Способ преобразования перемещения в код и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК H03M1/28 

I-L

JL

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками, в робототехнических системах. Целью изобретения является повышение точности преобразования перемещения в код. С этой целью в способе преобразования перемещения в код, основанном на преобразовании перемещения квантованного элемента 1 в два аналоговых сигнала, сдвинутых друг относительно друга на φ/2 на выходах блоков 4, 8 фотоприемников, сравнении их с сигналом соответствующего уровня, формировании по результатам сравнения на выходах пороговых формирователей 12-1, 12-2 двух сигналов прямоугольной формы, формировании в блоке 13 импульсов по фронтам этих сигналов и их подсчете счетчиков 16, в результате чего формируется выходной код, сравнение осуществляют с опорным напряжением, полученным в результате преобразования с помощью цифроаналогового преобразователя 17 выходного кода в опорные напряжения положительной (на выходе преобразователя 17) и отрицательной (на выходе инвертирующего усилителя) полярности, в зависимости от значений (нулевое или единичное) сигналов прямоугольной формы на выходах пороговых формирователей 12.1, 12.2 сравнение осуществляют с опорным напряжением положительной или отрицательной полярности соответственно, которые поступают через коммутаторы 20, 21. Таким образом в процессе преобразования исключается влияние погрешностей, возникающих при изготовлении квантованного элемента 1. 2 ил.

leai&

i

g

05

Физ.1

сдвинутых друг относительно друга на /2 на выходах блоков 4, 8 фотоприемников, сравнении их с сигналом соответствующего уровня, формировании по результатам сравнения .на выходах пороговых формирователей 12.1, 12,2 двух сигналов прямоугольной формы, формировании в блоке 13 импульсов по фронтам этих сигналов и их подсчете счетчиком 16, в результате чего формируется выходной код, сравнение осуществляют с опорным напряжением, полученным в результате преобразования с помощью цифроаналогового преобразователя 17 вькодного кода в опорные

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками, в робототех нических системах.

Целью изобретения является повышение точности преобразования перемещения в код.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства преобразования перемещения в код; на фиг.2 - диаграммы, поясняюище способ преобразовгшия п принцип работы устройства.

Устройство для преобразования пе- ремещения в код, используемое для однонаправленного перемещения, содержит квантованный элемент 1 с равномерно чередующимися прозрачными и непрозрачными участками, щелевые диафрагмы 2, источник 3 излучения, блок 4 фотоприемников, содержащий фотоприемники 5 и 6 и дифференциаггьный усилитель 7, блок 8 фотоприемников, содержащий фотоприемники 9 и 10 и дифференциальный усилитель 11, пороговые формирователи

Устройство преобразования перемещения в код работает следующим образом.

В исходном (крайнем правом положении) квантованного элемента I счетчик

напряжения положительной (на выходе преобразовател я 17) и отрицательной (на выходе инвертирующего усилителя) полярности, в зависимости от значений (нулевое или единичное) сигналов прямоугольной формы на выходах пороговых формирователей 12.1, .12.2 сравнение осуществляют с опорным напряжением положительной или отрицательной полярности соответственно, которые поступают через коммутаторы 20, 21 . Таким образом в процессе преобразования исключается влияние погрешностей, возникающих при изготойлении квантованного элемента 1. 2 ил.

Q

г Q 5

Q

5

16 устанавливается в нулевое состояние. Сброс счетчика 16 в нуль может производиться как при помощи импульса, сформированного на выходе дополнительного фотоприемника, размещенного напротив специальной 1г;ели - маркера (не показаны), так и подачей внещнего импульса, Сброс.

При перемещении квантованного элемента 1 относительно неподвижных щелевых диафрагм 2 из;гучение источника 3 излучения, модулированного сопряжением квантованного элемента 1 и щелевыми диафрагмами 2, попадает на фотоприемники 5, 6, 9 и 10, на выходах которых формируются сигналы треугольной формы. Так как щелевые диафрагмы 2 перед фотоприемниками 5, 6, 9 и 10 сдвинуты друг относительно друга на I/4 W, где W - шаг дорожки квантованного элемента 1, то сигналы треугольной формы сдвинуты друг относительно друга на п /2. Таким образом, на выходах фотоприемников 5, 6 и 9, 10 генерируются противофазные сигналы, поступающие на входы дифференциальных усилителей 7 и 11 соответственно, на выходах которых формируются симметричные относительно нуля аналоговые сигналы (фиг.2а, б), также сдвинутые друг относительно друга на if/2. Эти сигналы поступают на первые входы пороговых формирователей 12.1, 12.2, выходы которых соединены с входами блока 13 формирования импульсов. В связи с тем, что в исходном состоянии при неподвижном квантованном элементе 1 на выходах формирователей 14.1,

УцАп Uon NRX, где Up - напряжение источника 18

напряжения; Ngji - код нд цифровых входах

ЦАП 17.

Следовательно, нулевое напряжение присутствует также на выходе инвертирующего усилителя 19.

Таким образом, в начале перемещения нулевые потенциалы с выходов ЦАП

17и инвертирующего усилителя 19 через коммутаторы 20 и 21, управляемые уровнями с выходов пороговых формирователей 12.1, 12.2, поступают на вторые входы этих формирователей.

Величина напряжения U источника

18определяется по формуле

Uon где и

и

W

- амплитуда сигналов на выходах дифференциальных услителей 7 и 1 I ; Л1 - максимальная погрешность

квантованного элемента I . Так, например, если погрешность А1 квантованного элемента 1 длиною 1 м и с шагом квантования W 40 мкм, рана 5 мкм (М 5 мкм), .а амплитуда и„ сигналов равна 2 В, то величину опорного напряжения необходимо выбрать равной , т.е. 1 В.

Таким образом, в начале диапазона измерения аналоговые сигналы (фиг.2а б) сравниваются с нулевым уровнем и на выходах пороговых формирователей 12.1, 12.2 формируются сдвинутые друг относительно друга на Г/2 сигналы прямоугольной формы (фиг.2в, г), поступающие на входы блока 13 формирования импульсов. На выходах формирователей 14.1, 14.2 фронтов по переднему и заднему фронтам формируются кратковременные импульсы,поступающие .на входы элемента ИЛИ 15, на выходе которого формируется последователь- ность счетных импульсов (фиг,2 д). Таким образом, за один период сигнала формируются четыре счетных импульса. Импульсы с выхода блока 13 поступают на счетный вход счетчика 16, код на выходах которого является цифровым эквивалентом перемещения. При этом выходное напряжение.ЦАП 17 при перемещении квантованного элемента ) на

0

5

0

0

5

0

0 5

весь диапазон измерения L линейно возрастает от О до Vд„ (фиг. 2 е). Так, в случае перемеигения квантованного элемента 1 на величину L/2 выходное напряжение ЦАП 17 будет U(,/2. При этом погрешность Д квантованного элемента 1 равна Д1/2. Следова- тально, начальные фазы сигналов (фиг.2 ж) сдвинуты относительно сигналов в начале диапазона измерения на величину, пропорциональную &1/2. Прямое U( и инвертированное U напряжения (фиг.2 ж) с выходов ЦАП 17 и инвертирующего усилителя 19 поступают на входы коммутаторов 20 и 21, выходы которых соединены с вторыми входами пороговых формирователей 12.1, 12.2 соответственно. При нулевом значении прямоугольного сигнала на выходе порогового формирователя 12.2 (фиг,2 г) коммутатор 21 пропускает на второй вход формирователя 12.1 напряжение 1 положительной полярности 5 с выхода ЦАП 17. При единичном значении прямоугольного сигнала на выходе формирователя 12.2 коммутатор 21 пропускает напряжение отрицательной полярности с выхода инвертирующего усилителя 19.

По результатам сравнения аналогового сигнала с напряжениями U и U (фиг.2 ж) формируется первый сигнал прямоугольной формы (фиг.2 з). Как видно из диаграмм (фит.2 ж, з), погрешность Л1/2 не приводит к погрешности воспроизведения уровней квантования и, следовательно, к погрещ- ности преобразователя в целом.

На диаграмме (фиг.2 ж) величины напряжений U и U для двух периодов аналогового сигнала показаны неизменными, так как выходное напряжение ЦАП 17 при перемещении квантованного элемента 1 на 2 W изменяется крайне незначительно. Так, в случае использования квантованного элемента 1 с шагом квантования 40 мкм и длиной 1 м напряжение на выходе ЦАП 17 изменя5

ется на U /125000.

Аналогичным образом формируется второй сигнал прямоугольной формы.

Таким образом, устраняется влияние погрещности квантованного элемента 1 на точность преобразования. Формула изобретения

аналоговые сигналы, сдвинутые друг относительно друга на IV/Z, сравнении этих сигналов с сигналом соответствующего уровня, формировании по резуль- татам сравнения первого и второго сигналов прямоугольной формы, формировании импульсов по фронтам сигналов прямоугольной формы, формировании выходного кода путем подсчета количест- ва импульсов, отли-чающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в нем выходной код преобразуют в опорные напряжения положительной и отрицательной полярное- ти, сравнение первого аналогового сигнала осуществляют с опорным напряжением положительной полярности при одном значении второго сигнала прямоугольной формы и с опорным напряже- нием отрицательной полярности при другом значении второго сигнала прямоугольной формы, а сравнение второго аналогового сигнала осуществляют с опорным напряжением положительной по- лярности при одном значении первого сигнала прямоугольной формы и с опорным напряжением отрицательной полярности при другом значении первого

сигнала прямоугольной формы. . I

W (К+1/4), где К - целое число, источник излучения, оптически связанный через квантованный элемент и щелевые диафрагмы с входами блоков фотоприемников, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго пороговых формирователей, вьгхоДы пороговых формирователей соединены с входами блока формирования импульсов, выход которого соединен со счетным входом счетчика, отличающееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены циф1)оанапо- говый преобразователь, инвертирующий усилитель, два коммутатора и источник напряжения, выходы счетчика соединены с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя, аналоговый вход которого подключен к выходу источника напряжения, выход цифроаналогового преобразователя соедиАен с первыми информационными входами коммутаторов и с входом инвертирующего усилителя, выход которого соединен с вторыми информационными входами коммутаторов, выход первого порогового формирователя соединен с управляющим входом первого коммутатора, выход которого соединен с вторым входом второго порогового формирователя, выход второго порогового формирователя соединен с управляющим входом второго коммутатора, выход которого соединен с вторым входом первого порогового формирователя.

С

ж

тI IX I

t7f/2

JI г