Преобразователь перемещение - код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных и угловых перемещений элементов следящего привода, рабочих органов станков, подвижных частей приборов и т.п.

Известны применяемые для этой цели преобразователи перемещение-код, содержащие кодовую шкалу с количеством кодовых дорожек, равным числу разрядов выходного двоичного арифметического кода.

Их недостаток - сложность и нетехноло- гичность конструкции кодовой шкалы, вследствие большого количества кодовых дорожек и малого значения периода младшей кодовой дорожки, равного удвоенной величине веса единицы младшего разряда,

Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещение-код, содержащий кодовую шкалу с периодом расположения активных и пассивных участков (5-2р, где 6- вес единицы младшего разряда, р - число разрядов, считывающих элементов, расположенных вдоль нее с шагом (5(1 + 2п), где п - любое целое число. Известный преобразователь содержит также преобразователь кодов считывающих элементов в двоичный арифметический код, выполненный на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, разрядные выходы которого являются выходами преобразователя перемещение- код. В этом преобразователе перемещение-код устранен недостаток, присущий аналогу, но в нем велика вероятность сбоя выходного кода из-за погрешностей считывающих элементов, приводящих к смещению момента их срабатывания (геометрические погрешности расположения, дрейф выходного сигнала и порога срабатывания, несовершенства оптической или иной физической системы, обеспечивающей работу считывающих элементов), что снижает точность известного преобразователя.

Вследствие упомянутых погрешностей считывающих элементов очередность, в которой должны происходить изменения их сигналов при перемещении относительно

кодовой шкалы, нарушается, код считывающих элементов соответственно видоизменяется, а результат его преобразования в двоичный арифметический код создает погрешность, превышающую погрешность момента срабатывания считывающих элементов.

Целью изобретения является повышение точности.

Эта цель достигается тем, что в преобразователь перемещение-код, содержащий кодовую шкалу с периодом (5-2р расположения активных и пассивных участков, где 6- вес единицы младшего разряда, р - число разрядов, считывающих элементов,

расположенных вдоль кодовой шкалы с шагом д (1 + 2п), где п - целое число, преобразователь кода, разрядные выходы которого являются выходами преобразователя перемещение-код, введены пороговых элементов, а выходы пороговых элементов соединены с входами преобразователя кода, выходы пары считывающих элементов, расстояние между которыми равно 5(2Р х хК ±1), где К - целое число, связаны соединительным блоком, содержащим две параллельно-встречно включенные цепи из последовательно соединенных инвертора и резистора, если число К - нечетное, или один резистор, если К - четное.

Однако совокупность введенных признаков обеспечивает получение сверхсуммарного положительного эффекта, заключающегося в повышении точности преобразователя за счет исключения сбоев

его выходного кода, возникающих вследст- вии погрешностей считывающих элементов. Введение дополнительных блоков между выходами считывающих элементов позволяет упорядочить очередность срабатывания пороговых элементов за счет

выравнивания сигналов, возникающих на входе пороговых элементов при перемещении считывающих элементов вдоль кодовой шкалы.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого преобразователя для р 4, п 8; на фиг. 2 - графики изменения сигналов на выходах считывающих элементов, на входах и выходах пороговых элементов как функции преобразуемого перемещения для случая, когда из-за погрешностей моменты срабатывания третьего и шестого считывающих элементов смещены на -д, а четвертого и седьмого на + б; на фиг. 3 - графики изменения выходного кода известного и предлагаемого преобразователей; на фиг. 4 - блок-схема предлагаемого преобразователя для р 4, п 2.

Предлагаемый преобразователь перемещение-код содержит кодовую шкалу 1, расположенные вдоль нее считывающие элементы 2-1,2-2, ..., 2-8, пороговые

элементы 3-1,3-2 3-8. входное

сопротивление которых задается резисторами 4-1,4-2 ..., 4-8, преобразователь 5 кода может быть выполнен на логических элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ б как преобразователь кода считывающих элементов в двоичный арифметический код,

блоки 7 - 1,7-2 7 - 8, из которых

восьмой содержит две параллельно-встречно включенные цепи, состоящие каждая из последовательно соединенных инвертора 8 и резистора 9, а остальные содержат по одному резистору 10. Соединительные блоки 7 связывают попарно выходы первого и второго, второго и третьего, третьего и четвертого, четвертого и пятого, пятого и шестого, шестого и седьмого, седьмого и восьмого, восьмого и первого считывающих элементов.

Выходы считывающих элементов 2 связаны с входами пороговых элементов 3. выходы пороговых элементов 3 соединены с входами преобразователя 5 кодов, разрядные выходы которого являются выходом предлагаемого преобразователя перемещение-код.

Пунктиром (фиг. 2) показаны сигналы

11-1, 11-2 11-8 считывающих элементов

2-1, 2-22-8, сплошными линиями - сигналы 12-1,12-212-8 на входах пороговых

элементов 3-1,3 23-8, штрихпунктирными линиями - уровень срабатывания пороговых элементов, сплошной линией типа меандр - выходные сигналы пороговых элементов.

На фиг. 3 пунктирной линией 13 показана зависимость выходного кода N от перемещения х для известного преобразователя перемещение-код, сплошной линией 14 - для предлагаемого, погрешности считывающих элементов в обоих случаях такие же, как

на фиг. 2.

Соединительные блоки 7-1, 7-2, 7-3 (фиг. 4) содержат по две параллельно- встречно включенные цепи, состоящие каждая из последовательно соединенных

инвертора и резистора 9, а блоки 7-4, 7-5,... 7-8 содержат по одному резистору 10, соединительные блоки 7 связывают выходы первого и шестого, второго и седьмого, третьего и восьмого, четвертого и первого,

пятого и второго, шестого и третьего, седьмого и четвертого, восьмого и пятого считывающих элементов.

Предлагаемый преобразователь работает следующим образом.

При перемещении считывающих элементов 2 относительно кодовой шка/ш 1, те или иные считывающие элементы оказываются попеременно то против активных участков кодовой шкалы, то против пассивных.

Соответственно на их выходах появляются сигналы высокого или низкого уровня, на выходах пороговых элементов формируются соответственно логические единицы или нули, которые в совокупности образуют код

считывающих элементов. Этот код изменяется при движении считывающих элементов относительно кодовой шкалы, на перемещении, равном периоду кодовой шкалы, он содержит 2Р неповторяющихся кодовых

комбинаций, каждая из которых с помощью преобразователя 5 кодов преобразуется в соответствующее р-разрядное слово двоичного арифметического кода. Очередность, по которой считывающие элементы 2 достигают границ между участками кодовой шкалы и переходят с одного участка на другой, определяется расстоянием между ними, а именно считывающие элементы переходят с участка на участок один вслед за другим,

если расстояние между ними равно с5(2р х х К±1), где К -целое число. Выходы этих считывающих элементов связаны между собой соединительным блоком. Поэтому при возрастании выходного сигнала первого из

упомянутых считывающих элементов, когда он переходит с пассивного участка кодовой шкалы на активный, одновременно изменяется сигнал на входе порогового элемента, соответствующего второму из упомянутых

считывающих элементов.

При этом, если второму считывающему элементу также предстоит переход от пассивного участка к активному (число К - четное), сигнал на его пороговом элементе

растет, так как в этом участке соединительный блок представляет собой резистор, если же второму считывающему элементу предстоит переход от активного участка к пассивному (число К - нечетное), сигнал на входе соответствующего порогового элемента уменьшается, так как в этом случае соединительный блок представляет собой две параллельно-встречно включенные цепи, состоящие каждая из последовательно соединенных инвертора и резистора. В обоих случаях при переходе первого считывающего элемента на активный участок кодовой шкалы сигнал на входе порогового элемента, соответствующего второму считывающему элементу, заранее изменяется в сторону, благоприятствующую его предстоящему возможному срабатыванию.

Аналогично предлагаемый преобразователь работает и при переходе первого считывающего элемента с активного участка кодовой шкалы на пассивный. Благодаря соединительным блокам, сигнал на входе каждого порогового элемента определяется на только сигналом соответствующего считывающего элемента, но и всех остальных считывающих элементов, являясь их взвешенной суммой, причем веса отдельных слагаемых определяются расположением считывающего элемента относительно данного порогового элемента, а также значени- ями резисторов 9 и 10, входящих в соединительные блоки, и резисторов 4, входящих в пороговые элементы. Конкретные значения весовых коэффициентов можно получить известными методами анализа линейных электрических цепей постоянного тока. Например, для варианта блок-схемы предлагаемого преобразователя (фиг. 1) при одинаковых величинах всех резисторов сигналы Н, Иis на входах пороговых элементов следующим образом зависят от сигналов ho, i20,.,-, ieo считывающих элементов:

il 0,619 +0,617.iio + 0,236. J20 + +0,0902 . зо + 0,0344 . Uo + 0,0132 . iso+ + 0,00507 . ieo + 0,00203 . - 0,617 . ieo; Z 0,238 + 0,234 . Ho + 0,472 . (20 + + 0,18 . Iso + 0,0689 . Uo + 0,0263 . iso+ + 0,0101 . ieo + 0,00405 . - 0,234 . iso; 13 0,0952 + 0,0851 . iio + 0,18 . i20 + + 0,451 . 1зо + 0,172 . Mo + 0,0659 . IBO + + 0,0253 . ieo + 0,0101.. - 0,0851 . iso; U 0,0476 + 0,0213 . Ho + 0,0689 . i20 + + 0,172 . зо + 0,448 . Uo + 0,171 . I5o+ + 0,0659 . ieo + 0,0263 . - 0,0231 . iso; is 0,0476 - 0,0213 . Ho + 0,0263 . i20+ + 0,0659 . зо + 0,171 . Uo + 0,448 . iso+ + 0,172 . ieo - 0,0689 . + 0,0213 . iao; le 0,0952 - 0,0851 . Ho + 0,0101 i2o+

+ 0,0253 . зо +0,0695 . Uo + + 0,172 . iso+ 0,451 . leo + 0,18 . + 0,0851 . iso; I 0,238 - 0,234 . |10 + 0,00405 . i20+

+ 0,0101 . iso + 0,0263 . 140 + 0.0689 . iso+

+ 0,18 . ieo + 0,472 . + 0,234 . iso; is 0,619 - 0,617 . Ho + 0,00203 . (20+ + 0,00507. 1зо + 0,0132 . Uo + +0,0344 . (50 + 0,902 . ieo + 0,236 . iyo +

+0,617.ieo.

Благодаря соединительным блокам (фиг. 2), сигналы 12 на входах пороговых элементов достигают уровня срабатывания последовательно друг за другом в порядке

нарастания их номеров, несмотря на то, что сигналы 11 считывающих элементов из-за погрешностей считывающих элементов достигают этотуровень с нарушениями порядка следования. Благодаря этому

погрешность предлагаемого преобразователя менее кванта преобразования, вто время как погрешность известного преобразователя при тех же условиях достигает двух квантов.

Таким образом, по сравнению с прототипом удалось добиться повышения точности преобразования, а именно снижения погрешности предлагаемого преобразователя до величины, не превышающей одного

кванта преобразования, за счет исключения сбоев выходного кода, возникающих вследствие погрешностей считывающих элементов.

Формула изобретения

Преобразователь перемещение-код, содержащий кодовую шкалу с периодом (5х х2р расположения активных и пассивных участков, вес единицы младшего разряда, ар- число разрядов, считывающих элементов, расположенных вдоль кодовой шкалы с шагом 5.(1 + 2п), где п - целое число, преобразователь кода, разрядные выходы которого являются выходами преобразователя перемещение-код, о т л ичающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены 2Р соединительных блоков и пороговых элементов, входы которых подключены к выходам считывающих элементов, а выходы пороговых элементов соединены с входами преобразователя кода, выходы пары считывающих элементов, расстояние между которыми равно (5( К±1), где К - целое число, связаны соединительным блоком, содержащим две параллельно-встречно вклю- ченные цепи из последовательно соединенных инвертора и резистора, если число К- нечетное, или один резистор, если К - четное.

-. .tr-6

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных и угловых перемещений элементов следящего привода деталей станков, подвижных частей приборов и т.п. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Цель достигается тем, что в преобразователь перемещение-код, содержащий кодо

Фиг.З

г-8