Преобразователь перемещения в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/24 

цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразователя напряжение-код, выходы которого подключены к входам блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а выход является выходом преобразователя. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок

коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компаратор, преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены с входами и с первой группой выходов блока, управляющие входы первого и второго регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра через преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключателя , управлякиций вход которого соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключателя подключены к второй группе . выходов блока.

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделитёльным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска, четвертой линзой и фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотоприемник, установленный на другой оптической оси последовательно расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименньй усилит.ель е первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика , вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управля€;мые источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого подключен к входу преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока с согласования отсчетов, выход фотопри---емника точного отсчета через второй (Л усилитель соединен с первьм входом с: преобразователя напряжение - код, о т л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности преобразо с вателя,в н.его введены триггер,интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной- регистр j блок .коррекции точел ного отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор ч| содержит три маски из прозрачных и Од непрозрачных штрихов одинаковой шиСП рины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага щТрихов первой маски, а щтрихи .третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соединены с входами форшфователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первьм входо триггера, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами блока коррекции, точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронньм устройствам для преобразования аналоговых величин в цифровую форму, и предназначено для использования в измерительных системах.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий последовательно расположенные источники излучения точного и грубого отсчетов, светомодулятор в виде лимба, установленного на камертоне, кодовый диск с дорожками точного и грубого отсчетов, блок преобразования и выходной блок Cl 3Однако такой преобразователь характеризуется недостаточной точностью которая определяется огра1шченной точностью светомодулятора.

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска я вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой с фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотопрнемник, установленный на другой оптической оси последовател14го расположенных пятой линзы и светоде0 лительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи

5 входы которых Соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей и выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом

0 генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управляемые источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналого25 вьрс ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами

первого усилителя-, выход которого

30 соединен с входом пр1еобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласования отсчетов, выход фотоприемника то ного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразова теля напряжение - код L2J. Однако известный преобразователь характеризуется недостаточной точнос тью обусловленной уходом параметров электронной схемы преобразователя и, в первую очередь, источников излучения, нестабильностью фазы первой гармоники сигнала на выходе усилителей, которая появляется при узкой полосе пропускания усилителя. Расаирение полосы пропускания усилителя приводит к искажению сигнала ввиду наличия других гармоник сигнала. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем что в преобразователь перемещения в код., содержащий источники излучения грубого отсчета, оптические соединенные через последовательно распо ложенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета коди рующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой с фотоприемником точного отсчета, дополнительный фотоприемник, установ ленный на другой оптической оси последовательно расположенных пятой линзы, и светоделительного элемента, выход -дополнительного .фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика, вход которого соеди нен с выходом генератора,, выходы пер-50 с

, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управляемые источники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговь{х ключей, аыходы которых соединены с входаш источников излучения точного отсчёта, выходы фотоприемников грубого отсчеблока, управляющие входы первого и второго регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра через. 55 преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключателя, управляю1ций вход которого соединен с выходом цифрового компервого усита соединены с входами соединен с лителя, выход которого кодов, выходы входом преобразователя которого соединены с первой группой входов блока согласования отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение - код, введены триггер, интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной регистр, блок коррекции точного отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой пшрины, щтрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски, а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соединены с входами формирователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, а второй и третий выходы соединено с, управляюодши входами блока коррекции точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразователя напряжение - код, выходы которого подключены к группе входов блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым ыходом кольцевого счетчика, а.выход вляется выходом преобразователя. Блок коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компараторJ преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены входами и с первой группой выходов паратора, входы которого подключены к выходам второго регистра, выходы цифрового переключателя подключены к второй группе выходов блока. На фиг. 1 представлена структурна схема преобразователя; на фиг. 2 маски светомодулятора, размещенные относительно дорожки точного отсчета кодирующего диска; на фиг. 3 - време ная диаграмма напряжений; на выходе усилителя фотоприемника точного отсчета. Преобразователь содержит источники 1 излучения грубого отсчета, источники 2, 3 и 4 излучения точного отсчета, светомодулятор 5, светоизоляторы 6, щелевую диафрагму 7, свето делительный элемент 8, линзы 9 и 10 кодирующий диск 11, вал 12, дорожки 13 грубого и 14 точного отсчетов, линзы 15 и 16, фотоприемники 17 грубого отсчета, фотоприемник 18 точного отсчета, усилители 19 и 20, преобразователь 21 кодов, блок 22 согла сования отсчетов, выходной регистр 23, дополнительный фотоприемник 24, усилитель 25, аналоговые ключи 26, 27 и 28, управляемь1е источники 29, 30 и 31 питания, аналоговые ключи 32, 33 и 34, генератор 35, кольцевой счетчик 36, триггер 37, интегрирующий усилитель 38, преобразователь 39 напряжение - код, формирователь 40 управляющих импульсов, блок 41. кор.рекции точного отсчета, регистры 42 и 43, цифровой компаратор 44, преобразователь 45(сигналов в дополнительный) код, цифровой переключатель 46 и цифровой компаратор 47. Источники 1 излучения оптически соединены через линзу 9, дорожки 13 кодирующего диска 11 и линзу 15 с фотоприемниками 17, выходы которых электрически соединены с усилителем 19, источники 2, 3 и 4 излучения светомодулятор6м 5 оптически соединены через линзу 10, дорожку 14 кодирующего диска 11 и линзу 16 с фотоприемником 18, выход которого через усилитель 20 электрически соеди иен с преобразователем 39 напряжение -.код, выход которого соединен С блоком 41 коррекции точного отсче та и цифровым компаратором 47, выхо компаратора 47 соединен с входом триггера 37, выход которого через .интегрирующий усилитель 38 соединен е входом преобразователя 39 напряжение - код, источники 2, 3 и 4 излучения через светомодулятор 5, светоделительный элемент 8 соединены с фотоприемником 24, выход которого соединен через усилитель 25 и аналоговые ключи 32, 33 и 34 с входами управляемых источников 29, 30 и 31 питания, соединенных своими выходами через аналоговые ключи 26, 27 и 28 с источниками 2, 3 и 4 излучения точного отсчета соответственно. Входы аналоговых ключей 32-34 и 26 - 28 и формирователя 40 управляющих импульсов подключены к выходу кольцевого счетчика 36, вход которого соединен с генератором 35. Кодируюн нй диск 11 имеет две дорожки 13 грубого отсчета и дорожку 14 точного отсчета. Дорожка 14 точного отсчета выполнена в виде маски с прозрачными и непрозрачными штрихами (фиг. 2), имеющими равные размеры, величины которых в угловой мере равны минимальному углу, через который изменяется значение грубого отсчета, снимаемого с двух дорожек 13. На светомодуляторе 5 нанесены три маски, каждая из которых представляет собой штриховой растр с равными прозрачньми и непрозрачными штрихами, причем вторая маска сдвинута относительно первой на половину.шага штрихов, а третья - на четверть шага штрихов. Маски отделены друг от друга светоизоляторами 6 и пропускают световой поток только от своего источника 2, 3 и 4 излучения точного отсчета. Линза 10 формирует изображение масок на дорожке 14 точного отсчета таким образом, чтобы шаг штрихов масок совпал с шагом штрихов дорожки 14 точного отсчета. Преобразователь работает следующим образом. Генератор 35 вырабатывает импульсы, которые запускают кольцевой счетчик 36. На выходе счетчика 36 вырабатываются импульсы управления, которые открывают аналоговые ключи 26, 27 и 28, подключая управляемые источники 29, 30 и 31 питания к соответствующим источникам излучения 2, 3 и 4 точного отсчета. Световой поток от источников 2, 3 и 4 излучения проходит через соответствующие маски светомодулятора 5 и разделяется светоделительным элементом 8 на два потока, один из которых предназначен для измерения углового перемещения вала 12 и калибровки пре образователя 39 напряжение - код, другой - для коррекции величины свет вого потока от казкдого источника 2, 3 и 4 излучения точного отсчета. Величина светового потока, приходящего на фотоприемник 18 от каяодого источн ка 2, 3 и. 4, зависит от взаимного расположения масок и штрихов дорожки 14 точного отсчета. Измерение угла преобразователем происходит периодически. Период изме рения, состоящий из четырех тактов, задается кольцевым счётчиком 36 в ви де двоичного кода на управляющие вхо ды аналоговых ключей 32 - 34 и 26 28 (в качестве аналоговых ключей могут быть применены, например, четыре канальные мультиплексоры). На вход кольцевого счетчика 36 поступают импульсы с генератора 35. В первый такт периода измерения (фиг. 3)к управляемому источнику 29 питания через открытый аналоговый ключ 26 подключен источник 2 излучения точного отсчета, освещаюпщй первую маску. Часть потока от источника 2 излучения через светоделйтельны элемент 8 поступает на фотоприемник 24, сигнал с которого усиливается усилителем 25 и через открытый анало говый ключ 32 подается на управляемый источник 29 питания для корректировки светового потока. Основная часть потока с источника 2 излучения попадает на дорожку 14 точного отсче та кодирующего диска 11, на которой формируется изображение первой маски светомодулятора 5, и далее через тшнзу 16 - на фотоприемник 18, напря жение с которого через усилитель 20 поступает на преобразователь 39 напряжение - код для измерения. Код, снимаемый с выхода преобразователя 39 пропорционален попавшему на фотоприемник 18 световому потоку, а следовательно,и углу oL поворота кодирующего диска 11 и поступает в блок 41 коррекции точного о.тсчета в виде дво ичного позиционного кода, где записывается в регистр 42 импульсом с фор№1роватедя 40 импульсов. Во второй такт яериода измерения источник 3 излучения точного отсчета, освещающий вторую маску, подключается через открытый аналоговый ключ 27 к управляемому источнику 30 питания. В третий такт периода измерения источник 4 излучения, освещающий третью маску, через открытый аналоговый ключ 28 подключен к управляющему источнику 31 питания. Корректировка источников 30 и 31 питания во второй и третий такты происходит аналогично корректировке источника 29 питания в первом такте , измерения. Таким образом, световые потоки источников 2, 3 и 4 излучения точного отсчета поддерживаются равными друг другу. В третий такт измерения поток от источника 4 излучения точного отсчета проходит через третью маску, линзу 10, дорожку 14 точного отсчета кодирующего диска 11, линзу 16 и поступает на фотоприемник 18 точного отсчета, напряжение с которого, усиленное усилителем 20, фиксируется преобразователем 39 напряжение .- код. Число в .виде двоичного позиционного кода поступает в блок 41 коррекции точного отсчета, где записывается в регистр 43 импульсом с формирователя 40 управляющих импульсов. В четвертый такт периода измерения к источникам 29 и 30 питания подключены через открытые аналоговые ключи 26 и 27 источники 2 и 3 излучения точного отсчета. Световой поток от источников 2 и 3 точного отсчета проходит через линзу 10, дорожку 14 точного отсчета кодирующего диска 11 и линзу 16 на фотоприемник 18. В этом случае световой поток на выходе фотоприемника 18 также не зависит от углового положения оС кодирующего .диска 11, напряжение на выходе фотоприемника 18 определяется выражением Ц где Ф - световой поток каждого источника (2 5 4 J J ) - коэффициент преобразования фотоприемника 18; f - функц11я пропускания свето- модулятора 5; б - угловой размер прозрачного штриха. Напряжение с фотоприемника 18 точного отсчета через усилитель 20 поступает на преобразователь 39 напряжение - код, на выходе которого формируется код, который сравнивается на цифровом компараторе 47 с наперед за-

данным кодом, и результат сравнения записывается в триггер 37 импульсом с формирователя 40 управляющих импульсов. Сигнал с триггера 37 через интегрирующий усилитель 38 воздействует на коэффициент преобразования преобразователя 39 напряжение - код таким образом, чтобы откорректировать двоичное позиционное число на выходе преобразователя 39 напряжение - код, если оно изменилось с предыдущего периода. Коэффициент преобразования преобразователя 39 напряжение - код . после корректировки в четвертом такте измерения остается неизменным до четвертого такта следующего периода, (до следующей корректировки). Такой корректировкой устраняются ошибки, вызванные изменением светового потока Ф от источников 2, 3, 4 излучения точного отсчета, которое возможно ввиду нестабильности фотоприемника 24, усилителя 25, а также общих нестабильностей в светоотдаче источников 2, ЗиЛ точного отсчета и характеристик управления источников 29, 30 и 31 питания:, устраняются также ошибки, вызванные нестабильностью фотоприемника 18 точного отсчета и усилителя 20. При высокой тактовой частоте генератора 35 время между корректировками, коэффициента преобразования преобразователя 39 напря:5сение - код (четвертые такты периода измерения) мало и указанные выше ошибки не сказьшаются на точности измерения угла преобразователем.

Для устранения влияния надочность преобразования угла поворота вала эксцентриситета вала, боя подшипников и т.п. устанавливаются две (лучше четыре) диаметрально расположенные относительно кодирующего диска фотоэлектрические отсчетные системы.

Информация с дорожек 13 грубого отсчета снимается с помощью щелевой диафрагмы 7.

С выходов фотоприемников 17 грубого отсчета снимается однопеременный код, который через усилитель 19 поступает в преобразователь 21 кодов где преобразуется в позиционный двоичный код. Полученный позиционный двоичный код в блоке 22 согласования отсчетов корректируется по коду точного отсчета, который поступает из регистра 42 блока 41 коррекции точного отсчета через цифровой переключатель 46 прямым или дополнительным кодом (в зависимости от сигнала или О на выходе цифрового компаратора 44). Код грубого отсчета с блока 22 согласования отсчетов и код точного отсчета с блока 41 коррекции точного отсчета поступает в выходной регистр 23 как информация об угле oi поворота.

Применение изобретения обеспечивает повышение точности преобразователя.

Лерёия f CfCKu Вторая маска Третья аска

л

П

7 2 J 4 Г 2 3 4 1

Такть /Jepi od измеретя

Фиг.д

Фи2.2