Устройство преобразования угловой скорости в код Советский патент 1991 года по МПК G01P3/36 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, в частности в станках с ЧПУ, работотехнических системах, в системах автоматизации технологического процесса.

Цель изобретения - повышение функциональных возможностей преобразователя угловой скорости в код путем определения знака угловой скорости и.угла поворота.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства преобразования угловой скорости в код: на фиг.2 - вид спирали диска (а), функциональная схема фотоприемника (б), функциональная схема блока развертки и синхронизации (в); на фиг.З - функциональная схема блока обработки сигналов (а), функциональная схема блока формирования выходного кода (б); на фиг.А временные диаграммы работы устройства.

Устройство содержит источник 1 света, непрозрачный диск 2 с диафрагмой в виде спирали 3, линейный многоэлементный фотоприемник 4 с матричной линейной фазо- чувствительной поверхностью, управляющие, запускающие и тактирующие входы которого по шинам 5 и 6 соединены с блоком 7 развертки и синхронизации, а его выход по шине 8 подключен к сигнальному входу блока 9 обработки сигналов, к управляющему входу которого по шине 10 подключен тактовый выход блока 7 развертки и синхронизации, выход синхронизации и высокочастотный выход которого подключены по шине 11. 12 к синхронизирующему и тактовому входам блока 13 формирования выходного кода соответственно. К сигнальному

О СЛ

м ел

GJ

входу блока формирования выходного кода по шине 14 подключен выход блока 9 обработки сигналов. Выходы блока формирования выходного кода по шинах 15-17 являются выходами устройства. По шинам 15-17 выдается информация об угловой скорости, направлении и угле поворота соответственно. Спираль может быть выполнена в виде спирали Архимеда (фиг.2а).

Многоэлементный развертывающий фотоприемник 4 может быть, например, выполнен в виде интегральной МДП-фотоди- одной матрицы 18 со встроенными регистрами стирания 19 и считывания 20, выходы которых подключены к входам стирания и считывания оптических элементов матрицы, регистры имеют по одному запускающему и по два тактовых входа (фиг.26).

Блок 7 развертки и синхронизации содержит генератор 21 импульсов, триггер 22, делитель 23 частоты и блок 24 задержки, тактовый выход генератора 21 импульсов подключен к управляющему входу блока 9 обработки сигналов и является входом триггера 22, а высокочастотный выход 12 под- ключей к блоку 13 формирования выходного кода, триггер 22, делитель 23 частоты и блок 24 задержки последовательно подключены друг за другом и их выходы являются управляющими входами фотоприемника 4, сиг- нальным выходом которого является шина 8.

Блок 9 обработки сигналов содержит усилитель 25, блок 26 выборки и хранения, фильтр 27 низких частот, амплитудный дис- криминатор 28, содержащий последовательно подключенные друг за другом амплитудный детектор 29 и компаратор 30, второй вход которого подключен к входу амплитудного детектора 29. Усилитель 25, блок 26 выборки и хранения, фильтр 27 низких частот и амплитудный дискриминатор 28 последовательно подключены друг к другу. Выход фотоприемника 4 является входом усилителя 25, тактовый выход усили- теля 25, тактовый выход 10 блока 7 развертки и синхронизации подключен к входу синхронизации блока 26 выборки и хранения. Выход амплитудного дискриминатора является выходом блока обработки сигна- лов.

Блок 13 формирования выходного кода содержит четыре триггера 31-34, четыре схемы И 35-38, схему ИЛИ 39, реверсивный счетчик 40, счетчик 41. Первый вход схемы И 35 соединен со счетным входом триггера 31 и выходом блока 9 обработки сигналов по шине 14, а второй вход - со счетным выходом триггера 32, а выход - с первым входом схемы ИЛИ 39. Первый и второй входы схемы И 36 соединены с выходом триггера 31 и с выходом триггера 32 и шиной 12 соответственно, а выход - с вторым входом схемы ИЛИ 39, выход которой подключен к первым входам схем И 37 и 38, выходы которых подключены к счетным входам счетчика 40. Вторые входы схем И 37 и 38 соединены с прямыми инверсным выходами триггера 34. Счетный вход триггера 32 по шине 12 соединен с высокочастотным выходом блока 7 развертки и объединен с вторым входом схемы И 36. Вход обнуления триггера 34 является синхронизирующим входом 11 блока 13 формирования выходного кода и объединен с входом триггера 34 и входом обнуления счетчика 41, выходы которого по шине 17 являются выходами устройства по углу поворота. Вход триггера 32 является тактовым входом блока 13 формирования выходного кода . Выходы схем И 37 и 38 соединены с входами прямого и обратного счета реверсивного счетчика 40 соответственно, выходы которого по шине 15 являются выходами устройства по скорости. Выход нуля счетчика 40 подключен к первому входу триггера 33, второй вход которого обьеди- нен с выходом 42 синхронизации устройства, а выход триггера 33 по шине 16 является выходом устройства по направлению поворота.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника 1 света попадает через непрозрачный вращающийся диск 2 на неподвижно закрепленный многоэлементный развертывающий фотоприемник 4, установленный параллельно поверхности диска 2. Свет, проходя через диафрагму в виде спирали 3, попадает на многоэлементный развертывающий фотоприемник 4 в виде световой полоски, положение которой на многоэлементном развертывающем фотоприемнике 4 определяется углом поворота диска 2. В случае применения спирали Архимеда зависимость между ними будет линейной.

Блок 7 развертки и синхронизации формирует сигналы, обеспечивающие выполнение операций преобразования сигналов с многоэлементного развертывающего фотоприемника 4:

управляющие импульсы со скважностью 4 и сдвинутые друг относительно друга на половину периода (фиг.46,в), которые подаются по шине 5 на тактовые входы многоэлементного развертывающего фотоприемника 4:

тактовые импульсы скважностью 2, которые подаются по шине 10 на управляющие входы блока 9 обработки сигналов:

импульсы запуска регистров стирания 19 и считывания 20, задержанные друг относительно друга на интервалах времени ТНа коп. развертки фотоприемника 4 (фиг.4г,д), которые подаются по шине 6 на входы многоэлементного развертывающего фотоприемника 4, а также через шину 11 на вход блока 13 формирования выходного кода.

Интервал времени накопления Тнакоп. определяет экспозицию и, следовательно, чувствительность фотоприемника 4. Кроме того, блок 7 развертки и синхронизации формирует высокочастотные импульсы, которые по шине 12 подаются на блок 13 формирования выходного кода. Частота этих импульсов в 10-100 раз выше частоты тактовых импульсов.

В соответствии с перечисленными уп равляющими сигналами, которые формируются в блоке 7 развертки и синхронизации. выполняются следующие операции преоЕ разования изображения световой марки на фотоприемнике 4.

Изображение световой марки на фотоприемнике 4 (фиг.4а) вызывает изменение уровня напряжения в отдельных ячейках интегральной МДП-фотодиодной матрицы 18, в результате чего распределение выходного сигнала фотодиодных ячеек во времени при считывании пропорционально пространственному распределению интенсивности света по сечению световой марки, совпадающему с продольной осью фотоприемника 4.

Регистр 19 стирания обеспечивает приведение уровня сигналов ячеек фотодиодной матрицы 18 в исходное состояние. Со сдвигом во времени на интервале Тчакоп регистр 20 считывания обеспечивает последовательное переключение каждой фотодиодной ячейки матрицы 18 к выходу фотоприемника 4. Токовый сигнал, поступающий с выхода фотоприемника 4 на вход блока 9 обработки сигналов, преобразуется в напряжение и усиливается. Далее сигнал подается в блок 26 выборки и хранения для запоминания на промежуток времени между опросом соседних ячеек фотодиодной матрицы 18 (фиг.4е). Сигнал с выхода блока 26 выборки и хранения (фиг.4е) подается на вход фильтра 27 нижних частот, с выхода которого электрический эквивалент оптического изображения марки - видеосигнал (фиг,4ж) подается на вход амплитудного детектора 29 и компаратора 30 последовательно. На выходе компаратора 30 формируется прямоугольный импульс (фиг.4з), пропорциональный ширине световой марки, что достигается установкой коэффициента передачи амплитудного детектора 29

равным 0,5. За счет этого при возможных изменениях интенсивности источника света, неравномерности амплитуды уровня видеосигнала, вследствие нестабильности

светового потока на фотоприемнике 4, длительность импульса будет оставаться постоянной.

С выхода блока 9 обработки сигналов сигнал подается на один из входов блока 13

0 формирования выходного кода, который обеспечивает измерение промежутков времени между началом опроса и серединой видеоимпульса (фиг.4и л). Для этого производится выделение временного интервала

5 от начала опроса до переднего фронта видеоимпульса с помощью триггера 31 и заполнение его импульсами частотой f« ч , поступающими по шине 12 с помощью схемы И 36 (фиг 4и). Видеоимпульс запопняется

0 импульсами с частого . fn ч /2, формируемыми тршгером 32 с помощью элемента И 35 (фиг 4к). На выходе схемы ИЛИ 39 выделяется сумма этих пачек импульсов, число импульсов в которых пропорционально коор5 динате центра световой марки на фотоприемнике 4 (фиг 4л) которая в свою очередь пропорциональна углу поворота диска 2. Эти импульсы подсчитываются счетчиком 41

0С помощью триггера 34 формируются

импульсы, разделяющие соседние четные и нечетные периоды развертки. Триггер 34 управляется от синхронизирующего входа блока 13 формирования выходного кода по

5 шине 11. При поступлении первого импульса единичный уровень с прямого выхода триггера 34 поступает на вход схемы И 37. которая пропускает сформированные пачки импульсов с выхода схемы ИЛИ 39 на вход

0 прямого счета счетчика 40. В течение следующего периода развертки пачки импульсов поступают через схему И 38 на вход обратного счета счетчика 40, который выделяет разностное число импульсов в пачках за чет5 ные и нечетные периоды. Абсолютное значение этой разности пропорционально величине скорости. Если эта разность отрицательна, то на выходе нуля счетчика 40 появляется импульс, который устанавлива0 ет триггер 33 в единичное состояние. Высокий уровень по шине 16 соответствует тому, что направление вращения диска 2 и смещение световой марки совпадают с направлением развертки фотоприемника 4. Низкий

5 уровень соответствует обратному направлению. Величина угла поворота, которая определяется счетчиком 41, выделяется на выход устройства по шине 17.

Масштабы выходных значений скорости и угла поворота на шинах 15 и 17 определаются значением периода развертки Т и частотой заполнения fB.4. При необходимости можно провести суммирование и усреднение результатов измерений, для чего обнуления счетчиков 40 и 41 необходимо производить реже.

Формула изобретения Устройство преобразования угловой скорости в код, содержащее последовательно расположенные источник света, непроз- рачный кодовый диск с диафрагмой, линейный многоэлементный фотоприемник, связанный с блоком обработки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем опре- деления знака угловой скорости и угла поворота, диафрагма в непрозрачном диске выполнена в виде спирали Архимеда, фотоприемник выполнен многоэлементным с матричной линейной фоточувствительной поверхностью, блок обработки выполнен

одноканальным, дополнительно введены блок развертки и синхронизации и блок формирования выходного кода, управляющие выходы блока развертки и синхронизации соединены с соответствующими входами фотоприемника и с управляющим входом блока обработки, синхронизирующий и высокочастотный выходы блока развертки и синхронизации соединены соответственно с синхронизирующим и тактовым входами блока формирования выходного кода, выход блока обработки соединен с входом блока формирования выходного кода, выходы которого являются выходами устройства, причем блок обработки сигналов содержит последовательно соединенные блок выборки-хранения, фильтр нижних частот и амплитудный дискриминатор, а управляющий вход блока выборки-хранения является соответствующим входом блока обработки сигналов.

Изобретение относится к контрольно измерительной технике и может быть использовано в машиностроении, в частности в станках с ЧПУ, робототехнических системах и др. Цель - расширение функциональных возможностей устройства преобразования угловой скорости в код путем определения знака угловой скорости и угла поворота. Устройство содержит источник света, непрозрачный диск с диафрагмой, линейный многоэлементный фотоприемник, связанный с блоком обработки, блок развертки и синхронизации, связанный с фотоприемником, блоком обработки и с введенным блоком формирования выходного кода, который связан также с блоком обработки, а выходы которого являются выходами устройства, причем диафрагма выполнена в виде спирали Архимеда, а фотоприемник выполнен развертывающим. 4 ил. СП

}

-0-

w

Л

1

Ж

Г«

:L

№ I

зо

Л)

14

И-Н

13

f5

0

; -

17 &

(|

hi

тат 6м.

Г 1

2Ттахт Ј.ч.

т«

ч-

г t