Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1988 года по МПК H03M1/24 H03M1/50 

..1.J

Фи«.Г

Изобретение относится к устройствам фотоэлектрического преобразования механических перемещений в цифровой код и может быть использовано в машиностроении в системдх управления аппаратами и установками, : Целью изобретения является повышение разрешающей способности преобразователя..

На фиг.1 изображена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - оптическая схема преобразователя; на фиг.З - пример вьтолнения формирователя трехфазного синусоидаль ного напряжения

Преобразователь содержит генератор 1 импульсов, делитель 2 частоты и формирователь 3 трехфазного синусоидального напряжения, образующие источник 4 трехфазного напряжения, кодовую маску 5 с прозрачньтми участками 6, фотоприемник 7, формирователь 8 импульсов, RS-триггер 9, счетчик 10

импульсов, регистр 11, триггер 12, счетчик 13, излучатели 14-16, RS- триггер 9 и счетчик 10 импульсов образуют преобразователь 17 фаза - код, выходы 18 регистра 11 и выходы 19 счетчика 13 являются выходами преобразователя, формирователь 3 трефазного синусоидального напряжения содержит одновибраторы 20 и резонансные усилители 21, каждый из которых вьтолнен на транзисторах 22 и 23, резисторах 24-27, конденсаторе 28 и дросселе 29,

Маска 5 расположена в плоскости 30 (фиг.2), в которой телесные

Q

5

0

5

0

5

настроены на частоту F 1/Т (Т - период следования входных 1гмпульсов). Возможно применение формирователя 3 трехфазного синусоидального напряжения, построенного на основе счетчика импульсов, цифроаналоговых преобразователей и программируемых запоминающих устройств, задающих синусоидальные функции со сдвигом О, 120 и. 240.

Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

Тактовые импульсы частотой F с генератора 1 поступают через делитель 2 частоты на формирователь 3 трехфазного синусоидального напряжения. Делитель 2 частоты понижает частоту в К раз. Формирователь 3 формирует три напряжения синусоидальной формы частотой F FI:К, сдвинутые один относительно другого по фазе на 120.

Этими напряжениями запитываются излучатели 14 - 16, на которые подается также постоянное напряжение начального смещения (например, с формирователя 3). В качестве излучателей 14-16-могут быть использованы излучающие полупроводниковые диоды. Световые потоки 31-33 поступают через прозрачные участки 6 маски 5 на фотоприемник 7. При отсутствии маски 5 и при равенстве амплитуд перемещенных составляющих световых потоков 31-33 переменная составляющая суммарного светового потока равна нулю. Маска 5 перекрывает частично световые пото

Изобретение относится к устройствам фотоэлектрического преобразования механических перемещений в цифровой код и может быть использовано в машиностроении в системах управления аппаратами и установками. Целью изобретения является повьпаение разрешающей способности преобразователя. Цель изобретения достигается за счет того, что в фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий генератор 1 импульсов, преобразователь 17 фаза - код, источннк 4 трехфазного напряжения, три излуча теля 14-16, кодовую маску 5, фотоприемник 7, формирователь 8 импульсов и регистр 11, введены триггер 12 и счетчик 13, кодовая маска 5 выполнена в виде равномерньгх чередующихся прозрачных 6 и непрозрачных участков, а излучатели 14-16 расположены под углом друг к другу, причем их оптические оси лежат в одной плоскости и пересекаются на чувствительной поверхности фотоприемника 7, а кодовая маска 5 расположена в плоскости касания границ телесных углов световых потоков излучателей 14-16. Формирование кода в пределах шага кодовой маски 5 осуществляется заполнением временного интервала, пропорционального сдвигу фазы между опорным сигналом и сигналом фотоприемника 7, импульсами генератора 1 импульсов, а число шагов кодовой маски 5 подсчитывается счетчиком 13. 2 з.п. ф-ль, 3 ил. ГЗ (Л САЭ 1 С О ел 00

углы световых пзгчков 31 - 33 соприка-40 и 31-33. В результате в суммарном

саются друг с другом и далее в направлении к фотоприемнику 7 смещива- ются.

Прозрачные участки 6 кодовой маски

5 выполнены в виде щелей прямоуголь- д фазе одного из напряжения формирова- ной формы. Ширина щелей равна шири- теля 3, т.е. по отношению к тактовым не непрозрачных участков между ними,т.е. импульсам делителя 2 частоты. При половине шага L маски 5. Перемещение маски 5 происходит в направлении,

о «

50

перпендикулярном оптической оси излучателя 15. Перед фотоприемником 7 может устанавливаться диафрагма 34 для регулирования ширины объединенного светового пучка.

Два вибратора 20, и 20 (фиг.З) формируют импульсы длительностью 1/3 Т, три одновибратора 20 - 20j формируют импульсы длительностью 1/2 Т, три резонансных усилителя 21

55

перемещении маски 5 происходит перераспределение долей световых потоков 31-33, поступающих на фотоприемник 7.

В результате вектор переменной составляющей суммарного светового потока поворачивается, т.е. сдвиг фазы (f изменяется. Сдвиг фазы (f изменяется от О до 360 ° при перемещении маски 5 на один шаг L, причем сдвиг фазы пропорционален величине линейного перемещения маски 5.

световом потоке, поступающем на фотоприемник 7, появляется переменная составляющая с частотой F и сдвигом фазы I/ по отнощению к начальной

фазе одного из напряжения формирова- теля 3, т.е. по отношению к тактовым импульсам делителя 2 частоты. При

перемещении маски 5 происходит перераспределение долей световых потоков 31-33, поступающих на фотоприемник 7.

В результате вектор переменной составляющей суммарного светового потока поворачивается, т.е. сдвиг фазы (f изменяется. Сдвиг фазы (f изменяется от О до 360 ° при перемещении маски 5 на один шаг L, причем сдвиг фазы пропорционален величине линейного перемещения маски 5.

Суммарньй световой поток преобрауется фотоприемником 7 в электричесий сигнал, из которого формироватеем 8 импульсов формируются импульсы, г ронт которых совпадает с начальной азой суммарного светового потока. Временной интервал между импульсами елителя 2 и формирователя 8 пропорционален сдвигу фазы (и , следова- ю тельно, пропорционален смещению аски 5 на доли шага Lo

Измерение временного интервала, т.е. сдвига фазы в пределах О - 360°, производится следующим образом. Им- 15 пульсы с делителя 2 включают RS- триггер 9, а импульсы с формирователя В его выключают. Во включенном состо- янии RS-триггера 9 сигнал с его выхода, подаваемый на разрешающий 20 вход счетчика 10, разрешает счет им- пульсов с генератора 1. Перед началом счета счетчик 10 сбрасывается в ноль . импульсом с делителя 2. По окончании счета содержимое счетчика 10 перепит- 25 сывается в регистр 11 импульсом с формирователя В, Измерение сдвига фазы в пределах О - 360 , т.е. в пределах шага маски 5, повторяется с частотой F. Результат измерения хра ЗО нится в регистре 11 и обновляется в . конце каждого измерения. Содержимое регистра 11 считывается с выходов 1В. Максимальное число, записываемое в регистр 11, равно коэффициенту деления делителя 2 частоты.

Таким образом, дискретность отсчета сдвига фазы (т.е„ дискретность отсчета смещения маски 5) определяется : коэффициентом К деления до делителя 2 частоты.

Смещение маски 5 на целые шаги L измеряется следующим образом. При изменении сдвига фазы от О до 360° содержимое регистра 11 изменяется 45 от О до К, проходя значения W, и N, , где N, - интервал чисел в пределах, например, от О до О,2К, интервал чисел в пределах, например, от 0,5 К до 0,8 К. При проходе п содержимого регистра 11 через уровень N, сигнал с его соответствующего вькода включает триггер 12, а при проходе через уровень N , сигнал с его соответствующего выхода выключает триггер 12. При выключении триггера 12 сигнал с его выхода изменяет содержимое счетчика 13 на единицу. Примененный принцип управления триг35

55

5 0 5 О

о

5 п 5

5

гером 12 уровнями N, и N,, исключает многократное срабатывание триггера 12 при проходе содержимого счетчика 10 через ноль (сдвиг фазы изменяется со значения около 360° на значение около О ), т,е, исключает запись лишних единиц в счетчик 13, Сброс счетчика 13 и задание направления счета (сложение или вычитание) производится по сигналам от внешних устройств. Результат измерения снимается с выходов 19 счетчика 13,

Формула изобретения 1. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий генератор импульсов, выход которого соединен с первым входом преобразователя фаза - код и с, входом источника трех1фазного напряжения, первый, второй и третий выходы которого соединены с входами первого, второго и третьего излучателей, оптически соединенных через связанную с контролируемым обьектом кодовую маску с входом фотоприемника, выход которого через формирователь импульсов. соединен с вторым входом преобразователя фаза - код, третий вход которого подключен к четвертому выходу источника трехфазного напряжения, выходы соединены с информационными входами регистра, отличающийся те, что, с целью повышения разрешающей способности преобразователя, в него введены триггер и счетчик, кодовая маска выполнена в виде равномерных чередующихся прозрачных и непрозрачных участков, а излучатели расположены под углом друг к другу, их оптические оси расположены в одной плоскости, примем точка пересечения оптических осей излучателей расположена на чувствительной поверхности фотоприемника, а кодовая маска расположена в плоскости касания границ телесных углов световых потоков излучателей перпендикулярной плоскости расположения оптических осей излучателей, выход формирователя импульсов соединен с управляющим входом регистра, первый и второй выходы которого соединены с входами триггера, выход которого соединен со счетным входом счетчика, выходы которого и остальные выходы регистра являются выходами преобразователя

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что преобразователь фаза - код содержит RB- триггер и счетчик импульсов,, счетный вход и выходы которого являются соответственно первым входом и выходами преобразователя.фаза - код, вторым Входом которого является R- вход RS-триггера, выход которого соединен с управляющим входом счетчика импульсов, S-вход RS-триггера соединен с входом обнуления счетчика импульсов и является третьим входом преобразователя фаза - код.

1 Гзз

Фиг. г

I Г I

Й

иг i

Фиг.З