Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1986 года по МПК H03M1/64 

12

управления содержит три регистра, мультиплексор, дешифратор, блок сравнения, пороговый элемент, полусумматор, информационные входы регистров являются информационными входами блока управления, синхронизирующие входы регистров и полусумматора объединены и являются первьп4 синхронизирующим входом управления, синхронизирующие входы дешифратора - вторым синхронизирующим входом блока управления, вход порогового элемента - третьим синхронизиругацим входом блока управления, а выход блока сравнения - синхронизирующим выходом блока управления, выходы регистров

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах управления для преобразования перемещений в цифровой код.

Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.

На фиг. 1 представлена структурная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг.2 функциональная схема блока управления; на фиг. 3 и 4 - соответственно функциональные схемы коммутатора каналов и коммутатора поддиапазонов; на фиг. 5 и 6 - соответственно функциональные схемы управления коммутатора поддиапазонов и коммутатора каналов; на фиг. 7 - конструкция многоканального оптического коммутатора (МОК); на фиг. 8 и 9 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь (фиг. 1) содержит источник 1 света, объектив 2, многоканальные оптические коммутаторы (МОК) 3 и 4, и -разрядный фотоприемник 5, фоточувствительную пленку 6 h -разрядного фотоприемника, электроды 7 фотоприемника, информационные электроды 8 фотоприемника, источники питания 9, компараторы 10, блок 11 управления, коммутатор 12 каналов, коммутатор 13 поддиапазонов.

889

подключены к входам мультиплексрра, выходы двух старших разрядов каждого регистра подключены к входам полусумматора, информационный вход ко во- рого соединен с выходом порогового элемента и входом блока сравнения, соответствующие выходы полусумматора подключены к управляющим входам мультиплексора и к входам четырех дополнительных разрядов дешифратора, входы восьми основных разрядов которого соединены с информационными выходами мультиплексора, а управляющие выходы мультиплексора соединены с входами блока сравнения.

Блок управления (фиг. 2) содержит три регистра 14 - 16, мультиплексор 17, дешифратор 18, блок 19 сравнения, пороговый элемент 20, полусумматор 21.

Комг-гутатор каналов (фиг. 3) содержит схему 22 управления, высоковольтные ключи 23. Коммутатор поддиапазонов (фиг. 4) содержит схему 24

упр авления, высоковольтные ключи 25.

Схема управления (фиг. 5) коммутатора поддиапазонов содержит пороговый элемент 20, триггер 26, элемент И 27, двоично-десятичный счетчик 28, резисторы 29, конденсаторы 30, элементы ИЛИ-НЕ 31, дешифратор 32 двоичного кода в десятичный , переключатель 33.

Схема управления (фиг. Ь) коммутатора каналов содержит элементы И 27, двоично-десятичный счетчик 28, резисторы 29, конденсаторы 30, элемен- ты ИЛИ-НЕ 31, дешифратор 32 двоичног о кода в десятичный, элемент И-НЕ 34, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 35, кварцевый резонатор 36, двоичный счетчик 37.

Многоканальный оптический коммутатор (фиг. 7) содержит верхнюю и нижнюю пластины 38 и 39 из квази- сегнетокерамики, скрещенные дихроич- ные поляризаторы 40, общий электрод. 41, первый и второй электроды 42 и

3

Преобразователь работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 света (фиг. 1) через объектив 2, которьй формирует параллельный световой пучок, поступает на многоканальные коммутаторы 3-4, жестко механически связанные между собой и контролируемым объектом. Пространство между этими коммутаторами 3-4 заполнено непрозрачной средой так, что засветка h -разрядного фотоприемника ФП обеспечивается только светом, прошедшим через коммутаторы 3-4.

Многоканальные оптические коммутаторы 3-4 представляют собой квазисегнетокерамические пластины 38 и 39 (фиг. 7), на поверхности которых созданы системы прозрачных электродов, а сами пластины помещены между скрещенными дихроичными поляризаторами 40. Электроды имеют конфигурацию, позволякшппо формировать световые зонды с шириной, равной 50 мкм. Для реализации одного оптического коммутатора 3-4 используются две пластины, расположенные одна над другой таким образом, что световые клапаны одной пластины расположены над прозрачными злектродами другой. Таким образом, исключаются промежутки между соседними каналами.

Четные каналы формируются с помощью верхней пластины 38, нечетные- с помощью нижней 39. Для реализации каждого из каналов используются общий электрод 41, выполненньм в виде гребенки,, и два прямоугольных электрода 42 и 43, расположенных в промежутках между зубцами общего электрода. Общие электроды оптических коммутаторов 3-4 заземлены. Первый из двух других электродов 42, пространство между которым и общим электродом образует световой клапан, соединен с вторым синхронизирующим входом, а второй электрод 43 соединен с первым синхронизирующим входом оптического коммутатора 3-4. Таким образом, многоканальный оптический коммутатор позволяет создавать ряд световых зондов с шириной в необходимых пределах и, следовательно, полностью использовать информационное поле фотоприемника.

Фотоприемник 5 (фиг. 1) выполнен на основе Cd Se . 6, заключенной между профилированными

9

в виде зубцов прямоугольной формы электродами 7 и информационными электродами 8. Для реализации каждого из восьми разрядов фотоприемника

используются два электрода 7 и информационный электрод 8, расположенный между ними. Светочувствительные и светонечувствительные ячейки электродов образованы соответственно промежутками между зубцами электродов 7 и информационным электродом 8 и промежутками между впадинами электродов 7 и информационным электродом 8. Светочувствительные ячейки первого из

двух электродов 7, реализующих один из разрядов, расположены против светочувствительных ячеек другого электрода 7. Ширина ячеек электродов 7 равна 150 мкм.

Фоточувствительная пленка 6 имеет разрывы шириной 50 мкм, расположенные по всей ширине фотоприемника перпендикулярно информационным электродам между ячейками одного из электродов 7 младшего разряда, а также разрывы, изолирующие ее от электродов 7 по всей ширине светонечувстви- тельных ячеек. Электроды младшего разряда фотоприемника имеют по Т

30

35

ячеек, суммарная ширина которых образует длину информационного поля фотоприемника.

Преобразователь работает в двух режимах: в режиме автоматической установки нуля и в режиме измерения,

При включении преобразователя осуществляется режим автоматической установки нулевого кода. В этом режиме коммутатор поддиапазонов 13 езависимр от сигналов, поступающих на его вход (см. временные диаграммы фиг. 8), разрешает работу только первого оптического коммутатора 3 (фиг. 1), так как в исходном положении контролируемого объекта конструкция устройства предусматривает расположение этого коммутатора над началом информационного поля фотоприемника. Коммутатор каналов 12

последовательно открывает все световые клапаны оптического коммутатора 3, начиная с его левой (по фиг. 1) стороны. Световые зонды, формируемые при этом, попадая на фотоприемник 5, изменяют сопротивление светочувствительных ячеек электродов, в результате нарушается баланс суммарных сопротивлений ячеек, находящихся по разные стороны информационных электродов 8 и на этих электродах появляются напряжения. И только в случае, если световой зонд засвечивает промежутки между ячейками электродов 7 или попадает за пределы фотоприемника, фоточувствительная пленка 6 не засвечивается и баланс сопротивлений не нарушается. В этом случае, сигналы, снимаемые, с информационных электродов 8, равны нулю. Компараторы 10 (фиг. 1) формируют сигналы, соответствующие 1 при и,; О и О при и | 0. Информация в виде двоично-десятичного кода, образованного компараторами 10, последовательно заполняет регистры 14-16 (фиг. 2) блока 11 управления. В момент одновременного срабатывания блока сравнения 19 и порогового элемента 20, означающего что во всех его регистрах записан нулевой код, на вход коммутатора . каналов 12 поступает синхроимпульс, под действием которого схема управления 22 (фиг. 3) этого коммутатора запоминает номера трех соседних каналов, при коммутации которых в регистры блока 11 управления бьши за писаны нулевые коды. В этот же момент времени выходы первого регистра 14 (фиг. 2) с помощью мультиплексора 17 соединяются с дешифратором 18, преобразующим двоично-десятич- ный код в десятичный. С выходом де- 1шифратора 18 (фиг. 2) информация в виде десятичного кода поступает на выход преобразователя, и рассмотренньпЧ режим на этом прекращается.

При.измерении перемещения контролируемого объекта преобразователь включается в соответствующий режим (см. временные диаграммы фиг. 9). В режиме измерения коммутатор поддиапазонов 13 (фиг. 1) разрешает работу первого оптического коммутатора 3 на промежуток времени, в течение которого коммутатор каналов 12 коммути

рует три соседних канала, номера ко- торых были занесены в его память в рассмотренном ранее режиме, значение формируемых при этом компараторами 10 кодов также последовательно заполняют регистры 14-16 (фиг. 2) блока 1 управления. Если за этот промежуток времени на синхронизирующий вход коммутатора поддиапазонов 13 (фиг. 1)

t5 0 5 о

0

5

5

не поступает сигнал амтьчитудсй (1 О, означающий, что перн1 1й оптический коммутатор 3 находится над фотоприемником, то коммутатор гтод.циапазонов разрешает рабсггу следующего оптического коммутатора 3-4, а кодммутатор каналов повторяет свою работу. Процесс повторяется ZIO тех пор, пока на Р;ХОД коммутатора поддиапазонов не поступит сигнал и, 0. При поступлении этого сигнала коммутатор поддиапазонов разрешает работу тому оптическому коммутатору 3-4, который был включен в это время. В режиме измерения до формирования на информационном электроде младшего разряда фотоприемника 5 сигнала UK. О дешифратор 18 (фиг. 2) формирует нулевой код. При поступлении на третий синхронизирующий вход вычислительного устройства сигнала UK т О разрешается работа дешифратора 18, на входы которого, соответствующие разрядам двоично-десятичного кода старше восьмого, через делители напряжения и преобразователь десятичного кода в двоично-десятичный поступают импульсы с выхода коммутатора поддиапазонов 13. На остальные восемь разрядов дешифратора поступают импульсы от первого регистра 14 (фиг.2) блока управления при срабатывании блока сравнения 19 (фиг. 2) и от полусумматора 21 (фиг. 2), к которому подключаются выходы регистров, в которых записан ненулевой код при срабатывании порогового элемента 20, дешифратор 18 фиксирует при этом десятичный код, соответствующий перемещению контролируемого объекта. Режим измерения на этом прекращается.

Рассмотрим более подробно работу блока управления 11 (фиг, 2), коммутатора каналов 12 (фиг, 3) и коммутатора поддиапазонов 13 (фиг. 4), а также схем их управления 22 (фиг.6) и 24 (фиг, 5).

Как уже указывалось, при включении питания начинается режим автоматической установки нулевого кода, В

первый момент после включения питания на входы установки в О регистров 14-16 (фиг. 2) и входы установки в 1 триггеров полусумматора 21 (фиг. 2), а также на входы установки в О счетчика 37 схемы управления 22 (фиг. 6) и счетчика 28 схемы управления 24 (фиг. 5) поступают им-.

пульсы, формируемые узлом, собранным по известной схеме на элементах 29 и 30 (фиг. 6). Кроме того, в рассматриваемом режиме вход установки в О триггера 26 схемы 24 (фиг.5) через переключатель 33 соединен с землей.

После окончания данных импульсов и установки в соответствующее состояние выходов счетчиков и триггеров устройства начинает свою работу счетчик 37 схемы 22 (фиг. 6), на вход которого поступают импульсы от тактового генератора, собранного по известной схеме на элементах 36, 31, 30 и -29. Кроме того, из импульсов этого генератора с помощью счетчика 28 формируется код адреса для ОЗУ 35, изменяющийся от О до 2, а также с помощью узлов 31 и 27 формируются три трехфазные последовательности импульсов, поступающих с выхода блока 12 (фиг. 1) к соответствующим регистрам 14-16 блока 11 (фиг. .2). Цифровой код с выхода счетчика 37 схемы 22 (фиг. 6) записывается в один из трех адресов памяти ОЗУ 35 и через схему МОНТАЖНОЕ ИЖ, дещифратор 32 и высоковольные ключи 23 (фиг. 3) поступает к вторым электродам оптических коммутаторов 3-4. I

Блок 13 (фиг. 1) в режиме установки нулевого кода разрешает работу только первого коммутатора 3, т.к. переключатель 33 (фиг. 5) удержива- ,ет в течение всего этого режима на выходе триггера 26 состояние О. Этот сигнал запрещает прохождение тактовых импульсов от генератора схемы 24 (собран на элементах 31, 30 и 29 по известной схеме и имеет частоту следования импульсов более, чем в 3 раза превышающую частоту тактовых импульсов генератора схемы 22) через элемент 27 на вход счетчика 28. Цифровой код с выхода этого счетчика через дешифратор 32 и высоковольтные ключи 25 (фиг, 4) поступает на первые электроды оптических коммутаторов 3-4 (фиг. 1). Ключи 25 (фиг. 4) работают так, что в открытом состоянии подают йа первые электроды коммутаторов 3-4 земляной потенциал, а в закрытом - выход этих ключей переводится в высокоимпеданс- ное состояние. Таким образом, при по

даче на первые электроды одного из коммутаторов 3-4 земляного потенци- ала эти электроды будут экранировать сигналы вторых электродов и удержи- вать данный коммутатор в закрытом состоянии. Если же первые электроды одного из коммутаторов 3-4 подключить к ключу 25 (фиг. 4) с высокоимпеданс- ным выходом, то первые электроды не будут препятствовать проникновению сигналов вторых электродов в область оптических затворов данного коммутатора 3-4. Свет, проходящий через промежутки между вторыми и П-образ- ными первыми электродами закрытых оптических коммутаторов 3-4, имеет недостаточную интенсивность для срабатывания компараторов 10 (фиг. 1) и порогового элемента 20 (фиг. 2), ,т.к. ширина этих промежутков задается значительно меньшей, чем ширина оптических затворов коммутаторов 3-4.

Каждый иэ выходов дешифратора 32 схемы 24 (фиг. 5) соединен через ключ 25 (фиг. 4) с первыми электродами соответствующего оптического коммутатора 3-4, таким образом, в рассматриваемом режиме разрешается работа только первого коммутатора 3.

Блок 12 последовательно, начиная с левой (по фиг. 1), стороны оптического коммутатора 3, открывает все его каналы на длительность одного такта генератора схемы 22 (фиг. 6). При этом сигналы компараторов 10 (фиг. 1) заносятся в соответствующие регистры 14-16 (фиг. 2). Как только во всех трех регистрах 14-16 будет записан нулевой код, сработает эле- . мент 27 блока сравнения 19, а при засветке следующим световым зондом правого по чертежу края фотоприемника сработает пороговый элемент 20. Этот элемент формирует на своем выходе 0 в том случае, если напряжение 2 UK. на информационном электроде младшего разряда фотоприемника 5 (фиг. 1) превышает порог срабатывания, например, элементов 31 (фиг. 5 и 6). Порог срабатывания схемы 20 (фиг. 2) устанавливается меньшим, чем порог срабатывания компараторов 10. При одновременном срабатьтании элемента 27 схемы 22 (фиг. 6) и порогового элемента 20 блок сравнения 19 (фиг. 2) формирует О, который устанавливает на выходе счетчика 37 блока 12 (фиг. 6) нулевой код. Однако на вход дешифратора схемы управления 22 этого блока через схему МОНТАЖНОЕ ИЛИ продолжают поступать коды, записанные в ОЗУ 35, Эти коды соответствуют номерам каналов коммутаторов 3-4 (фиг. 1), при коммутации которых в регистры 14-16 (фиг. 2) за писаны нулевые коды. При последующих изменениях разрешается последовательная работа только трех этих каналов Рассматриваемый режим на этом прекращается, и дешифратор 18 формирует ну левой код.

Для включения устройства в режим измерения переключатель 33 переводится в противоположное показанному на фиг. 5 положение. При этом на вход установки в 1 триггера 26 поступает короткий импульс, устанавливающий на его выходе 1. Этот сигнал разрешает поступление на тактовый вход счетчика 28 импульсов от генератора схемы 24. Счетчик 28 управляет работой оптических коммутаторов 3-4, таким образом, что последовательно каждому из них разрешается сформировать по три- световых зонда. Причем, если на вход схемы 24 поступает сигнал U , превышающий порог срабатывания порогового элемента 20, то на выходе этой схемы появляется О, устанавливающий на выходе триггера 26 сигнал, запрещающий дальнейшую работу с-4етчика 28, следовательно в режиме измерения разрешается работа только того оптического коммутатора 3-4 (фиг.1) который находится над фотоприемником 5. Код, соответствующий номеру этого коммутатора, поступает с выхода блока 13 на старшие разряды дешифратора 18 (фиг. 2). Дешифратор 28 имеет четыре старших разряда, восемь основных разрядов и четьфе дополнительных. На старшие разряды поступает информация о диапазоне

10 f5

20 25 зо 5

5

0

измерения. На основные разряды поступает информация от регистров 14-16. Причем мультиплексор 17 пропускает на вход дешифратора 18 только сигналы от тех регистров 14-16, в которые не записывалась информация в момент срабатьшания схемы совпадения 20.

Полусумматор 21 (фиг. 2) выполняет две функции: он подает к мультиплексору сигналь, запрещающие прохождение через него произвольного кода, и сравнивает коды, записанные в младших разрядах двух регистров 14-16, в которые не были записаны произвольные коды (т.е. в момент записи не срабатывала схема совпадения) . В случае, если эти коды совпадают, полусумматор подает на дополнительные разряды дешифратора нулевой код. Если эти коды различных, то к дешифратору пропускается код с меньшим значением, а на четыре дополнительных разряда депгифратора 18 полусумматор 21 подает код, соответствующий 5 в десятичном коде. Если информацию с выхода устройства подавать на индикатор, то между знаками этого индикатора, соответствующими дополнительным и основньнм разрядам дешифратора 18, должна индицироваться запятая. Таким образом получаем, что в то время как основные разряды -несут информацию о положении контролируемого внутри выбранного диапазона измерений с точностью до д

Т

дополнительные разряды дешифратора 18 позволяют уточнить эту информацию за счет исключения формирования произвольного кода и формирования кода, соответствующего Д при

2

засветке вторым из трех последовательно формируемых сбетовьгх зондов промежутка между ячейками фотоприем- шка.

22..

iniiiiiiri

Вб/;(0

Фаг.

J(...4

N

От

т

.//

iJllllflUIUIIIllllltl

rfffffffff .

.n 41 4 41чг

fT f f

w

ttfS

r.r . r.r

43

w /

te /w- v -

43fl

43fl43

KOHOA I Канал I f Канон/Ч Канал i( Ч Канал/ 5 Фиг. 7

Siaopne L.H on/mm MHHi/aarnofol

Вторые змктровы t to оптичесхого мннупютора

nepttit злектровн оптич. MttMymamopOvy COOfftOfff Cfffvy/t

щие Kane/ian :

Сигнал схеми ненив 13 Йн гжм1тые Him устройслАг П

4 41чг

f f

39

-A tet2,41

33

43fl43

)lI f I I u;u

Редактор К. Волощук

Составитель В. Матвеевский

Техред М.Надь Корректор Т. Колб

Заказ 651/61Тиршк 818Подписное

ВНИИПК Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

-----, - - - -.

Филиал ШШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4