Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/22 

00

со г Изобретение относится к измерн тельной технике, в частности к преобразователям перемещения в код, и может быть использовано в автоматических системах управления, а также в вычислительной технике. Известен преобразователь перемещения в код, состоящий из оптически соединенных источника излучения, двух детекторов,/преобразователя, усилителя, подключенного к выходам детекторов, и аналого-цифрового пре образователя 1 . Недостатком этого преобразовател является низкая разрешающая способпость. Это вызвано тем, что информа ция о перемещении извлекается из сравнения двух аналоговых сигналов. При этом па результат измерения неизбежно влияют дестабилизирую цие факторы - изменение температуры окружающей среды, деградация электрон ных компонентов и т.д. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий механически соединенный с объектом переме щения измерительный растр, оптически соединенный с неподвижным источником света, конденсором и блоком фотоприемников, выходы которого под ключены к информационным входам фор мирователя отрчета 2 . Недостатком известного преобразо вателя является низкая разрешающая способность из-за невозможности использования, комбинационных эффектов от измерительного растра. Цель изобретения -увеличение раз решающей способности преобразователя перемещения в код. Поставленная цель достигается те что в преобразователе перемещения в код, содержащем соединенный с объек том перемещения измерительный растр оптически соединенный с неподвижным источником света, конденсором и бло ком фотоприемников, выходы которого подключены .к информационным входам формирователя отсчета, фотоприемники выполнены в виде входящих одна в другую гребенок, причем шаг Т гребенки определяется по формуле T2(l±ll)Tp, где Тр - период измерительного раст ра, а . 332 Блок фотоприемников выполнен из последовательно расположенных фотоприемников, сдвинутых вдоль гребенки один относительно другого на расстояние, равное тагу гребенки. Использование гребенчатой структуры блока фотоприемников позволяет получить оптическое увеличение за счет нониусного съема информации, что приводит к увеличению разрешающей способности. Расположение фотоприемников со сдвигом один относительно другого позволяет смещение оптического сигнала (в данном случае комбинационной |нониусной полосы) в пределах одного фотоприемника разбивать на несколько дискретных значений и, таким образом, улучшить разрешающую способность фотоэлектрического преобразователя перемещения в код. На фиг. 1 представлена принципиальная схема преобразователя; на фиг о 2 - блок фотоприемников; на фиг. 3 - структурная схема формирователя отсчета. Преобразователь перемещения в код содержит источник 1 света, конденсор 2, измерительный растр 3, блок 4фотоприемников, формирователь 5 :отсчетов. Блок 4 фотоприемников вышолнен в виде входящих одна в другую гребенок 6 и 7 (фиг. 2). Шаг гребенок Tj(1+n)Tp где , отличается от шага Тр измерительного растра 3 в пределах 5-15%, Блок 4 фотоприемников выполнен в виде линейки, причем каждый последующий фотоприемник сдвинут относительно предьщущего в направлении перемещения измерительного растра 3 на расстояние, равное шагу гребенки. В преобразователе неподвижный источник 1 света представляет собой серийно выпускаемую лампу накаливания, а конденсатор 2 - набор из трех линз с соответствующим фокусным, расстоянием. Измерительный- растр 3 изготовлен на стандартной подложке методом фотолитографии. Набор фотоприемников 4 представляет собой вьшолненную по интегральной технологии линейку фотоприемников. Формирователь 5отсчетов представляет собой аналого-цифровой преобразователь, вьтолненкый на базе четырехквадрантного пе ремножителя и включает аналоговый коммутатор 8, аналоговые компараторы 9 и 10, генераторы 11 и 12 кода, цифроаналоговые преобразователи 13 и 14, тактовый генератор 15, тригге Шмитта 16, цифровой коммутатор 17, счетчики 18 и 19, дешифраторы 20 и 21, индикаторы 22 и 23. Преобразователь перемещения в код работает, следующим образом. Измерительный растр 3 и блок 4 фотоприемников представляют собой с . пряжение периодических структур с отличающимися шагами. В результате освещения такого сопряжения источни ком 1 света через конденсор 2 . возникает комбинационный нониусный растр с шагом G,. определяемым вьфажениемГ- е. лТ шаг измерительного растра где Тр Tj шаг гребенчатой структуры блока 4 фотоприемников; дТ - разность шагов. Таким образом, распределение амплитуд сигналов с выходов блока 4; фотоприемников предсгавляет собой электрический эквивалент возникающи комбинационных полос и зависит от взаимного расположения измерительно го растра 3 и блока 4 фотоприемников. При детектировании нониусной комбинационной полосы максимальный выходной сигнал блока 4 фотоприемни ков соответствует светлому участку (т.е. месту совпадения зрачков сопряженных структур), а минимальный темному участку (т.е. месту, где зрачки одной из сопряженных структур затемнены штрихами другого растра). При смещении измерительного раст ра 3 относительно первоначального положения смещаются и комбинационные нониусные полосы, следовательно меняется и распределение амплитуд сигналов с выходов блока 4 фотопрйемников. Смещение комбинационного растра относительно первоначального положе ния можно определить из выражения ,. где W - целое число полос с периодом Р, прошедших через блок 4 фото приемников. Электрические сигналы с выходов блока 4 фотоприемников поступают на входы аналогового коммутатора 8 фор мировйтеля отсчетов. Одновременно электрический сигнал с выхода перво го фотоприемника блока 4 через- триг гер 16 Шмитта поступает на счетчик 18, предназначенный для счета числа комбинационных пЪлос, дешифратор 20 и индикатор 22, Индикатор 22 показывает число комбинационных нониусных полос, Тактовый генератор 15 вырабатывает тактовые импульсы, которые являются командами запрета для счетчика 18 числа комбинационных нониусных полос и разрешения для аналогового коммутатора 8, при этом выход первого фотоприемника блока 4 соединяется с входом аналогового компаратора 9. Одновременно тактовый генератор 15 запускает генератор 11 кода. Аналоговый компаратор 9 сравнивает напряжения на выходах первого фотоприемника и цифроаналогового преобразователя 13 (ЦАП). В момент их равенства выходной сигнал аналогового компаратора 9 запрещает работу генератора 11 кода и с входов ЦАП 13 код, соответствующий сигналу первого фотоприемника, поступает на один из входов цифрового коммутатора 17. На вторые входы цифрового коммутатора 17 поступают последовательно значения кодов с входов ЦАП 14, соответствующие выходным сигналам блока 4 фотоприемников. Генератор 15 подает команду на второй вход аналогового коммутатора 8, по которой последовательно соединяются выходы блока 4 фотоприемников с входом аналогового компаратора 10. Причем длительность команды на первом входе аналогового компаратора 10 равна длительности команды на его втором входе. Это позволяет сравнить цифро вой код, соответствующий первому фо- топриемнику, с цифровьо4И кодами всех остальных фотоприемников. Точно также сравниваются значения цифрового кода, соответствуюш 1е второму фотоприемнику, со значениями цифрового кода всех остальных фотоприемнйков, и т.д. Таким образом определяется 1-й фотоприемник с максимальным выходным сигналом, после чего выход L-ro фотоприемника подключается к входу аналогового комдаратора 9 и после сравнения значения ци ового кода, соответствующего сигналу t-го фотоприемника, со значениями цифровых кодов, соответствзпощих сигналам других фотоприемников блока 4, цифровой коммутатор 17 вьщает сигнал разрешения индикации на счетчик 19 подсчета фотоприемников. Индикатор

23 высветит цифру, соответствующую 1-му фотоприемнику, что означает максимум сигнала на этом фотоприемнике .

Расположение фотоприемников со сдвигом один otнocитeльнo другого позволяет смещение комбинационной

нониусной полосы в пределах одного фотоприемника разбить на несколько дискретных значений. Таким образом, становится возможным повышение разрешающей способности преобразователя во столько раз, сколько периодов Тг гребенок укладывается на одном фотоприемнике.

1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД,содержащий механически соединенный с объектом перемещения измерительный растр, оптически соединенный с неподвижным источником света, конденсором и блоком фртоприемников, выходы которого подключены к информационным входам формирователя отсчета, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, фотоприемники вьтолнены в виде входящих одна в другую гребенок, причем шаг Tj гребенки определяется по формуле Ta-(liH)Tp где Тр - период измерительного растра, а . 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок фотоприемников выполнен из последо ва.тельно расположенных фотоприемни(Л ков, сдвинутых вдоль гребенки один относительно другого на расстояние, равное шагу гребенки.

Фиг1

1г