Устройство для считывания информации Советский патент 1986 года по МПК G06K11/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и ввода в ЭВМ информации, например ; для считывания координат точек внутри полостей и углублений сложных пространственных объектов, в частности, в стоматологии при морфометрии лица и органов полости рта.

Цель; изобретения состоит в повьшении точности устройства.

На фиг. I представлена блок-схема предлагаемого устройства; нафиг.2 конструктивное выполнение блока управления; на фиг. 3 - конструктивное, вьшолнение интегратора; на фиг. 4 - конструктивное выполнение демодулятора; на фиг. 5 - конструктивное вьгаолнение съемни са координат .

Устройство включает съемник 1 координат, с визиром 2, точечные приемники 3 ультразвуковых колебаний, усилители-Формирователи 4, демодуляторы 5 частотно-модулированных сигналов, блок 6 управления, коммутаторы 7, интегратор 8, первый усилитель 9 мощности, формирователь 10 суммарной и разностной импульсных последовательностей, элемент И 11, генератор 12 импульсов и второйусилитель 13 мощности.

Блок 6 управления (фиг. 2) содерит последовательно подключенные к входной шине делитель 14 частоты на ва, сумматор 15 по модулю два и воичный счетчик-делиТель 16, к промежуточному выходу которого через вентиль 17 присоединен второй вход сумматора 5. Второй вход вентиля 17 подключен к выходу триггера 18, тактовый вход и вход установки нуля которого соединены с промежуточными выходами счетчика-делителя 16, к другим промежуточным выходам которого подключен триггер 19 и формирователь

20пакетов импульсов. Два выхода формирователя 20 присоединены к вхоам вентилей 21, 23 и 22, 24 соответственно. Вторые входы вентилей

21и 22 подключены к выходу 25-1 счетчика-делителя. 16, а вторые входы ентилей 23 и 24 - к выходу счетчикаелителя 16, инверсному по отношению - выходу 25-1. Выход 26 делителя 14 одключен к демодуляторам 5 (фиг. 1), ыход 27 сумматора 15, выходы 28 и 9 счетчика-делителя 16 подключены

к формирователю 10 (фиг. 1). Выход 30 триггера 19, выходы 25-1 - 25-4 и 31 счетчика-делителя 16 присоединены к интегратору 8 (фиг. 1). К выходам 32 и 33 вентилей 21 и 22 подключены первый усилитель 9 мощности (фиг. 1), а к выходам 34 и 35 вентилей 23 и 24 - второй усилитель 13 мощности.

Интегратор 8 устройства содержит восемь одинаковых подсхем, одна из которых показана на г. 3. Подсхема включает последовательно соединенные

элемент 2И-ИЛИ-НЕ 36, делитель 37

частоты, триггер 38, подключенный к

делителю 37 тактовым входом, элемент

2И-ИЛИ-НЕ 39 и делитель 40 частоты.

Выход делителя 37 через триггер 41,

Q сумматор 42 по модулю два и триггер 43 подключен к входу установки нуля триггера 38. Второй вход сумматора

42соединен с первым входом элемента 2И-ШШ-НЕ 36, первым и третьим входа$ ми подключенного через триггер 44 с входом 45 к одному выходу соответствующего демодулятора 5 (фиг. 1). Вход 46 (второй) элемента 2И-ИПИ-НЕ 39 подключен к выходу элементу И 11

Q (фиг. 1) третий вход элемента 2И- ИЛИ-НЕ 39 - к выходу элемента 2ИШШ-НЕ 36, а четвертый вход - к инверсному выходу триггера 43. Вход 47 (второй) элемента 2И-ИЛИ-НЕ 36 соединен с выходом формирователя 10 для суммарной последовательности импульсов, а вход 48 (четвертый) - с выходом формирователя 10 для разностной последовательности импульсов (фиг. 1). Тактовые входы 25-1 (25-3),

25-2 (25-4) и 30 триггеров 44, 43 и 41 и вход 31 установки нуля триггера

43подключены к выходам блока управления. При этом для четьфех подсхем интегратора использован выход 25-1

(25-2), а для других четырех - выход 25-3 (25-4). Выходы делителя 40 являются выходами интеграторов 8.

Демодулятор 5 устройства (фиг. 4) содержит последовательно соединенные

счетчик-делитель 49, триггер 50, подключенный к счетчику-делителю 49 тактовым входом, и счетчик-делитель 51, присоединенный к триггеру 50 входом установки начального значе5 ния. Счетчик-делитель 52 подключен к выходу счетчика 49, триггер 53 присоединен к выходу счетчика-делителя 52, триггер 54 подключен тактовым входом к выходу счетчика-делителя 51. Счетные входы 26 счетчиковделителей 49 и 51 объединены и подключены к соответствующему выходу блока 6 (фиг, 2). Входы 55 служат . для установки начального состояния счетчика-делителя 51. Вход 56 установки нуля триггеров 50 и 54 подключен через коммутатор ( фиг. l) к выходам 57 переполнения делителей 40 соответствующей пары подсхем интегратора (фиг. 3), одна из которых имеет вход 25-1, а другая - вход 25-3, соединенные с блоком 6. Тактовый вход триггера 53 и вход установки нуля счетчика-делителя 51 соединены с выходом триггера 54, тактовый вход которого подключен к выходу счетчика-делителя 51.

Вход 58 установки нуля счетчика 49 соединен с выходом усилителя-формирователя 4 (фиг. 1). Вход установки нуля счетчика-делителя 52 соединен с инверсным выходом триггера 50 Выход 45 триггера 53 является выходом демодулятора, подключенным к входу соответствующей подсхемы интегратора 8 (фиг. 1)

Съемник 1 координат (фиг. 5) содержит два элемента-трубки 59 и 60, фиксированные относительно друг друга на одной прямой (оси) с помощью держателя 61. Центр-указатель 62 крепится на конце трубки 59. Противоположный конец трубки имеет волновод 63, открытый на торце трубки. Внутри волновода находится электроакустический преобразователь 64. Аналогичную конструкцию с волноводом 65 и электроакустическим преобразователем 66 имеет трубка 60. Электроакустические преобразователи 64 и 66 соединены с соответствующими, усилителями 9 и 13 мощности кабелями 67. Ось центра-указателя 62 совпадает с осями волноводов, а острие центрауказателя 62 находится на расстоянии .-h от открытого торца трубки 59 и на расстоянии 2 от открытого торца трубки 60, где ,4d; d - диаметр волновода на конце трубки; h - расстояние центра излучения от торца волновода.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1) .

При включении питания запускается генератор 12, стабилизированный

по частоте. Сигнал генератора 12 через элемент И 11 поступает на блок .6 управления и тем самым определяет частоты всех опорньпс, тактовьпс и управляющих сигналов в устройстве.

В блоке управления (фиг. 2) частота входного сигнала (меандра) делится на два с помощью делителя 14, с выхода которого сигнал через сумматор 15 поступает на вход счетчикаделителя 16. На фиг. 2 указаны коэффициенты деления частоты делителями

14и 16 на их выходах. Другие элементы блока управления предназначены

для модулирования (манипулирования) частоты, причем в этой операции участвует и счетчик-делитель 16. Оигнал от последнего, поступающий на вентиль 17, при разрешающем сигнале на втором входе этого вентиля, суммируется по модулю два на сумматоре

15с сигналом, частота которого вчетверо выше. Суммарный (по частоте) сигнал является входным для счетчика-делителя 16. Разрешающий сигнал для операции суммирования поступает на вентиль 17 с триггера 18 один раз за половину цикла работы

|гстройства.

С помощью формирователя 20 производится формирование пакетов HMnynbi сов таким образом, что пакет начинается заданным числом импульсов одной частоты, затем идут импульсы с другой частотой, а в остальное время цикла сигналы на выходе формирователя отсутствуют. Излучение сигналов в виде таких пакетов позволяет

обеспечить высокую точность устройства, так как при этом практически исключается влияние отраженных сигналов (частотная манипулях я производится в начале пакета).

Сигналы на двух выходах формирователя сдвинуты на половину периода соответствующей частоты и предназначены для запуска двух переключающих схем в каждом усилителе 9 и 13 .

мощности (фиг. 1). Запуск одного из двух усилителей мощности осущест вляется через вентили 21 и 22,подключенные первыми входами к соответствующим выходам формирователя 20 и

вторыми входами - к выходу 25-1

счетчика-делителя 16. Запуск второго усилителя мощности производится через вентили 23 и 24 аналогичным

образом, причем от счетчика-делителя 16 поступает сигнал, инверсный по отношению к сигналу с выхода 25-1.

Сигналы на выходах 27-29 блока управления обеспечивают работу формирователя 10 (фиг. 1). На выходах последнего имеются суммарная последовательность, включающая последовательность импульсов с частотой 2750 кГц плюс один дополнительньй импульс на цикл работы устройства, так как суммарная частота равна 2750+0,172 кГц, и разностная последовательность, включающая последовательность импульсов с частотой 2750 кГц минус один импульс за цикл т.е. разностная частота равна 27500,172 кГц. Формирование сигналов первой частоты производится путем суммирования по модулю два импульсов, получаемых дифференцированием по фронтам и срезам сигнала с выхода 28, с последовательностью импульсов , получаемой дифференцированием по фронтам и срезам сигнала с выход 29 блока управления, а получение синалов второй частоты производится путем запрещения одного импульса в течение цикла в последовательности импульсов при использовании тех же исходных сигналов.

Сигнал с выхода 27 используется в качестве тактирующего для триггеров в формирователе 10 (для исключения временной задержки сигнала с выхода 29).

Сигналы с.выходов 25-1, 25-2, 25-4, 30 и 31 используются для управления интегратором 8 (фиг. 1). Назначение интегратора - получение параллельных кодов расстояний от излучателей до приемников. Интегратор вместе с коммутаторами 7, демдуляторами 5, усилителями-формирователями 4 и приемниками 3 образуют восемь независимых цифровых следящих систем, в каждой из которых код расстояний вычисляются путем двойного интегрирования по времени сигналов +1 или -1 на выходе соответствующего демодулятора.

Главной особенностью интегратора является то, что скорость и расстояние в нем представлены унитарными (единичными) кодами или, что то же, задержками сигналов по времени, т.е. производится двойное интегрирование временных интервалов. Скорость представлена задержкой на выходе делителя 37 (фиг. 3) относительно сигнала, поступающего из блока управления на вход 25-4. Для по5 лучения задержки сигнала на выходе делителя 37 на его счетный вход от элемента 2И-ИЛИ-НЕ 36 поступают в соответствии с сигналом демодулятора, управляющим этим элементом че0 рез вход 45 и триггер 44, суммарная (на вход 47) или разностная (на вход 48) импульсные последовательности.

Расстояние представлено задержкой

5 сигнала на выходе делителя 40. Триггеры 38 и 43 и элемент 2И-ИЛИ-НЕ 39 обеспечивают передачу один раз за цикл задержки сигнала (т.е. скорости) с делителя 37 в делитель 40. Причем

0 эта передача может быть лищь при разрещающем сигнале 1 на входе триггера 43. Если разрещающего сигнала нет в определенном цикле, то триггеры 43 и 38 остаются в нулевых

5 состояниях, и на вход делителя 40 поступает та же суммарная или разностная последовательность импульсов, что и на вход делителя 37. Это происходит тогда, когда знаки ycRope0 ния и скорости различны (случай

перерегулирования; например, скорость положительна, а ускорение отрицательно) . Если бы разрешающий сигнал на интегрирование был всегда, т.е.

, система была линейной, то в ней, как в системе второго порядка (имеются два последовательно соединенных интегратора), возникли бы колебания , которые снижают точность за Q счет значительного по времени переходного процесса. Триггер 41, один раз за цикл запоминающий знак скорости при действии сигнала на выход 30, и сумматор 42 по модулю два, 5 на котором происходит сравнение знака скорости-сигнала с выхода триггера 41 и знака ускорения-сигнала от демодулятора на входе 45, позволяют полностью избавиться от колебаний в системе и тем самым повысить быстродействие и.точность.

При разрещающем сигнале, равном 1, на входе триггера 43 сигнал от блока управления на входе 31 позволяет от блока управления на входе 25-4 установить триггер 43 в состояние единицы. Тем самым с этого момента запрещается передача на

вход делителя 40 суммарной или разностной импульсной последовательности и разрешается переключение триггера 38 в состояние единицы сигналом с выхода делителя 37, Получаемый таким образом сигнал на выходе триггера 38 разрешает прохождение на вход делителя 40 последовательности импульсов с удвоенной частотой, поступающей с выхода элемента И 11 (фиг. 1) на вход 46 интегратора. Очевидно, что если интервал, соответствующий длительности подачи импульсов с удвоенной частотой, равен в точности половине длительности импульса разрещающего сигнала, то не происходит изменение в задержке сигнала на выходе делителя 40 в данном цикле. Этот случай соответствует нулевой скорости. Если скорость боль-20 ще нуля (расстояние увеличивается), то интервал счета импульсов с удвоенной частотой должен быть меньше . половины длительности разрешающего импульса, так как сигнал на выходе делителя 40 должен получить в данном цикле дополнительную задержку, равную задержке сигнала скорости на выходе делителя 37. В случае отрицательной скорости результат противоположный: задержка сигнала на выхо де делителя 40 уменьшается (уменьшается расстояние при движении излучателя к приемнику). Построение интегратора с использованием делителей частоты позволяе получить в делителе 40 параллельный код величины расстояния за счет бло кирования сигнала генератора 12 с помощью элемента И 11 входным сигналом. Параллельный код можно без дополнительных преобразований вводить в ЭВМ.-Именно такую блокировку генератора.12 блок сопряжения с ,ЭВМ (не показан) выполняет по сигналу блока 6 управления. Тем самым обеспечивается не только считывание параллельного кода с делителя 40, но и дополнительное повьш ение точности устройства за счет того, что период излучения пакетов импульсов оказыва ется случайной величиной, а это уменьшает влияние на точность устройства отраженных сигналов (поскол ку алгоритм работы интегратора цифровое слежение устойчив по отношению к единич 1ым случайным помехам) .

Импульсы переполнения делителя 40 с выхода 57 используются для управления демодулятором (фиг. 4). Поскольку один демодулятор, обраба-

тывающий последовательно сигналы от двух излучателей, подключен к двум подсхемам интегратора Сфиг. 3), выходы от интегратора к каждому из четырех демодуляторов последовательно присоединяются с помощью соответствующих четырех коммутаторов 7, каждый из которых имеет два входа. При зтом сигналы с двух выходов 57 двух подсхем интегратора последова-

тельно поступают на вход 56 и уста- навливают нули триггеров 50 и 54 демодулятора. Выход триггера 53 демодулятора соединен параллельно с входами 45 тех же двух подсхем интегратора. В данном случае не требуется распределитель импульсов на два канала, так как тактовые входы триггеров 44 двух подсхем интегратора подключены к различным выходам 25-1 и 25-3 блока управления. На выход 26 счетчика-делителя 49 от блока 6 управления поступает сигнал с заданной частотой в виде непрерьшной последовательности счетных импульсов, а на вход 58 - сигнал ,с выхода усилителя-формирователя 4. Этим сигналом счетчик-делитель 49 устанавливается в нуль. Частота импульсов на выходе счетчика равна частоте сигнала на входе 58. Назначение этого счетчика - устранение дребезга по фронтам и срезам входного сигнала. Принцип действия демодулятора сводится к тому, что по сигналу на его входе 56 начинается анализ входного сигнала. При этом после установки нуля триггера 50 первый же фронт импульса на выходе счетчика-делителя 49 переключает триггер 50 в состояние единицы. Этот момент является началом сравнения двух временных интервалов: интервала, определяемого .сигналом уровня нуля на выходе счетчика-делителя 52, включающего целое число периодов входного сигнала, а измерительного- интервала, формируемого счетчиком-делителем 51 (расчетная длительность второго интервала обеспечивается установкой необходимого начального состояния счетчикаделителя 51 путем подключения входов 55 к шинам О, 1). Фронт сигнала с выхода счетчика-делителя 51 переключает триггер 54 в состояние единицы и тем самым фиксирует иа триггере 53 выходной сигиал счетчикаделителя 52. Работа визира с двумя излучателя ми основывается на том, что можно получить практически точечный источ ник излучения, используя цилиндрический волновод. В узкой трубе волноводе 63 (65) возбуждаются гармонические колебания с помощью элек троакустического преобразователя 64 (66), находящегося на одном конце волновода. Колебания распространяются вдоль оси волновода, и второй, открытый, конец волновода излу чает сигнал. При этом центр излучения находится вне волновода на некотором расстоянии от его торца. Та кое расположение центра излучения позволяет получить источник излучения практически со сферической диаграммой направленности, что необхо димо в предлагаемом устройстве. Формула изобретени 1. Устройство для считывания информации, содержащее элемент И, оди вход которого является входом устройства, а выход соединен с входом блока управления, выходы которого подключены к первому усилителю мощности, к интегратору, выход которог является выходом устройства, и к од ним входам демодуляторов, другие входы которых соединены с соответствующими усилителями-формирователями, а выходы подключены к интегратору, съемник координат, один вход которого подключен к выходу первого усилителя мощности, а выход акустически связан с входами точечных приемников ультразвуковых колебаний, выходы которых подключены к входам соответствующих усилителей-формирователей, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности устройства, оно содержит формирователь суммарной и разностной импульсных последовательностей, вход которого соединен с блоком управления, а вы ход подключен к одному входу интег ратора, другой вход которого соеди ней с выходом элемента И, второй усилитель мощности, вход которого подключен к выходу блока управления, а выход соединён с другим входом съемника координат, коммутаторы, входы которых подключены к выходам интегратора и блока управления, а выходы соединены с входами соответствующих демодуляторов, и генератор, импульсов, подключенный к другому входу элемента И. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что съемник координат выполнен в виде двух фиксированных один относительно другого волноводов с точечными источниками ультразвуковых колебаний, расположенных на одной прямой с визиром.

Л/8.Г

M

3

47

9 Jff

л

1

fl

25-г

LLWtl Ti

je

h

Pu.t.3

Изобретение относится к области автоматики, в частности к устройствам для считьшания информации. Цель изобретения - повьппение точности устройства. Поставленная цель достигается путем удаления точечных излучателей съемника координат как от руки оператора, так и от поверхности объекта, что исключает влия ние отраженных сигналов на результат измерения координат. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

16

центр

62

Фи.5