Преобразователь перемещения в код Советский патент 1993 года по МПК H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном коде о линейном перемещением контролируемого объекта по двум координатам.

Цель изобретения - повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя перемещения в код; на фиг.2 -диаграммы его работы; на фиг.З - пример выполнения управляющего генератора; на фиг.4 - пример выполнения преобразователя входного сигнала; на фиг.5 проекция Z-фигуры на ПЗС; на фиг.6 - упрощенный алгоритм работы преобра- .зователя.

Преобразователь перемещения в код содержит излучатель 1, диафрагму с Z-образной щелью 2, линзу 3, фотоприемник (ПЗС)4, управляющий генератор 5, преобразователь входного сигнала 6, компаратор 7, устройство выборки и хранения 8, дешифратор 9, первый счетчик 10, второй счетчик 11, третий счетчик 12, первый формирователь одиночного импульса 13, инвертор 14, четвертый .счетчик 15, второй формирователь одиночного импульса 16, первый 17 и второй 18 мультиппексоры, первый 19, второй

00 hO

ю

о

20, третий 21, четвертый 22 регистры, вычислитель 23.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом.

Изображение Z-фигуры, подсвеченное источником 1 через линзу 3,проектируется на линейку прибора с зарядовой связью (ПЗС) 4, При нахождении Z-фигуры в исходном положении относительно линейки ПЗС на ней будут три освещенных участка, один из которых широкий, а два другие - узкие (см. фиг.5). При смещении диафрагмы с Z-об- разной щелью по оси X могут наблюдаться следующие случаи:

-три освещенных участка, один из которых широкий и два узких;

-два узких;

-один узкий, а другой широкий.

При смещении диафрагмы с 2-образной щелью по оси Y будут наблюдаться такие же случаи, что и по оси X и, кроме того, будет изменяться расстояние между освещенными участками.

Различная ширина параллельных участков Z-образной щели позволяет определять в какую сторону по оси X смещен контролируемый объект,

После включения питания и подачи управляющих сигналов на входе ПЗС с управляющего генератора 5 в соответствии с фиг.2.1,2,2,2.3,2.4, 2.5 обозначены как Мф1 - напряжение первой фазы, Иф2 - напряжение второй фазы ЙФЗ - напряжение третьей фазы, Итн - напряжение импульса накопления, Итр - напряжение импульса разрешения. Выходной сигнал с выхода ПЗС.(ем. фиг.2.8) представляет собой последовательность импульсов,, формирующихся в такт с третьей фазой ИфЗ управляющего генератора 5 количество импульсов, напри-мер для 1200ЦЛ2 составляет 2.Q64.

Увеличенная амплитуда импульсов соответствует освещенным участкам ПЗС. Так как ширина щели диафрагмы значительно шире, чем одна ячейка ПЗС, то выходной сигнал ПЗС содержит несколько импульсов с увеличенной амплитудой. В нашем случае (см. фиг.2.8) выходной сигнал ПЗС при узкой щели содержит по четыре импульса и при широкой - восемь импульсов.

Выходной сигнал ПЗС поступает на вход преобразователя входного сигнала б, где он усиливается (см. фиг.4) и производится его привязка к нулю. Затем,пройдя через фильтр НЧ,,формируется сигнал (см. фиг.2.9). Привязка выходного сигнала ПЗС. к нулю производится для того, чтобы убрать постоянную составляющую сигнала Ифона (см. фиг.2.8). Привязка сигнала происходит следующим образом. Сигнал третьей фазы с

управляющего генератора ПЗС 5 с выхода 1 . (см..фиг.2.3) поступает на вход преобразователя входного сигнала 6 (см. фиг.2.4) и через инвертор 49 поступает на вход одновибратора 50, на выходе формируются импульсы, которые во времени (фиг.2.6) управляют замыканием ключа 52. Конденсатор 51 при этом заряжается входным сигналом до напряжения Ифона. Во времени т.з-т.4 выход0 ной сигнал ПЗС будет изменяться относительно напряжения на конденсаторе 51, ключ 52 при этом разомкнут. Йа входе фильтра 53 формируется сигнал относительно нуля.

5 Прибор с зарядовой связью 4, например, 1200ЦЛ2 содержит 2064 фоточувствительных ячеек, 48 из которых закрыты и служат для отсчета уровня черного в строке. Выходной сигнал с выхода преобразователя

0 входного сигнала 6, поступает на первый . вход компаратора 7, на второй вход которого поступает запомненный сигнал уровня черного, т.е. уровень напряжения темно- вых ячеек ПЗС. Для этого в начале цикла

5 устройство выборки и хранения 8 следит за входным сигналом, счетчик 11 считает импульсы, поступающие с первого выхода управляющего генератора, и после 48 импульса через дешифратор 9 выдается ко0 манда устройству выборки и хранения 8 на запоминание напряжения уровня Ит черного. Для повышения помехоустойчивости напряжение Ит усиливается и подается на второй вход компаратора 7. Входное мапря5 жение сравнивается с пороговым Ит и на выходе компаратора образуются импульсы, длительность которых пропорциональна ширине освещенных участков ПЗС. Количество импульсов, если Z-фигура находится в

0 исходном положении относительно центра ПЗС, будет три два узких и один широкий. Импульсы с выхода компаратора 7 поступают на счетный вход счетчика 12 и через инвертор 14 на счетный вход счетчика 15.

5 при поступлении переднего фронта первого импульса срабатывает счетчик 12 и устанавливает адрес на входе мультиплексора 17, и одновременно по переднему фронту этого же импульса срабатывает формирователь

0 одиночного импульса и через мультиплексор происходит запись кода HI, который насчитал счетчик 10, в первый регистр 19. По заднему фронту с помощью счетчика 15 фор- .мирователя 16 и мультиплексора 18 проис-.

5 ходит запись во второй регистр 20 кода Н2. Аналогично по переднему фронту второго импульса произойдёт запись в третий регистр 21 кода НЗ, который насчитал счетчик 10 до момента: прихода второго импульса, и по заднему фронту в четвертый регистр 22

Н4. Таким образом, в первом регистре записан код Несоответствующий длительности от начала отсчета до переднего фронта первого импульса, во втором регистре код Н2 от начала отсчета до заднего фронта перво- го импульса, в третьем регистре НЗ до переднего фронта второго импульса ив четвертом регистре Н4 до заднего фронта второго импульса. Каждый импульс третьей фазы строго привязан к ячейкам ПЗС;по,это- му в качестве счета счетчиком 10 используется третья фаза управляющего генератора. Информация о наличии третьего импульса если он присутствует является избыточной. Полученные коды Н1, Н2, НЗ, Н4 для обра- ботки информации поступает в вычислитель 23,где производятся вычисления в соответствии с алгоритмом, приведенным на фиг.б.

Предложим (см. фиг.5), что проекция Z- фигуры на ПЗС в исходном состоянии. Ее параметры следующие: Первая узкая полоса, ее середина находится на А - ячейке ПЗС, вторая узкая полоса находится на Б - ячейке, третья широкая находится на С - ячейке. При смещении плоскости с Z-фигу- рой необходимо определять параметры отклонения по осям X, Y. При этом ширину первой и второй узких полос обозначим через ДА, А Б и Д АД Б. Широкая полоса равна С. Расстояния Б-А С-Б. При наличии информации в первом и втором регистрах и при наличии узкой полосы смещения по оси X равно Нх

Нх

Н2 + Н1

-А.

(t)

где - расстояние до середины полосы. При наличии широкой полосы

Нх .(2)40

При наличии информации в первом, втором, третьем и четвертом регистрах и наличии двух узких полос Нх и Ну определяются с учетом того, что смещение по оси Y ДУ пропорционально изменениям по оси X ДХ 45

НхН2 +Н1

-А.

(3)

Ну С-Б- -Н2+Н1 .(4)

При наличии одной широкой полосы Нх.. + НЗ, р,

Ну.С-Б-Ш1 Н2+Ж (6)

Таким образом, изобретение позволяет повысить точность, которая определяется разрешающей способностью ПЗС, например, при длине лин%йш ПЗС 24 мм и коли510 15

0 5 0

5

0

5

0

.

чество ячеек 2000, одна ячейка составляет 0,012 мм, при этом разрешающая способность составить 0,05%. В тоже время потенциометры могут обеспечить разрешающую способность 1%. Изобретения позволяет повысить считывание информации за счет исключения механических движений, а также повысить надежность.

Формула изобретения Преобразователь перемещения в код, содержащий неподвижно установленный излучатель, оптически связанный через Z- образную щель подвижной диафрагмы с неподвижно. установленным фотоприемником, выход которого соединен с первым входом формирователя кода, содержащего первый счетчик, второй счетчик, выходы которого соединены с входами дешифратора, четыре регистра, выходы которых соединены с входами вычислителя, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и надежности преобразователя, в нём фотоприемник выполнен в виде линейки прибора с зарядовой связью и управляющего генератора, параллельные участки Z-образной щели диафрагмы выполнены различной ширины, а в формирователь кода введены третий и четвертый счетчики, компаратор, устройство выборки и хранения, два формирователя одиночного импульса, инвертор, два мультиплексора и преобразователь входного сигнала, первый вход которого является первым входом формирователя кода, второй вход подключен к первому выходу управляющего генератора и к счетным входам первого и второго счетчиков, второй выход управляющего генератора соединен с входами обнуления счетчиков, группа выходов управляющего генератора соединена с входами линейки прибора с зарядовой связью выход преобразователя входного сигнала соединен с первыми входами компаратора и устройства выборки и хранения, второй вход которого подключен к выходу дешифратора, а выход соединен с вторым входом компаратора, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, входом первого формирователя одиночного импульса и в.ходом инвертора, выход которого соединен со счетным входом четвертого счетчика и входом второго формирователя одиночного импульса, выходы третьего и четвертого счетчиков соединены с адресными входами соответственно первого и второго мультиплексоров, информационные входы которых подключены к выходам одноименных формирователей одиночного импульса, выходы первого счетчика соединены

с информационными входами регистров, управляющие входы которых подключены к

соответствующим выходам мультиплексоров.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выдачи информации в дискретном виде о линейном перемещении контролируемого объекта по двум координатам. Целью изобретения является повышение точности, быстродействия и надежности преобразователя, для чего в преобразователе перемещения в код, содержащем неподвижно установленный излучатель, оптически связанный через .Z-образную щель подвижной диафрагмы с неподвижно установленным фотоприемником, формирователь кода, содержащий два счетчика, дешифратора, четыре регистра, вычислитель-фотоприемник выполнен в-ви- де линейки прибора с зарядовой связью и управляющего генератора, параллельные участки Z-образной щели диафрагмы выполнены различной ширины, а в формирователь кода введены два счетчика, компаратор, устройство выборки и хранения, два формирователя одиночного импульса, инвертор, два мультиплексора и преобразователь входного сигнала, благодаря чему повышается разрешающая способность и исключаются контактные узлы, имеющие возвратно-поступательное движение, что и обеспечивает достижение цели изобретения. 6 ил.

J «

пзс

PC

46

)1

У

ст

2

и

G- 24

34

25

И

-Ни,

р

шли

26

И 27

И 28

L

-J37 I

29

Т

30

&

31

86//. /

/

Ф2

««PMV

J

00

го

(О

ст

-1

44 ВЫГ.2

г

t 45

Г

ВИДЕОУСИЛИТЕЛЬ

УСТРОЙСТВО викзрки и ХРАНЕНИЯ

фаЗ .4

У.

ДА

Фиг.5

Z-Фигура, / проекция

П3

с

/

X

§:

JV

JC

2QOD ячейка

С

ОПДПК оИ Ж; О

йдод .А,-В, С, ДС Лроизбгс/тш измерение

Н370& НЬ 0W-W-4C.

(Hb+Hl)/2-tHfrH1)/Z

Нк-С-(М+Н5)/2

Н(нг+н1)/г-А :нг-нг АС

-

-

Фиг.6

Нк-С-(М+Н5)/2

-