Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код Советский патент 1991 года по МПК H03M1/24 

(72) В.Б. Богданович, А.П. Кияновский, боростроении, АСУ ТЛТ и др. Целью

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, при

А.Л. Паламарчук и Ю.В. Ушенин (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 864320, кл. Н 03 М 1/26, 1980. Авторское свидетельство СССР № 1197077, кл. Н 03 М 1/24, 1984.

чЧ иУхУ ,

, . V Ґ - V ;--У . .

}K ;mf« f№vM $&&«« && &

I ..J:- -jV n;:;vr ifc.v-i г-

I1-Л .У J VI.- .... I ,1.11. ...4 I

.. , «7.... .. { 4 S

1 fXyVVyylY f A Л i S- -/SSf

t/Sff/ЛY ///J(Y/S/sA l/SSS/t

i:A-:..-.T : i.i.j.-r П.-..-.-.-Г

feJJ

7p ffyifW .. .-- -Г У УЙ

7-гг |Г --- J -- ILЧУ У;.. J

изобретения является повышение точности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь, содержащий источник света, элементы ИЛИ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, фотоприемник 1 (n+j-разрядный), инфор//

,

yS ffS/ // }jrfsS/r//J/S f/J f /

т

$&&«« && &

vr ifc.v-i г-

. I ,1.11. ...4 I

.. { 4 S

/J

(Л

ф

D 00

а

Фиг.1

мационные электроды 5 которых соединены с первыми входами компараторов 10 и 16, дополнительно введены (j-l)2 компараторов 16, (j-l)2 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, а п-разрядная часть фотоприемника 1 содержит по две пары кодовых дорожек на каждый разряд. Эти пары кодовых дорожек идентичны паре кодовых дорожек младшего разряда n-разрядной части фотоприемника 1, вы

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, АСУ ТП и др.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя; на фиг.2- временные диаграммы работы преобразо- вателя.

Преобразователь перемещений в код содержит фотоприемник 1 с подложкой 2, содержащий электроды 3 и 4 питания, информационные электроды 5, фоточувствительные ячейки светочувствительные и светонечувствительные участки 6 и 7, источники 8 питания, источник света (не показан, формирую ший световой штрих 9, группу из п компараторов 10, элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11, элементы ИЛИ 12, выхода 13, шину 14 общего потенциала, входы 15 опорного сигнала, группу из двух компараторов 16 и 16г и (j-1) групп компараторов 16$...16б.

Фотоприемник 1 имеет две части: одну на п разрядов, а другую на j разрядов

Преобразователь работает следующим образом.

В основу работы преобразователя положен метод возбуждения световым штрихом 9 локальной зоны многоэлементного фотоприемника 1, кодирующие функции которого обеспечивает специальная топология. Световой штрих 9, формируемый оптической системой источника света, попадает на рабочее поле фотоприемника 1 и перекрывает все кодовые дорожки по линии считывания. На нагрузочном резисторе, общем для каждой пары кодовых дорожек, фоточувствительные ячейки 6 и 7 кото

5 399d

полненной, в соответствии с кодом Грея, и сдвинуты относительно пары кодовых дорожек младшего разряда п-разрядной части фотоприемника 1 на величину , i Данное выполнение j-разряд- ной части ботоприемника 1 и соответствующая обработка сигналов, снимаемых с кодовых дорожек, позволяет расширить разрядность преобразователя, т.е. повысить его точность. 2 ил.

0

0

5

5

0

0

45

5

рых сдвинуты друг относительно друга на величину, равную длине этих ячеек 6 и 7, возникает сигнал, являющийся алгебраической суммой сигналов с каждой из дорожек этой пары. Поскольку направления токов в дорожках при этом различны, то суммарный тем- новой ток отсутствует и на нагрузочном резисторе при движении светового штриха 9 возникает периодическая последовательность положительных и отрицательных сигналов первичного фототока проводимости. Форма сигналов с кодовой дорожки младшего разряда n-разрядного фотоприемника и всех кодовых дорожек j-разрядного фотоприемника является пилообразной, как показано на фиг.2 (б,в,г,д,е). Форма сигналов с более старших разрядов будет трапецеидальной, как это имеет место в n-м разряде преобразователя, показанном на фиг.2а. Сигналы со всех кодовых дорожек, включая кодовые дорожки j-разрядного фотоприемника, поступают на вход групп 10 и 16 компараторов с определенными уровнями компарации, В качестве источника опорного напряжения для всех разрядов n-разрядного фотоприемника и первого разряда j-разрядного фотоприемника выбрана шина 14 нулевого потенциала. В те моменты, когда на информационном электроде 5 какого-то разряда наблюдается положительный сигнал, на выходах соответствующих компараторов 10 и 16 имеется логическая 1м,а в моменты, когда сигнал отрицательный, на выходах компараторов 10 и 16 присутствует логический О. Непосредственная комбинация этих логических сигналов, снимаемая с выходов компараторов, подключенных к информационным электродам 5 п-раз516:

ядного фотоприемника, дает п-разряд- ый параллельный код рея (фиг.2ж,з) ервый разряд j-разрядного Лотоприем- ика, повышающий разрядность преобазователя до величины (п+1), полуается путем логического сложения по одулю два сигналов с выходов компараторов 16,, и ,2и,к), на входы которых поступают сигналы с первых двух пар кодовых дорожек -разрядного фотоприемника, сдвинутых относительно пары кодовых дорожек младшего разряда n-разрядного фотоприемника. Второй дополнительный разряд, повышающий разрядность преобразоватепя до величины (п+2), получается следующим образом. С первой пары кодовых дорожек этого разряда сигналы поступают одновременно на входы двух компараторов 16 и 16, на вторые входы которых подается разнопопярное опорное напряжение. Это опорное напряжение ется по Формуле

Uon(j,k)t(2k+l/2rl )Го, где ,2,3... - номера разрядов, повышающих разрядность преобразователя до величины (n+j); k - целочисленный ич- деке, изменяющийся в пределах от 0 до величины (21 -I) включительно, для данного числа j.i.

Конкретные значения величины опорных напряжений выбираются следующим образом. Поскольку мы рассматриваем второй дополнительный разряд, то переменная j равняется двум, т.е. индекс k принимает значение О, Таким образом находим по формуле, что вели- чины опорного напряжения принимают значения Uon(2,0)±U0/2, т.е. они должны быть равны половине амплитуды сигнала, Для второй пары дополнительных кодовых дорожек, сигналы с которых поступают на входы следующей пары компараторов 165 и 16, используются те же величины опорных напряжений. На фиг,2л,м,н,о показаны выходные сигналы с этих двух пар компараторов 16-j, 16 и 165-, 16g, которые затем поступают на входы двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ НЛП 1. На вход первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 поступают сигналы с выходов пары компараторов 16 и 16f. Аналогично на

Q96

входы второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 11 поступают сигналы с выходов другой пары компараторов 16 и 16g. Далее сигналы с выходов элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 1 поступают на вход элемента ИЛИ 12, выход которого есть выход (п+2)-го разряда преобразователя. Описанная выше схема повышения

разрядности преобразователя путем добавления только двух дополнительных разрядов к уже существующим п разрядам с1ютоприемннка изображена в комбинациях входных сигналов с соответствующих точек схемы преобразователя на . 2п,р, с,т„ Аналогичным возможно дальнейшее повышение разрядности преобразователя, а значит и его разрешающей способности.

Комбинация выходных сигналов с п-раз- рядного фотоприемчнка и сигналов с выходов элементов ИЛИ 12 дополнительных j разрядов даст цифровой эквивалент координаты светового штриха 9

в виде (n+j)-ра- рядного кода Грея

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь

перемещений в код, содержащий первый

элемент ИСКПЮЧАЮ ЦЕЕ ИЛИ, элементы ИЛИ, j- и n-разрядныо (Ьотоприемники, оптически связанные с источником света и выполненные в виде набора пар кодовых дорожек, выполненных ич чередую Зихся одинаковых в каждой паре светочувствительных и светонечувствитель- ных участков, в каждой паре кодовые дорожки смещены одна относительно другой на величину участка этой пары и

разделены информационным электродом, кодовые дорожки в каждой паре размещены между электродами питания, являющимися общими для соседних пар кодовых дорожек, п разрядный Дотоприемник

содержит по одной паре кодовых дорожек на каждый разряд, информационные электроды n-разркдного йотоприемника соединены с первыми входами соответствующих п компараторов группы,

вторые входы которых соединены с шиной общего потенциала, нечетные электроды питания обои фотопрнемников соединены с отрицательным выходом первого источника питания, положительный выход которого соединен с шиной общего потенциала и отрицательным выходом второго источника питания, положительный выход которого соединен с четными электродами питания обоих

фотоприемников, информационные электроды j-разрядного Фотоприемника сое4- динены с первыми входами соответствующих j компараторов, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, ь него введены (j-l)2 компараторов и (j-1)2 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а количество элементов ИЛИ равно j-I, кодовые дорожки п-разрядного фотоприемника выполнены в соответствии с кодом Грея, j-разрядный фотоприемник содержит по две пары кодовых дорожек на каждый разряд, а каждая пара его кодовых дорожек идентична паре кодовых дорожек младшего разряда n-разрядного фотоприемника, в каждом разряде j-разрядного фотоприемника пары кодовых4 дорожек смещены относи- тельно пары кодовых дорожек младшего разряда п-разрядного Аотоприемника на величину )t1 , где L - длина участка кодовой дорожки младшего разряда n-разрядного йютоприемника, ос- тальные компараторы объединены в группу из двух компараторов и в j-1, груп по четыре компаратора в каждой, вторые входы компараторов группы из двух

компараторов соединены с шиной общего потенциала, в каждой из j-1 групп первый вход первого компаратора соединен с первым входом третьего компаратора, первый вход второго компаратора соединен с первым входом четвертого компаратора, вторые входы первого и второго компараторов и вторые входы третьего и четвертого компараторов попарно объединены и являются соответствующими входами раэнополярных опорных сигналов, выходы компараторов группы из двух компараторов соединены с входами первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИПИ, остальные элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ объединены в j-1 групп по два элемента в каждой, выходы первого и второго компараторов каждой из j-1 групп соединены с входами первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ одноименной группы, выходы третьего и четвертого компараторов каждой из j-1 групп соединены с входами второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ одноименной группы, выходы элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ каждой группы соединены с входами одноименных элементов ИЛИ.

i-I -II-I

пппппппппппп

Фиг Z

(п-п-й разряд координата Х(или if)

xftMu $j

Пер fas пара дорожек (п+П-го разряда

XlUJN/lf)

Вторая пара дорожек {п+)-га разряда

Х(или у Первая пара дорожек (.)-гй разряда

Х(или 7

Вторая пара дорожек

()-го разряда

Выход Ю3 координата Х(или f)

хши f) (пи)-й разряд

мили W п+2)-и разряд

X(MtHf)