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

2.Преобразователь по п. 1 , отличающийся тем, что диодно-резисторный мост содержит первый резистор, с первого по восьмой диоды и второй резистор, первые выводы первого и второго резисторов соедийены с положительным и отрицательным, выводами соответственно блока , второй выход первого резистора соединен с анодом первого диода, катод которого через последовательно соединенные с второго по восьмой диоды соединен с вторым выводом второго резистора, вторые выводы первого

и второго резисторов соединены с первым и девятым выходами управления диодно-резисторного моста, а точки соединения с первого по восьмой диодов соединены с вторым по восьмой соответственно выходами управления : диодно-резисторного моста.

3.Преобразователь по пп. I и 2, отличающийся тем, что аналого-цифровой коммутатор содержит два элемента ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ и шесть полевых транзисторов, входы первого элемента ИЛИ-НЕ,

первого и второго элементов ИЛИ соединены с первым входом управления, вход третьего элемента ИЛИ и вход четвертого элемента .ИЛИ через второ элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом управления, выход первого элемента И.ПИ-НЕ через пятый и шестой элемент ИЛИ соединен с затворами первого и второго .полевых транзисторов, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с затворами третьего и четвертого полевых транзисторов, выходы третьего и четвертого элементов ШЩ соединены с затворами пятого и шестого полевых транзисторов, истоки первого, четвертого и шестого полевых tpaH3ncторов соединены с четвертым входом управления аналого-цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с источниками второго, третьего и пятого поиевых транзисторов, первый опорньй выход соединен со стоками второго и четвертого полевых транзисторов, второй опорный выход со стоками пятого и шестого, а третий опорный выход - со стоками .., третьего полевь х транзисторов

l. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий блок питания, излучатель, оптически соединенный через посл;едовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выходкоторого соединен с -информационным входом первого ком,паратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, вто- , рой компаратор, выход которого соеди- нен с первым входом первого Элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов объединены, входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИПИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя перемещения в код, в него введены вторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой ком- . мутатор, диодно-резисторный мост, блок компараторов, формирователь выходного кода,, аналого-цифровой коммутатор, а диафрагма выполнена многощелевой с конусным расположением щелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего, четвертого фотоприемников соединены с информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником - к соответствующим входам цифрового коммутатора, управляющие входы которого соедине(Л ны с выходами второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, а выход соединен с информационными входами блока компараторов, опорные входы, первого, второго и четвертого компараторов соединены с первым, вторым и третьим опорными выходами анао лого-цифрового коммутатора, выходы 4 второго и четвертого компараторов 00 соединены с первым и вторым входами 00 управления аналого-цифрового комму00 татора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного моста соединены с третьим и четвертым входами управления соответственно аналого-цифрового коммутатора, с второго по восьмой выходы управления диодно-резисторного моста соединены с первым по седьмой опорными входами соответственно блока компараторов, выходы которого соединены с соответствующими входами формирователя выходного кода.

1 .. :

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, конкретно к фотоэлектрическим методам преобразования линейных или угловых перемещений в код, :например, при измерении углового или линейного взаимного положения деталей различных машин и механизмов.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения, оптически соединенные с фотоприемниками через кодовую шкалу и щелевую диафрагму, выходы фотоприемников соединены с входами амплитудных селекторов

Недостатком этого преобразователя является низкая точность, обусловленная наличием одного фотоприемника.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является преобразователь перемещения в .код, содержащий блок питания излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным входом первого компаратора, вход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен i с первым входом второго элемента ИСКПННАЩЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соединен с первым входом, третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ,четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы

31

второго и третьего компараторов объединены, выходы второго н третьего элементов ИСК.ПЮЧАЩЕЕ ИЛИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, а также пятый, шестой и седьмой компараторы, четвертый элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2.

В известном преобразователе недостаточная точность.

Цель изобретения - повышение точности преобразователя.

Поставленная Цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содержащий блок питания, излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным входом первого компаратора, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соединен, с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИШ1, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮ ЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов объединены, выходы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, введены вторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой коммутатор, диодно-резисторный мост, блок компараторов, формирователь выходного кода, аналого-цифровой коммутатор, а диафрагма выполнена многощелевой с ко1нусным расположением щелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего, четвертого фотоприемников соединены с информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником с соответствующим входом цифрового коммутатора, управляющие входы которого соединены с выходами ВТОРОГО и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход соединен с инфор48834

мационными входами блока компараторов, опорные входы первого, второго и четвертого компараторов соединены с первым, вторым и третьим опор1ными 5 выходами аналого-цифрового коммутатора, выходы второго и четвертого компараторов соединены с первым и вторым входами управления аналогоцифрового коммутатора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного моста соединены с третьим и четверть1м входами управления соответственно аналого-цифрового коммутатора, с второго по восьмой ВЫХО-5 ды управления диодно-резисторного МОСТа соединены с первым по седьмой опорными входами соответственно блока компараторов, выходы которого соединены с соответствующими входаQ ми формирователя выходного кода. При этом диодно-резисторный мост содержит первый -резистор,с первого по восьмой диоды и второй резистор, первые выводы первого и второго резисторов

5 соединены с положительным и отрицательным выводами соответственно блока питания, второй вывод первого резлетора соединен с анодом первого диода, катод которого через последовательно соединенные с второго по

восьмой диоды соединены с вторым выводом второго резистора,вторые выводы первого и второго резисторов . соединены с первым и девятым выходами управления диодно-резисторного

коммутатор содержит два элемен-г/. та ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ и шесть полевых транзисторов, входы первого элемента ИЛИ-НЕ, первого и второго элементов ИЛИ соединены с

5 первым входом управления, вход третьего элемента ИЛИ и вход четвертого элемента ИЛИ через второй элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом управления, выход первого элемента ИЛИ-НЕ через пятый и шестой . элемент ИЛИ соединен с затворами -перг вого и второго полевых транзисторов, выходы первого и второго элемента ИЛИ соединены с затворами третьего

5 и четвертого полевых транзисторов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с затворами пятого и шестого полевых транзисторов, истоки первого, четвертого и шестого полевых транзисторов соединены с че вертым входом управления аналого-ци рового коммутатора, третий вход кот рого соединен с истоками второго, третьего и пятого полевых транзисторов, первый опорный выход соедине со стоками второго и четвертого полевых транзисторов, второй опорный выход - Со стоками пятого и шестого а третий оПорньй выход - со стоками первого и третьего, полевых транзист ров. . На чертеже прлведена структурная схема преобразователя, Преобразователь содержит кодовую шкалу .1 с отверстиями, диафрагму 2 со щелями 3, излучатели 4-7, фотопри емники 8-11, компараторы 12-15, эле менты ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18, цифровой коммутатор 19, диодно-резисторный мост 20, состоящий из резисторов 21, 22 и диодов 23-30, блок 31 компараторов 32-38, формирователь 39 выходного кода, выполненный на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 40-46 аналого цифровой коммутатор 47, выполненный на элементах ШШ-НЕ 48 и 49, элементы ИЛИ 50-55, полевые.транзисторы 56-61. . Преобразователь перемещения в код работает следующим образом. При перемещении кодовой шкалы 1 фотоприемники 8-11 формируют аналого вые сигналы, сдвинутые друг относительно друга .на четверть шага между отверстиями кодовой шкалы 1. Когда щели 3 диафрагмь 2 закрыты пассивными учйстками кодовой шкалы 1, сигналы на в гходах фотоприемников 8-1 1 имеют уровни ниже нижнего порогового напряжения формируе мого диодно-резисторным мостом 20, поэтому на выходах, кo aтapaтopoв 1215 присутствуют низкие логические УРОВ.НИ, а к опорным входам компараторов подключены соответственно высокий и низкий уровни диоднорезисторного моста 20. Выходной код группы старших разрядов равен нулю. Причем в.соответствии- с нулевым кодом, поступающим на управляющие входы коммутатора 19 и формирователя 39, во-первых, к выходу коммутатора 19 подключается фотоприемник 8 в соответствии с величиной уровня которого на выходах блока 31 компараторов 32-38 присутствуют низкие логические уровни, и, во-вторых. код на выходных шинах формирователя 39 (младших разрядов будет нулевым и не инвертируется, так как на управляющий вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 46 формирователя 39 поступает уровень логического нуля. По мере перемещения шкалы 1 в направлении, указанном стрелкой на чертеже, на выходе фотоприемника 8 формируется линейно нарастающее напряжение, которое с помощью формирователя 39 преобразуется в двоичных код младших разрядов. При увеличении напряжения на выходе фотоприемника 8 до величины верхнего опорного уровня на.выходе формирователя 39 будет сформировано 2 8 кодовых Комбинаций от 000 до 111 двоичного арифметического кода. Код на выходных шинах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18 сохраняется нулевым. Как только уровень напряжения на выходе фотоприемника 8 станет больше верхнего опорного уровня, сигналы на выходах фотоприемников 9-1I при этом по уровцю остаются ниже нижнего опорного уровня диодно-резисторного моста 20 , срабатывает компаратор 12 и на выходе младшего из группы старших разрядов появляется логическая единица, т.е. код группы старших разрядов изменяет свое .состоя ние с 000 в 001. Кодом 001 к выходу коммутатора 19 подключается выход фотоприемника 9, который к моменту перемещения увеличился только до уровня нижнегоопорного, вследствие чего компараторы 32-38 одновременно переключаются из единичного (предьщущего) состояния в нулевое, а у элементов 42, 45 и 46 формирователя 39 устанавливается нуле-t вой код. Таким образом, при перемещении кодовой шкалы 1 на расстояние, равное величине разрешающей способности на выходе преобразователя формируются сигналы; выходных кодов от 000 000 до 001 000, т.е. разрешающая способность преобразователя увеличивается в 2 раз по сравнению с прототипом. При дальшейнем передвижении кодовой шкалы 1 формирователь 39 преобразует линейно нарастающее напряжение фотоприемника 9 в двоичный код младших разрядов. Затем срабатывает компаратор I3, код на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18 старших разрядов увеличивается на единицу. и к входу формирователя 39 подключа ется выход фотоприемника 10. Одновременно по сигналу логической единицы с выхода комЛаратора 13 транзисторы 56 и 57 закрываются, а тран зисторы 58 и 59 открываются, подклю чая к опорным входам компараторов и 15 соответственно уровни низкого и высокого напряжения диодно-резист ного моста 20. Алгоритм управления коммутатором 47 обеспечивает подключение на опорные входы компараторов 12-15 ан логовых сигналов уровней низкого и высокого напряжения диодно-резисГор ного моста 20 таким образом, чтобы, при перемещении кодовой шкалы 1, т.е. при периодическом переходе фотоприемников 8-1I Пассивных непроз рачных., на активные (прозрачные участки (первый полупериод перемеще ния шкалы 1)-и наоборот, при период ческом переходе фотоприемников 8-11 с активных (прозрачных на пассивны (непрозрачные участки (второй полу период перемещения шкалы 1) кодовой шкалы 1 и при формировании на выходах фотоприемников 8-11 соответст венно линейно нарастающих и линейн убывающих сигналов компараторы 1215, по состоянию логических уровней на выходах которых производится фор мирование выходных кодов группы старших разрядов. Должны изменять свое выходное состояние с низких логических уровней на высокие при увеличении выше и с высоких логических уровней на низкие при уменьшении ниже соответственно линейно нарастающими и линейно убывающими сигналами фотоприемников 8-11 уровней высокого и низкого напряжения диодно-резисторного моста 20. При этом старший из группы старших разрядов в первом полупериоде сохраняет нулевое состояние, а во втором - единичное. Это приводит к тому, что выходные коды группы млад ших разрядов в первом полупериоде. перемещения кодовой шкалы 1 снимаются в прямом коде, а во втором полупериоде - в инверсном. После аналогичных преобразований в формирова теле 39 сигнала фотоприемника 9 младших разрядов и при превьшгенни преобразуемым сигналом уровня высокого напряжения диодно-резисторного моста 20 срабатывает компарйтор 14, код на выходе старших разрядов увеличивается еще на одну единицу, т.е. становится равным 011. К входу формирователя 39 подключается выход фотоприемника 11. По окончании преобразования его линейно нарастающего сигнала в код младших разрядов срабатывает коьшаратор 15. При этом код управления коммутатором 19 перейдет из состояния 1Ь в состояние 00. Старший из группы старших разрядов переходит из нулевого состояния в единичное. На информацион:Ный вход формирователя 39 подключается линейно убывающий сигнал фото-. приемника 8. Единичный 111 выходной код группы младших разрядов инвертируется в нулевой 000,так, как на управляющий вход элемента 46 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ И.ПИ поступает уровень логической единицы, транзистор 60 закрывается, а транзистор 61 открывается, подключая на опорные входы компараторов 13 и 14 уровень низкого напряжения диодно-резисторного моста 20, т.е. начинается преобразование перемещения в код второго полупериода кодовой шкалы 1. Таким образом, при.дальнейшем перемещении кодовой шкалы I в том же направлении линейно убывающий сигнал фотоприемника 8 преобразуется в код младших разрядов и в моменту когда этот сигнал станет по уровню меньше нижнего порогового уровня диодно-резисторного моста 20, компаратор 12 переходит из предьвдущего единичного состояния в нулевое. Код на выходе старших разрядов изменится .. из предьщущего состояния 100 в новое состояние 101, т.е. увеличит.ся на очередную единицу. На вход формирователя 39 подключается выходной линейно убывающий сигнал фотоприемника 9, После дальнейшего перемещения кодовой шкалы I и после переключения выхода компаратора 13 в логический нуль на опорные входы компараторов 12 и 15 подключаются соответственно высокий и низкий опорные уровни диодно-резисторного моста 20, а на вход формирователя 39 подключается линейно убывающий, сигнал фотоприемника 10. После преобразования линейно убывающих сигналов фотоприемников 10 и 11 выходы компараторов 12-15 будут находиться в нулевом состоянии, все щели 3 диафрагмы 2 перекрыты пассивными (непрозрачны9Iмн) участками кодовой шкалы 1, т.е. преобразователем заканчивается прв образдвание перемещения одного периода кодовой шкалы 1 младшего разряда в двоичный арифметический код. В случае реверса кодовой шкалы 1 при ее движении в направлении, об-ратном указанному стрелкой на чертеже, срабатывает компаратор 15, так как на его опорный вход подключен низкий уровень диодно-резисторного моста 20. При этом выходной Код груп пы старших разрядов становится единичным 111, на вход формирователя 39 кодом управления 11 с коммутатора 19 подключается линейно нарас тающий сигнал фотоприемника 11, который в данный момент по уровню ниже опорных уровней диодно-резисторного моста 20, поэтому нулевой код 000 группы младших разрядов инвертируется и становится так же, как и код группы старших разрядов, единичным ,111, потому что на управляющий вхо

элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 46 поступа- 25 младших разрядов. 83 ет уровень логической единицы. Транзистор 60 закрывается, а транзистор 61 открывается, подключая к опорным входам компараторов 13 и 14 низкий уровень диодно-резисторного моста 20, но так как на их первые входы поступают сигналы по уровню ниже нижнего опорного уровня, то на их выходах сохраняются низкие логические уровни. Линейно нарастающий сигнал фотоприемника 1 преобразуется в формирователе 39 в линейно убывающий сигнал кодов группы младших разрядов, который за этот интервал перемещения изменяет свое состояние с 11Г4 в 000. После этого из низкого логического уровня в высокий переходит выход компаратора 14, что приводит к уменьшению на единицу выходного кода группы старших разрядов, а на вход формирователя 39 подключается линейной нарастающий сигнал фотоприен ника 10, который преобразуется в линейно убывающий сигнал кодов группы