Преобразователь перемещения в код Советский патент 1985 года по МПК H03M1/20 

та линейки фотоприемников, где L длина линейки фотоприемников, расстояние L между последним элементом грубого отсчета линейки фотоприемников и первьм элементом точного отсчета линейки фотоприемников равно:

L zo-Jloir

где 7 -длина волныиспользуемого светового излучения, h-расстояние между растром илинейкой фотоприемников .

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий расположенные на одной оптической оси блок осветителей, светофильтр, растр и линейку фотоприемников, выход .которой соединен с первыми входами первого и второго компараторов, второй вход первого Компаратора соединен с шиной опорного напряжения, генератор линейно-нарастакицего напряжения, выход которого соединен с вторым входом второго компаратора, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, триггер, второй элемент И, счетчик грубого отсчета, генератор высокой частоты, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И и счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены с информационными входами первого блока стробирования, выход которого соединен с первым входом счетчика точного отсчета, генератор опроса, первый выход которого соединен с вторым входом счетчика точного отсчета и первыми входами второго счетчика, первого делителя частоты и второго делителя частоты, выход ко(ОЮЗЦц JJ .j, П торого соединен с первым управляющим входом первого блока стробирования, остальные выходы генератора опроса соединены с входами линейки фотоприем.НИКОВ, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности преобразования, в, него введены третий элемент И и второй бло1« стробирования, выход генератора высокой частоты соединен с входом генератора опроса, второй выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И,.первый выход,генератора опроса соединен с первым входом триггера и управляющим входом счетчика грубого отсчета, выход персл вого компаратора соединен с вторым входом триггера, выходы которого соединены .с вторыми входами второго элемента И и третьего элемента И, вы.ход которого соединен со счетным входом счетчика грубого отсчета, выход второго элемента И соединен с со вторым управляющим входом первого блока стробирования, входом генера о тора линейно-нарастающего напряжения и вторыми входами первого Делителя частоты и второго счетчика, выходы а которого соединены с входами второго блока стробирования, вькод которого соединен с управляющим входом первого счетчика и третьим входом первого элемента И, выход первого делителя частоты соединен с четвертым входом первого элемента И, выход KOTopoio соединен с вторым входом второго делителя, частоты, элементы точного отсчета линейки фотоприемников расположены на расстоянии О от последнего элемента, грубого отсче

1

Изобретение относится к автоматик и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового изме рения линейных перемещений. .

Цель изобретения - повышение точности преобразования.

На фиг. 1 приведена схема преобразовашга перемещения в код; на фиг.2 диаграмъО), пояснякццие его работу.

Преобразователь перемещения в код содержит блок 1 осветителей, светофильтр 2, растр 3, линейку 4 фотоприемников, генератор 5 опроса, компараторы 6 и 7, триггер 8, элементы И 9 и 10 и счетчик 11 грубого отсчета, счетчик 12, делитель 13 частоты,блок 14 стробирования, генератор 15 линейно нарастахлцего напряжения, блок 16 стробирования, счетчик 17, элемен И 18, делитель 19 частоты, генератор 20 высокой частоты, счетчик 21 точного отсчета.

Растр 3 - периодическая структура состоящая Из темных и светлых полос, выполненньсс на стекле методами фотолитографии, причем период Т. растра равен

Т, пР +Л,

где п - количество периодов Р линейки 4 фотоприемников, Укладывакшщхся в периоде растра 2; Ь - точность преобразователя.

Расстояние L между элементами грубого и точного отсчетов линейки 4 фотоприемников,. выбирается минимальным (10 -JTih), где - длина волны используемого излучения;

h - расстояние меяоду растром 3 и линейкой 4, при необходимости расширить диапазон измеряемых перемещений. Максимальное расстояние (20 выбирается для снижения взаимного влияния грубого и точного отсчетов (т.е. дифракции на темном

краю растра 3. в плоскости элементов точного отсчета линейки 4 фотоприемников) . Конкретное значение L также задает фазу точного отсчета, потому может иметь ряд дискретных значений , выбор которых.осуществляется схемотехническим решением блока 14 стробирования. Максимально возможная длина ограничивается размерами линейки 4 фотоприемников.

Преобраз ователь перемещения в код работает следующим образом.

В исходном состоянии темный край растра 3 перекрывает часть первых элементов линейки 4 фотоприемников. Оставшаяся часть линейки 4 фотоприемников вместе с растром 3 образуют .комбинационные оптические полосы с периодом К, равным

к Г 2

Т - Т 12 - 1,

где Т, - период растра 3; - период линейки 4 фотоприемников.

Сигналом с первого выхода генератора 5 опроса устанавливаются в исходное состояние триггер 8,счетчик 11 грубого отсчета, счетчик 12, делители 13 и 19 частоты и счетчик 21 точного отсчета. При этом свет заданного диапазона длин волн из блока 1 осветителей проходит через светофильтр 2 и поступает на сопряженные раст 3 и линейку 4 фотоприемников. В течение одного .цикла опроса линейки 4 фотоприемников осуществляется и точный и грубый отсчеты следующим образом.

Грубый отсчет. Первые элементы линейки 4 фотоприемников перекрыты темным краем растра 3 и используются для грубого отсчета. Импульсы опроса генератора 5 опроса поступают

через элемент И 9 на счетный вход счетчика 11 грубого отсчета.

Одновременно сигналы с выхода линейки 4 фотоприемников поступают на вход компаратора 6. На выходе компаратора 6 появится сигнал только тогда, когда будет выбран освещенный, элемент линейки 4 фотоприемников. Этот сигнал перебрасывает .триггер 8, который запрещает прохождение импульсов опроса генератора 5 опроса через элемент И 9 на счетный вход счетчика 11 грубого отсчета. Итак в счетчике 11 грубого отсчета записан код, соответствующий числу затемненных в данный момент элементов линейки 4 фотоприемников,

Точньй отсчет. Изменение состояния триггера 8 соответствует окончанию грубого отсчета и разретению| поступления импульсов опроса генератора 5 через элемент И 10 на второй вход счетчика 12, и на входы генератора 15 линейно нарастающего напряжения, делителя 13 частоты и блока 14 стробирования, В момент совпадения амплитуды сигнала с линейки 4 фотоприемников с выходным сигналов генератора 15 линейно нарастающего напряжения (последний запускается импульсом опроса, соответствующим по времени данному сигналу линейки 4 фотоприемников) на входе компар атора 7, на выходе последнего появляется сигнал разрешения приема информации элементом И 18. На другие входы элемента И 18 поступают сигналы с генератора 20 высокой частоты, делителя 13 и блока 16 стробирования. Коэффициент пересчета счетчика 12 выбирается таким, чтобы начала точного отсчета происходило с элемента линейки 4 фотоприемников, находящегося на расстоянии от последнего элемента линейки 45 закрытого темньм краем растра 3, а окончание точного отсчета - после прохождения сигналов линейки 4 фотоприемников (т.е. после .считьшания половины комбинационной оптическойьолосы). Итак на выходе блока 16 стробирования появляется разрешающий потенциал при появлении сигналов с элементов линейки 4 фотоприемников, находящихся На расстоянии L от последнего элемента линейки 4 фотоприемников, закрытого: темным краем растра 3 и запрещающий потенциал - после прохождения сигна; ов линейки 4 фотоприемников

9707b4

с момента начала точного отсчета. Делитель 13 вьщает сигнал разрешения на элемент И 18 при поступлении на его вход каждого п-го сигнала линейки 4 фотоприемников (п Т2/Р, а в данном случае п 4). При наличии всех трех разрешающих сигналов на входах элемента И 18 с генератора 20 высокочастотных сигна10 лов через элемент.- И 18 поступают импульсы на делитель 19. Коэффициент пересчета делителя 19 вьйирается при настройке для выбора линейного участка характеристики точного отсчета. После подачи на вход делителя 19 заданного .числа импульсов на его выходе появляется запрещающий сигнал, поступающий на блок 14 стробирования. Причем разрешающий потенциал начала точного отсчета с выхода блока 16 стробирования одновременно поступают на установочный вход счетчика 17, счетный Вход которого соединен с - ге.нератором 20

25 высокой частоты. С выходов счетчика 17 подается в блок 14 стробирования набор разрешающих потенциалов в течение части временного интервала, выделенного для получения точного

30 отсчета. Наличие сигналов разрешения делителя 19 и счетчика 17 на входах блока 14 стробирования обеспечивает прохождение импульсов опроса с выхода элементов И 10 на счетный вход счетчика 21 точного отсчета. Любое изменение положения линейки 4 фото- . приемников относительно неподвижного растра 3 приводит к изменению соотношения фаз периодической структуры из выбранных элементов линейки

40 4 фотоприемников и образованной комбинационной полосы, заданной положением линейки 4 фотоприемников и растра 3, что приводит к изменению длительности разрешающего сигнала на

45 выходе делителя 19 частоты,который совместно с сигналом счетчика 17 задают время счета счетчика 21 точного отсчета.

50 Повьш1ение точности измерения обеспечивается за счет оптимальной временной и пространственной привязи грубого и точного отсчетов. При смешении линейки 4 фотоприемников на

55 расстояние Tj грубый отсчет изменяет свое состояние. При этом точный отсчет начинается не с первих 3Jjeментов линейки 4 как в известном.

а с элемента линейки 4, располо.женного от последнего элеь1ента грубого отсчета на расстоянии.L. Это позволяет исключить следующие десстабилизирукнцие факторы, влияющие на точность измерения: по-первых: влияние дифракции на темном краю растра 3 (т.е. картинка. получается размыта) на распределение интенсивности света на участке линейки 4 фотоприемников, используемом для точного отсчета (тем самым осуществляется пространственная привязка); во-вторыху влияние начальной фазы точного отсчета, так как точный

отсчет начинается всегда сразу после окончания грубого отсчета (с временнойзадержкой, задающей

5 расстояние Ьд - временная привязка) фиг. 2-, где а - грубый отсчет, б точный отсчет. Также достижению высокрй точности способствует статистическая обработка большого

О числа выходных сигналов линейки. 4 фотоприемников (200) для получения одного точного отсчета . На фиг.2 в приведена функция преобразования пред15 лагаемогр устройства , снятая экспериментально .

Фиг. 2