала. Однако на этом не заканчивается формирование координат в блоках 14 и 15 устройства. Записанные в счетчиках 16 и 17 коды далее подвергают- 5S ся сравнительному анализу. Это необходимо для того, чтобы с учетом точного положения съемника в пределах одной из рамок, исправить код грубого отсчета. Как известно преобразование временного интервала в код происходит с неопределенностью, максимальная величина которой равна Л t, гдеat - период следования счетных импульсов. На фиг. 3 зона неопределенности заштрихована. Приведенные диаграммы напряжений Uj , U , U/p, Uff различных частот описывают рамки одним, двумя, .тремя и четырьмя импульсами соответственно. Как видно из диаграмм, с увеличением частоты счетных импульсов зона неопределенности сужается, однако не исчезает. Но это не значит, что для устранения грубого отсчета необходимо и далее увеличивать частоту счетных импульсов. в силу неопределенности времени появления переднего фронта каждого четвертого импульса номер рамки в измерительном цикле может записаться в счетчиках 17 с тгогрешностью в одну единицу счета или в одну четвертую часть периода укладки шин в группах 2 и 3. Исключение этой погрешности достигается следующим образом. Пусть минимальная единица грубого отсчета, вьфаженная в единицах периода укладки рамок, т.е. в единицах фазового рассогласования в основной измерительной системе, равна - , где m - число дискретов, на которое квантуется размер рамки. Это означает, что в результате время-импульсного преобразования времени пробега электромагнитной волной измеряемого расстояния номер рамки записан в счетчик 17 с неопределенностью Ь/т . Тогда, если йэ геренная величина равнаили / , где К 1,1,,.., нельзя однозначно указать, в какой из рамок находится центр съемника координат. Чтобы исключить эту неоднозначность сравниваются величина сигнала Ч рассогласования фаз с кодом счетчика 17 грубого отсчета. Если величина, измеренная счетчиком 17, равна -ii- , ci. величина V значительная (больше -), то номер рамки принимается равным К, если .. меньше - , то номер рамки принимают равным iC - 1; когда же измеренная счетчиком 17 величина равна filJtlL , тогда, если меньше -у- , то номер рамки принимается равным К + 1, а если t больше ,

то номер рамки принимается равньм К (фиг. 3).

Сопоставительный анализ величины фазового рассогласования и времени задержки измерительного сигнала относительно опорного, записанных в виде кодов Б счетчиках 16 и 17 производят элементы И 21, которые на основании анализа этих величин обеспечивают изменение результирующего кода, записанного в счетчике 17, на единицу.

На этом формирование резудьтирующего кода заканчивается.

Использование предлагаемого устройства снижает себестоимость единицы выпускаемой продукции на 25%, поскольку упрощается технология изготовления и конструкция планшета, стоимость которого составляет около 50% стоимости устройства в целом.

.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОР1-1АЦИИ, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушками съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит время-импульсный преобразователь, первый и второй счетчики и элементы И, выходы которых подключены к счетньм входам вторых счетчиков, а входы к выходам время-импульсных преобразователей, первых и вторых счетчиков и к выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналов . рассогласования фаз, две индуктивноемкостные линии задержки, соединенные с соответствующей системой тот копроводящих шин и с входами блока управления, выходы которого подклю- ieны соответственно к катушкам съемника координат, входам время-импульсных преобразователей и установочным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства, оно содержит четыре фильтра нижних частот, выполненные, например, в виде трансформаторов, первичные обмотки которых соединены с соответствующими индуктивно-емкостными линиями задержки, а СО вторичные обмотки попарно подключе0д ны к входам сумматоров блоков форми-. 9) 0 рования сигналов рассогласования фаз. СР

J

т

53L

«S

ftip

S.ь

гшйпайл Г1 л п

Wr

m.-4

И S Ы Щ FU

J