Преобразователь перемещения в код Советский патент 1987 года по МПК H03M1/28 

12955

тупает на вход компараторов 7, 8. Компаратор 7 вьщает сигнал формирователю 9, который открывает элемент И 11 для прохождения импульсов с генератора 6 в-блок 14 счетчиков. Число этих импульсов соответствует одному периоду муаровой полосы. При уг- (Ловом смещении растра 2 период его определяется величиной угла смещения. Ширина светлой полосы муара измеряется числом импульсов, формируемых Элементов И 12 по сигналам с компаратора 7 и элемента И 11. Эти импуль1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных и угловых перемещений.

Цель изобретения - повышение функциональной надежности и расширение области применения преобразователя пут ем возможности измерения трехко- ординатного перемещения.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователяiна фиг.2 - структурная схема блока управления; на фиг. 3 - растр, общий вид и вид оптических муаровых полос, образуемых его рабочими участками и периодической структурой линейки фотоприемников i на фиг. 4 - временные диаграммы работы преобразователя.

Преобразователь содержит блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 фо- гоприемников, блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, генератор 6j компараторы 7 и 8, формирователь 9 импульсов, триггер 10, элементы И 11-13, блок 14 счетчиков, блок 15 индикации. Блок 4 управления содержит формирователь 16 импульсов, триггер 17,счетчик 18, генератор 19, элемент И 20, селектор 21 импульсов, шину 22 питания. На временных диаг- раммах представлены сигналы 23-30 в различных точках преогбразователя.

В конкретном исполнении блок 1 осветителей представляет собой лампу накаливания с нитеобразным телом свечения, распсшоженным перпендикулярно оптической оси преобразователя

17

сы поступают на вход блока 14 ков и форкшруют код, пропорциональный угловому перемей1ению растра 2. Перемещение растра 2 вдоль второй оси осуществляется по сигналу с выхода компаратора 8. При этом по команде триггера 10 элемент И 13 открывается, и элемент И 13 пропускает импульсы с генератора 6. Таким образом в блок 14 счетчиков заносится число, пропорциональное перемещению растра 2 вдоль второй оси. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

и направлению рас юложения фотоприемников в линейке 3, растр 2 - периодическую последовательность непрозрачных участков клиновидной фор- мы (фиг. 3), выполненных на стекле методами фотолитографии, причем период Т растра равен:

fO

Т КР -U-,

це Р - период расположения фотоприемников в линейке 3, й- - за,цанное значение дискретности муаровой полосы, К - натуральное число.

Линейка 3 фотоприемников представляет собой фотоприемную линейку на приборах с зарядовой связью с периодом Р и количеством 10 элементов (К 1200 ЦЛ1), устройство 5 выборки и хранения выполнено ка базе микросхем К544УД2Б, генератор 6 представляет собой высокочастотный генератор на базе микросхемы К 155ЛАЗ,, компараторы 7 и В - на микросхемах К 521САЗА, формирователь 9 вьшолнен на микросхемах К 155та2 на базе стандартной схемы, триггер 10 - на микросхеме К 155ТМ2, элементы И 11-13 - на мик

росхеме К 155ЛИ1, блок 14 счетчиков выполнен на базе микросхем К 155ИЕ7 с объединенными установочными входами, являющимися установочным входом блока 14, блок 15 индакации выполнен

на базе деишфраторов К 514ВД2 и светодиодных матриц АЛС324.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образбм.

312

Свет от блока 1 осветителей поступает через растр 2 на линейку 3 фотоприемников. В исходном состоянии темный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3 фо- топриемников, Оставшаяся часть линейки 3 фотоприемников вместе с рабочим сечением растра 2 образует К комбинационных оптических полос с периодом Tj, равным:

KPI cosd i (Л кР - Т

где Т - период растра 2;

Р - период линейки 3 фотоприемни|сов ;

- - угол, образованный плоскостями растра 2 и линейки 3 фотоприемников .

Сигналом с установочного выхода блока 4 управления устанавливаются в исходное состояние формирователь 9, триггер 10 и блок 14 счетчиков. При этом блок 4 управления работает еле- дующим образом.

При включении питания формирователь 16 (фиг, 2) формирует импульс начальной установки, который поступает на триггер 17 и счетчик 18 и ус танавливает их в исходное состояние. В исходном состоянии триггер 17 запускает трехфазный генератор 19, который преобразует тактовые импульсы, поступающие на его вход, в последовательность перекрывающихся импульсов, предназначенных для опроса фотоприем .инков линейки 3.. После опроса определенного числа фотоприемников счетчик 18 перебрасьшает триггер 17, ко- торый в Свою очередь останавливает трехфазный генератор 19.

На выходе элемента И 20 появляются импульсы синхронно с появлением импульсов опроса на втором выходе трехфазного генератора 19. Каждый К-й импульс, поступающий с выхода элемента И 20 на вход селектора 21, вьщеляется последним и поступает на выход блока 4 управления, которым является выход селектора 21.

Импульсы опроса блока 4 управления поступают на соответствующие входы линейки 3 фотоприемников. Сиг- капы на выходе линейки 3 фотоприем- НИКОВ появляются синхронно с импуль сами опроса второй фазы и поступают на вход устройства 5 выборки и хранения. В момент прихода стробирующе

O

0

5

о ,.

5

17Д

го импульса на соответствующий вход устройства 3 выборки и хранения осуществляется фиксация мгновенного значения сигналов линейки 3 фотоприемников и хранения его вплоть до прихода следующего стробирующего им-- пульса. Таким образом, устройство 5 выборки и хранения выделяет огибающую 24 (фиг. 4) значений выходных сигналов линейки 3 фотоприемников, соответствующих одной муаровой полосе, которая поступает на входы компараторов 7 и 8.

Компаратор 7 фиксирует моменты превышения этой огибающей порогового напряжения U, . Сигнал 24 (фиг. 4) с выхода компаратора 7 поступает на вход формироват€шя 9, который по первому заднему фронту закрывает его, формируя сигнал 25. Таким образом, на выход элемента И 11 с выхода генератора 6 проходит h импульсов 26 (фиг. 4) в течение одного периода Т„ муаровой полосы, которые регистрируются блоком 14 счетчиков.

При наличии угловых смещений растра 2 изменяется его проекция на плос- Iкость линейки 3 фотоприемников, период Т чередования темных и светлых полос в которой равен Т Т cos.

При этом величина угла , на который смещается растр 2 относительно плоскости линейки 3 фотоприемников, определяется как

rnS(KP - Т)1 КТ

0 arccos

. где S- отношение частот импульсов генератора 6 и импульсов опроса блока 4 управления. Одновременно с измерением периода

-Т муаровой полосы происходит изме-/ I - , рение ширины светлой муаровой поло-сы. Компаратор 7, выходной сигнал которого поступает на вход элемента И 12, открывает его только при опросе фотоприемников, выходные сигналы которых соответствуют светлым муаровым полосам (по превьш1ению выходного сигнала фотоприемника опорного нап- ряжения Uo, ).

На вход элемента И 12 поступает с выхода элемента И 11 п тактовых импульсов с генератора 6, соответствующих одному периоду муаровой полосы. Таким образом, с выхода элемента И 12 в блок 14 счетчиков проис-

ходит только m импульсов 27 (фиг. 4),, соответствующих светлой муаровой полосе.

При изменении ширины светлой полосы рабочего участка растра 2 с А до величины Т (фиг. 3), т«е„ при сдвиге растра 2 в направлении оси Y на расстояние L (Т - A)tgp, где р- угол наклона противоположных сторон полос растра 2( ширина светлой муаро- вой полосы изменяется с О до Т (при U (jn, , близком амплитудному значению выходных сигналов фотоприемников). Отсюда легко показать, что вычисление перемещения вдоль координа- ты Y можно производить по формуле

т

Y (Т - A)tgp,

В исходном состоянии на выходе компаратора 8 находится низкий потенциал j запрещающий прохождение импульсов с генератора 6 через элемент И 13 на вход счетчика 14. Разрешение на прохождение импульсов элементом И 13 компаратор 8 устанавливает - только при опросе первого освещенного фотоприемника линейки 3 сигналом 28 (фиг. 4). При этом триггер 10 дает разрешение на прохождение импульсов элементу И 13 в исходном состоянии и снимает его по первому заднему фронту сигнала 29 (фиг. 4), поступающего на его вход с выхода компаратора 7, Таким образом, на вход блока 14 счетчиков проходит лишь t тактовых импульсов 30 с генератора 6, начиная с момента опроса первого освещенного фотоприемника линейки 3 и до опроса фотоприемников с границы раздела светлой и темной муаровых полос .

Так как при перемещении по X растра 2 на расстояние, равное его периоду Т5 фаза муаровой картины повторяется j то очевидно, что перемещение растра 2 в этом направлении в пределах одного расстояния Т можно .однозначно вычислять из выражения

Л-. п

Измерение перемещения растра 2 на расстояние, большее величины Т (в направлении X), можно производить по регистрации количества фотоприемников j закрытых темным краем растра 2

КодыД5 т, п, лежащие в основе вы ,,числения соответствующих перемещеX

s

0

5

0

5

0

5

0

5

6

НИИ, заносятся из блока 14 счетчиков в блок 15 индика1даи.

Таким образом, линейные перемещения вдоль обеих координат фиксируются не по абсолютным величинам, а по относительным. Для определения перемещения вдоль координаты X вычисляется отношение расстояния от оси углового вращения растра до первой границы раздела светлой и темной муа- полос к периоду Т „ муаровой полосы. Для опредепения перемещения вдоль координаты Y вычисляется коэффициент заполнения муаровой полосы, т.е. тоже относительная величина. Изменение периода Т муаровой полосы не влияет на вычисляемые отношения, что указывает на независимость измерения линейных и угловых перемещений. Более того, измерения линейных перемещений вдоль координат X и Y являются также независимыми.

Изменение рабочего сечения растра (фиг. 3), вызванное его линейным перемещением вдоль координаты Y, ведет к смещению только одной границы раздела темной и светлой муаровых полос (фиг. З). Вторая граница раздела остается в этом случае неподвижной, она используется для определения линейного перемещения вдоль координаты X.

Кроме того, использование относительных величин для вычисления перемещений, а также использование периода муаровой полосы вместо ее ширины позволяет избежать влияния на работу преобразователя различных дестабилизирующих факторов, связанных с изменением амплитуды выходных сигналов фотоприемников (т.е., колебания интенсивности источника света, температурные колебания и т.д.), что повышает помехозащищенность устрой- ства. Позволяя производить одновременно и независимо измерения угловых и линейных перемещений по двум координатам, преобразователь дает возможность заменить несколько одноко- ординатных преобразователей одним трехкоординатным. Более того, на работу преобразователя перемещения в код не оказывают влияние дестабилизирующие факторы, такие как вибрации, температурные колебания и др.

Формула изобретения

1, Преобразователь перемещения в код, содержа1 щй генератор, выход ко10

f5

712955

орого соединен с входом блока упавления, выходы опроса которого соеинены с соответствующими входами инейки фотоприемников, блок осветителей, оптически соединенный через растр с линейкой фотоприемников, первый и второй компараторы, первые входы которых объединены, а вторые входы соединены с выходами соответствующих источников опорных напряжений, выход первого компаратора соединен с первым входом триггера, первый выход блока управления соединен с вторым входом триггера и первым входом блока счетчиков,, выход второго компаратора соединен с первым вхо- дом первого элемента И, второй и третий элементы И, отличающий с я тем, что, с целью повы- нения функциональной надежности и расширения области применения преобразователя путем возможности измерения трехкоординатного перемещения, в него введены устройство выборки и хранения, формирователь импульсов и блок индикации, а растр выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных участков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направлению их чередования, период Т чередования равен Т КР - л, где Р - расстояние между центрами смежных фотоприемников линейки фотоприемников, А- заданное значение дискретной 35 муаровой полосы; К - натуральное число, при этом наименьшее расстояние А между соседними непрозрачными участками не меньше линейного размера фотоприемника линейки фотоприемников,40 а ось вращения растра расположена на расстоянии А от начала периодической последовательности непрозрачных участков, выход линейки фотоприемников соединен с первым входом устрой- 45 ства выборки и хранения, второй вход

20

25

30

0

5

55

5 0 5

0

5

0

178.

которого соединен с вторым вькодом блока управления, а выход соединен с первым входом первого компаратора, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с йервым выходом блока управления, а вькод соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с лервым входо м третьего элемента И и :с вторым входом блока счетчиков, выход генератора соединен с вторым входом второго элемента И и с вторым входом первого элемента И, третий вход которого подключен к выходу триггера, а выход соединен с третьим входом блока счетчиков, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого компаратора, а выход соединен с четвертым входом блока счетчиков, выходы которого соединены с входами блока индикации.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что блок управления содержит формирователь импульсов, счетчик, тригге р, генератор, элемент И и селектор импульсов, вход формирователя импульсов соединен с шиной питания, а выход соединен с первыми входами счетчика и триггера и является первым выходом блока управления, выход счетчика соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с первым входом генератора, второй вход которого является входом блока управления, а выходы генератора являются выходами опроса блока управления, первый выход генератора соединен с первым входом элемента И, второй выход - с вторым входом счетчика, а третий выход - с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом селектора импульсов, выход которого ;является вторым выходом блока управления .

9 в

S)

фиг.З

фиг.З

25

.

JhiL-i

irj; JlllL

Редактор Н.Тупица

фиг.

Составитель Ю.Котов

Техред В.КадарКорректор М.Пожо

627/61

Тираж 902Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. У7кгород, ул. Прорктнля. ч

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использования в преобразователях линейных и угловых перемещений в к од. Целью из обретения является упрощение, повьшение функциональной надежности и расширение областей применения преобразователя. Для этого в преобразователь, содержащий блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 фотоприемниковi блок 4 управления, генератор 6, компараторы 7, 8, элементы И 11-13 и блок 14 счетчиков, введены блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, блок 15 индикации, а растр 2 выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных у,частков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направлению их чередования. Свет от блока 1 осветителей через растр 2 поступает на линейку 3 фотоприемников. В исходном состоянии темный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3. Оставшаяся часть образует комбинационные.полосы.. С блока 4 управления импульсы опроса поступают на вход линейки 3, и на выходе одновременно с импульсами опроса второй фазы появляются сигналы. В момент прихода стробирующего сигнала с блока 4 устройством 5 осуществляется фиксация мгновенного значения сигнала линейки 3 и хранения его до прихода следующего стробирующего сигнала. Вьщеленная таким образом огибающая значений выходных сигналов линейки 3 одной муаровой полосы посс. (Л с ьо со ел ел