Преобразователь перемещения в код Советский патент 1992 года по МПК H03M1/24 H03M1/28 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в устройствах программного управления станками и радиотелескопами.

Целью изобретения является повышение точности преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 - функциональная схема формирователя напряжений смещения; на фиг.З-диаграммы, поясняющие работу преобразователя перемещения в код; на фиг, 4 - функциональная схема формирователя корректирующего сигнала; на фиг. 5 - формирователь амплитуды; на фиг. 6 - формирователь кода адреса.

Преобразователь перемещения в код содержит первичный преобразователь 1 перемещения в аналоговые сигналы, содержащий блок 1 перемещения в аналоговые

сигналы, содержащий блок 2 излучателей, измерительный 3 и индикаторный 4 диски, фотоприемники 5 и 6 и усилители 7 и 8, суммирующие усилители 9 и 10, инверторы 11 и 12, компараторы 13 и 14, формирователь 15 напряжений смещения, формирователи 16 и 17 корректирующих сигналов, формирователи 18-21 амплитуд, элемент 22 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, селектор 23 сигналов октантов, содержащий аналоговые коммутаторы 24 и 25, компаратор 26, элемент 27 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, аналого-цифрой преобразователь (АЦП) 28, формирователь 29 кода адреса, постоянное запоминающее устройство 30 и распределитель 31 импульсов.

Формирователь 15 напряжений смещения содержит регистры 32 и 33, цифроана- логовые преобразователи 34 и 35,

4

ч ч

ГО

N

О

источники 36 и 37 опорного напряжения, блок 38 делителей напряжения, суммирующие усилители 39 и 40.

Каждый из формирователей 16 и 17 корректирующих сигналов содержит регистр 41, цифроаналоговый преобразователь 42, делитель 43 и суммирующий усилитель 44.

Каждый из формирователей амплитуд 18-21 содержит регистр 45 и цифроаналоговый преобразователь 46.

Формирователь 29 кода адреса содержит формирователи 47 и 48 прямых и инвер- тированных прямоугольных импульсов, формирователи 49 и 50 импульсов переднего и заднего фронта, блок 51 формирования счетных импульсов, реверсивный счетчик 52, генератор 53 и счетчик 54.

Преобразователь работает следующим образом.

Световой поток от блока 2 излучателей через щели измерительного 3 и индикаторного 4 дисков попадает на чувствительные площадки фотоприемников 5 и 6, на которых выделяются электрические сигналы, пропорциональные падающему на них световому потоку. Эти сигналы усиливаются усилителями 7 и 8 и поступают на выходы первичного преобразователя 1. При вращении вала преобразователя излучение модулируется растровым сопряжением и на выходах первичного преобразователя 1 образуются сигналы Ui и U2, по форме близкие к синусоидальным (фиг.За, б). Сигналы Ui и U2 поступают на входы суммирукадих усилителей 9,10, на вторые входы которых поступают напряжения смещения Uoi и Uo2, вырабатываемые формирователем 15 напряжения смещения. В идеальном случае на выходах усилителей 9, 10 выделяются сигналы Уз и U4, симметричные относительно нуля и по форме повторяющие сигналы Ui и U2 (фиг.Зв.г). Компараторы 13 и 14, работающие в режиме нуль-органа, формируют из сигналов Us и Щ логические сигналы, первый из которых является сигналом первого разряда выходного кода, а второй смещен относительно первого на четверть шага измерения (фиг. 3 д,е). Логические сигналы, суммируясь по модулю два элементом 22 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, образуют на его выходе сигнал второго разряда выходного ко- дз (фиг.Зж).

Прямые и инвертированные инверторами 11 чл 12 сигналы 1)з и U4 через формиро- ватели 18-21 амплитуд, а кроме того, сигнал Уз непосредственно с выхода усилителя 10 поступают на входы аналогового коммутатора 24 селектора 23 сигналов октантов. Коммутатор 24 управляется сигналами первого и второго разрядов выходного кода таким образом, что на одном из его выходов при низком уровне сигнала первого разряда выделяется прямой сигнал Оз, поступающий с выхода формирователя 18, а при высоком уровне - инвертированный сигнал Уз с выхода формирователя 19 (фиг.З з).

На другом выходе коммутатора 24 при разных уровнях сигналов первого и второго

0 разрядов выходного кода выделяется инвертированный сигнал 1М с выхода формирователя 20, при низких уровнях

сигналов первого и второго разрядов - прямой сигнал U4 с выхода усилителя 10, а при

5 высоких уровнях-прямой сигнал Щс выхода формирователя 21 (фиг. 3 и). Сигналы Us и Us, выделяемые на выходах коммутатора 24, сравниваются по величине компаратором 26, на выходе которого формируется

0 логический сигнал, смещенный относительно сигнала второго разряда выходного кода на четверть шага (фиг. 3 к). Эти сигналы суммируются по модулю два элементом 27 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на выходе которого

5 образуется третий разряд выходного кода (фиг. 3 л). Сигналы Us и Ue поступают также на входы аналогового коммутатора 25, который управляется логическим сигналом, формируемым компаратором 26 таким образом,

0 что на его выход поступает сигнал Us при низком уровне логического сигнала, а при высоком уровне - сигнал Ue (фиг.З м). С выхода коммутатора 25 аналоговый сигнал, по форме близкий к треугольному, поступа5 ет на вход АЦП 28, где формируются младшие разряды выходного кода.

При линейно возрастающей ветви аналогового сигнала на выходе АЦП 28 вырабатывается прямой код, а при линейно

0 убывающей ветви код на выходе АЦП 28 инвертируется сигналом третьего разряда выходного кода.

Младшие разряды кода могут быть также сформированы АЦП 28, как отношение

5 аналогового сигнала на выходе коммутатора 25 и другого аналогового сигнала, полученного преобразованием сигналов Us и Uc при помощи аналогового коммутатора, управляемого таким образом, что при низком

0 уровне сигнала на выходе компаратора 26 выделяется сигнал UG, а при высоком - сигнал Us. В обоих случаях остаточная погрешность преобразования в пределах октантов при необходимости может быть устранена с

5 помощью ПЗУ.

В реальных преобразователях перемещения в код имеет место отклонение фазового сдвига между сигналами Ui и Ua от

номинального значения (я/2) и его измене- в диапазоне измерений, что обусловлено погрешностями, возникающими при нанесении штрихов на оригиналы индикаторного 4 и измерительного 3 дисков, процессом фотолитографии и наличием остаточного эксцентриситета дисков 3 и 4. Кроме того, изменение соотношения площадей прозрачных и непрозрачных штрихов на разных участках дорожки измерительного диска 3 приводит к изменению формы и среднего уровня UCp полного размаха сигна- лов в пределах диапазона измерения. Поэтому при формировании прямоугольных сигналов по уровню, обеспечивающему точное угловое положение фронтов этих сигналов в одной области измерения, в других областях возникают погрешности, приводящие также к погрешностям и внутри шага измерения.

В устройстве для каждой области измерений, где погрешность формирования пря- моугольных сигналов из сигналов Ui и Ua превышает заданную, формирователем 15 напряжений смещения вырабатываются постоянные напряжения Uoi и Uo2, поступающие на вторые входы суммирующих усилителей 9 и 10. Напряжения Uoi м Uo2 выбираются равными по величине значениям сигналов U 1 и U 2 соответственно при углах, отстоящих на величину л, и обратными по знаку. В результате на выходах сум- миругащих усилителей 9 и 10 формируются сигналы Ui и Ua , принимающие нулевые значения при углах с периодом л, но в общем случае смещенные один относительно другого на величину, не равную л/2.

Формирование напряжений смещения осуществляется следующим образом, От источника 37 опорного напряжения через делители 38 на входы суммирующих усилителей 39 и 40 поступает постоянное напряжение, ве- личина которого соответствует нижней границе требуемого напряжения смещения во всем диапазоне измерения.

На вторые входы суммирующих усилителей 39 и 40 поступают постоянные напря- жения, сформированные перемножающими ЦАП 34 и 35, аналоговые входы которых подключены к источнику 36 опорного напряжения. Величина опорного напряжения выбирается таким образом, чтобы при максимальном значении кода (111...11) на входах ЦАП 34 и 35 напряжения на выходах суммирующих усилителей 39 и 40 соответствовали верхней границе требуемого напряжения смещения во всем диапазоне измерения. Таким образом, при изменении кода, поступающего на входы ЦАП 34 и 35 с выходов регистров 32 и 33, от минимального значения (00...00) до максимального

значения (11...11) величины напряжений смещения Uoi и Uo2 на выходах формирователя 15 изменяются в диапазоне AUoi и Л Uo2 (фиг.З а). Значения кодовых комбинаций, при которых сигналы Ui и Ua в определенной области измерения принимают нулевые значения при углах с периодом л (с допустимой погрешностью), фиксируются регистрами 32 и 33 и остаются неизменными в данной области.

Значения угла, при которых сигналы UV м Ua принимают нулевые значения, могут отличаться от теоретических на величину, превышающую допустимую погрешность преобразования, причем в различных областях диапазона измерения на различную величину. Эти погрешности устраняются суммированием сигналов Ui1 и Ua с сигналами, вырабатываемыми формирователями

16и 17 корректирующих сигналов и поступающими на входы суммирующих усилителей 9 и 10 соответственно.

Формирователи 16 и 17 корректирующих сигналов работают следующим образом.

С выхода суммирующего усилителя 10 на аналоговый вход перемножающего ЦАП 42 подается сигнал U4, который с выхода ЦАП 42 поступает на один из входов суммирующего усилителя 44. На второй вход суммирующего усилителя 44 через делитель 43 напряжения поступает инвертированный сигнал Щ с выхода 12. При коэффициенте деления делителя 43, равном двум, и изменении кода на входах ЦАП 42, поступающего с выходов регистра 41, от значения 00...00 до 11... 11 на выходе формирователя 16 вырабатывается корректирующий сигнал, соответствующий прямому или инвертированному сигналу U4, меняющийся по величине от U4/2 до 0. Таким образом, сигнал Ui суммируется в усилителе 9 с частью

сигнала U4, сдвинутого относительно сигнала Ui на величину, близкую л/2, что приводит к смещению значений углов, при которых сигнал Ua принимает нулевые значения. Кодовые комбинации, при которых сигнал Ua в определенных областях измерения принимает нулевое значение при углах, отличающихся от теоретических на допустимую величину, фиксируются регистром 41 и остаются неизменными в этих областях.

Аналогичным образом формирователем

17вырабатывается корректирующий сигнал, представляющий собой часть прямого или инвертированного сигнала из. который суммируется с сигналом Ua усилителем 10. Код, фиксируемый регистром 41 формирователя 17, выбирается таким, чтобы сигнал 1)4 принимал нулевые значения с допустимой погрешностью при углах, смещенных на лг/2 относительно аналогичных значений сигнала Us.

Для устранения влияния асимметрии сигналов Us и Щ относительно оси абсцисс, а также каждой из полуволн этих сигналов относительно экстремумов на точность формирования фронтов логического сигнала на выходе компаратора 26 прямые и инвертированные сигналы 11з и Щ поступают на входы аналогового коммутатора 24 через формирователи амплитуд 18-21.

Величина сигналов на выходах формирователей 18-21 амплитуд, поступающих на аналоговые входы перемножающих ЦАП 46, определяется значением кода на цифровых входах ЦАП 46, соединенных с выходами регистров 45.

Значение кода выбирается таким, чтобы в пределах определенной области измерений (с требуемой точностью) при угле л/А величина прямого сигнала Us была равной величине прямого сигнала Ш на выходе суммирующего усилителя 10; при угле 3/4 Л величина инвертированного сигнала Щ - равной величине прямого сигнала Us на выходе формирователя 18; при угле 5/4 Л величина инвертированного сигнала Уз- равной величине прямого сигнала Щ на выходе формирователя 21; при угле 7/4 Л величина прямого сигнала U4 - равной величине инвертированного сигнала Us на выходе формирователя 19. Эти значения кодов фиксируются регистрами 45 формирователей 18-21 и в пределах данной области измерения остаются неизменными.

Вся совокупность значений кода, поступающих на входы регистров 45 формирователей 18-21, для всех областей измерения, где осуществляется коррекция сигналов, записывается в ПЗУ 30. Выбор соответствующего значения кода осуществляется кодом адреса, который вырабатывается формирователем 29 кода адреса, имеющим две группы выходов. На выходах одной группы при помощи генератора 53 и счетчика 54 формируется трехразрядный двоичный код, поступающий, помимо входов ПЗУ 30, на входы распределителя 31 импульсов.

На каждом из восьми выходов распределителя 31, подключенных к тактовым входам соответствующих регистров, выделяется импульс записи в регистр, соответствующий одной из восьми кодовых комбинаций кода адреса. Распределитель 31 работает таким образом, что импульс записи поступает на регистр формирователя 15-21, для которого предназначена информация, записанная в ПЗУ 30 по адресу, код которого соответствует импульсу записи. На выходах другой группы формирователя 29 вырабатывается код адреса, определяющий область измерений, к которой относится совокупность из восьми кодовых комбинаций, записанных в ПЗУ 30 по этому адресу.

Код адреса этой группы выходов формирователя 29 формируется следующим образом. Аналоговые сигналы Ui и Ua с выходов преобразователя 1 поступают на входы формирователей 47 и 48, где выделяются прямые и инвертированные прямоугольные

сигналы, сформированные по среднему уровню сигналов Ui и Ua. Прямоугольные сигналы с выходов формирователей 47 и 48 поступают на формирователи 49 и 50 импульсов переднего и заднего фронта, из которых образуются последовательности счетных импульсов блоком 51. Блок 51, на входы которого поступают, помимо импульсов переднего и заднего фронтов, еще прямые и инвертированные прямоугольные

импульсы с выходов формирователей 47 и 48, работает таким образом, что при перемещении измерительного диска в одном направлении счетные импульсы выделяются на выходе, подключенном к суммирующему

входу реверсивного счетчика 52, а при перемещении измерительного диска в обратном направлении счетные импульсы выделяются на выходе блока 51, подключенном к вычитающему входу счетчика 52.

На выходах счетчика 52, которые являются группой выходов формирователя 29, вырабатывается код, представляющий собой цифровой эквивалент величины переме- щения. Угловой эквивалент импульса

старшего разряда счетчика 52 соответствует половине диапазона измерений. Число старших разрядов счетчика 52, используемых в качестве кода адреса, определяет число областей коррекции, равное числу

возможных комбинаций этого кода. Число областей коррекции определяется параметрами сигналов Ui и U2 во всем диапазоне измерений, а также величиной допустимой погрешности преобразователя перемещения в код.

Формула изобретения 1. Преобразователь перемещения в код, содержащий первичный преобразователь перемещения в аналоговые сигналы, первый и второй выходы которого соединены с

первыми входами соответственно первого и второго суммирующих усилителей, вторые входы которых подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя напряжений смещения, выход первого суммирующего усилителя соединен с информационным входом первого формирователя амплитуды, с первым входом первого компаратора, с первым информационным входом первого формирователя корректирующего сигнала и с входом первого инвертора, выход которого соединен с информационным входом второго формирователя амплитуды и с вторым информацион- ным входом первого формирователя корректирующего сигнала, выход которого

соединен с третьим входом второго суммирующего усилителя, выход которого соединен с первым информационным входом селектора сигналов октантов, с информационным входом третьего формирователя амплитуды, с первым входом второго компаратора и с входом второго инвертора, выход которого соединен с информационным входом четвертого формирователя амплитуды, выходы первого, второго, третьего и четвертого формирователей амплитуды соединены соответственно с вторым третьим, четвертым и пятым информационными входами селектора сигналов октантов, вторые входы компаратора соединены с шиной нулевого потенциала, выход первого компаратора является выходом первого разряда преобразователя и соединен с первым управляющим входом селектора сигналов октантов и с первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу второго компаратора, а выход является выходом второго

разряда преобразователя и соединен с вторым управляющим входом селектора сигналов октантов, первый выход которого является выходом третьего разряда преобразователя и соединен с управляющим входом аналого-цифрового преобразователя, а второй выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются выходами разрядов преобразователя, начиная с четвертого, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены второй формирователь корректирующего сигнала, формирователь кода адреса, постоянное запоминающее устройство и распределитель импульсов, первый и второй выходы которого соединены с одноименными тактовыми входами формирователя напряжений смещения, управляющие входы которого объединены с одноименными управляющими входами каждого из формирователей амплитуды и

каждого из формирователей корректирующего сигнала и подключены к одноименным выходам постоянного запоминающего устройства, первый и второй выходы первичного преобразователя перемещений в аналоговые сигналы соединены с одноименными входами формирователя кода адреса, первая группа выходов которого соединена с первой группой входов постоянного запоминающего устройства, а вторая группа выходов соединена с второй группой входов постоянного запоминающего устройства, и

0 с входами распределителя импульсов, третий и четвертый выходы которого соединены с тактовыми входами соответственно первого и второго формирователей корректирующего сигнала, а пятый, шестой, седь5 мой и восьмой выходы соединены с тактовыми входами соответственно первого, второго, четвертого и третьего формирователей амплитуды, выход второго суммирующего усилителя соединен с пер0 вым информационным входом второго формирователя корректирующего сигнала, выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего усилителя, а второй информационным вход подключен к выходу

5 второго инвертора.

2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что формирователь напряжений смещения содержит два регистра, два цифроаналоговых преобразователя, два ис0 точника опорного напряжения, блок делителей напряжения и два суммирующих усилителя, информационные входы регистров объединены и являются управляющими

входами формирователя, тактовые входы 5 первого и второго регистров являются

соответственно первым и вторым тактовыми входами формирователя, выходы первого и второго регистров соединены с информационными входами соответствен0 но пероого и второго цифроаналоговых преобразователей, управляющие входы которых подключены к выходу первого источника опорного напряжения, а выходы соединены с первыми входами соответственно

5 первого и второго суммирующих усилителей, выходы которых являются соответственно первым и вторым выходами формирователя, выход второго источника опорного напряжения соединен с входом

0 блока делителей напряжения, первый и второй выходы которого соединен с вторыми входами соответственно первого и второго суммирующих усилителей.

3.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- 5 щ и и с я тем, что формирователь корректирующего сигнала содержит регистр, цифроаналоговый преобразователь, делитель и суммирующий усилитель, выход которого является выходом формирователя, информационные входы регистра являются управляющими входами формирователя, тактовым входом которого является тактовый вход регистра, выходы которого соединены с информационными входами цифроэна- логового преобразователя, управляющий вход которого является первым информационными входом формирователя, а выход соединен с первым входом суммирующего усилителя, вход делителя является вторым информационным входом формирователя, а выход делителя соединен с вторым входом суммирующего усилителя.

0

4. Преобразователь по п. 1,отличающий с я тем, что формирователь амплитуды содержит регистр и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом формирователя, а управляющий вход - информационным входом формирователя, информационные входы регистра являются управляющими входами формирователя, а тактовый вход регистра - тактовым входом формирователя, выходы регистра соединены с информационными входами цифроаналогового преобразователя.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управления станками и радиотелескопами. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Для этого в преобразователь перемещения в код, содержащий первичный преобразователь/перемещения в аналоговые сигналы, фотоприемники, суммирующие усилители, инверторы, компараторы, формирователь напряжения смещения, первый формирователь корректирующего сигнала, формирователи амплитуд, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕГО ИЛИ, селектор сигналов октантов и аналого- цифровой преобразователь, дополнительно, введены второй формирователь корректирующего сигнала, формирователь кода адреса, постоянное запоминающее устройство и распределитель импульсов. Введение новых блоков и соответствующих связей позволяет разбить весь диапазон преобразования на отдельные области, в которых осуществляется коррекция сигнала. 3 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л С

Фиг. 2.

JJ

T i I If} ( I

TJTJTJbTL..

фие.3

Фиг. 6