Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код повышенной точности Советский патент 1993 года по МПК H03M1/22 H03M1/24 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении, машиностроении, АСУТП и др.

Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности преобразователя.

На фиг..1 показана конструкция предлагаемого преобразователя: на фиг. 2 - схема электрических соединений.

Предлагаемый преобразователь содержит нитевидный источник излучения 1, испускающий световой поток, который, проходя через щель 5 полого барабана 4, отражается от отражателя 2, положение которого зависит от угла поворота кодируемого вала 3 (фиг. 1), попадает на дискретные фоточувствительные дорожки 7, 23. 24, 25, 26.27, 28.29,30, 31, 32, 33 и 34. включенные в качестве плечей мостовых схем 10-15. причем одни диагонали мостов 10, 12 и 14 запитываются напряжением Uisln ОИ. снимаемым с первого выхода двухфазного генератора несущей частоты, а диагонали мостовых схем 11. 13 и 15 запитывэются сигналом U2COS о) t снимаемым с второго выхода двухфазного генератора несущей частоты, а другие диагонали перечисленных мостовых схем соединены с входами дифференциальных усилителей 16-18 таким образом, что на вход Глока 16 (фиг. 2) поданы сигналы с диагоналей мостовых схем 10 и

00

со ся

о

о со

юА

11, на вход 17 - со схем 12 и 13, на вход 18 - со схем 14 и 15. Выходы дифференциальных усилителей 16-18 в свою очередь подключены к первому, третьему и пятому входам многовходового формирователя кодов 19, к второму входу которого подключен второй выход генератора несущей частоты (блок 3, фиг. 2), а на четвертый и шестой входы -- соответственно с первого и второго выходов фазорасщепителя опорного сигна- ла (блок 9, фиг, 2), вход которого подключен к второму выходу генератора несущей частоты (блок 8, фиг. 2).

Как уже отмечалось, кодовый фотоприемник снабжен дополнительными дорожка- ми 23-34, предназначенными для фазовой интерполяции младшего разряда считывания и расположенными таким образом, что дорожка 23 уложена с частотой, вдвое превышающей частоту укладки дорожки 7 млад- шего разряда считывания, дорожки 24, 26, 28, 30,,32 и 34 укладываются противофазно 23, 25, 27, 29, 31 и 33-ей, соответственно дорожки 25, 29 и 33 наносятся со сдвигом на величину в 1 /4 периода относительно доро- жек23, 27 и 31.

Дорожки 27 и 31, как показано на фиг. 2, сдвинуты относительно дорожки 23 на

величины yi

срт2 рт

У2. -Ґ-.

Световой поток от нитевидного источника света 1 проходит через щель 5 полого барабана модулятора 4 и, отразившись от зеркала 2, попадает на фотоприемник 6 в виде радиального светового штриха так. что перекрываются все дискретные фоточувствительные дорожки в том числе 23-34 таким образом, что при выбранных параметрах преобразователя сопротивления между точками aj и bj, bj и ej, dj и ej, ej и fj меняются по законам:

2л

(1)

Rij Roij+FW|sln (уз - YI - 1),

R2rR02j-Rm2jSin - (р - И - l) , (2)

R3j Ro3j+Rm3jCOS (у - у - 1) , (3) У

R4j Ro4j-Rm4jCOS (Р - И - l) . (4)-

где Rtnij, Rot) - соответственно амплитуды переменных и величины постоянных составляющих сопротивлений,;

(1,2,3.4.

Сопротивления RIJ, , 2, 3, 4 и сопротивления RSJ, Rej, , Re), , 2, 3, образующие шесть делителей напряжения, включены соответственно в шесть мостовых схем 10-15, соответствующие диагонали которых запитываются, как показано на фиг. 2, напряжениями Lhslnrwt. U2cos wt. снимаемыми с выхода двухфазного генератора не сущей частоты (блок 8. фиг. 2) так. что напряжения между точками Ь, gi и bj, hj, , 2, 3 равны

Ub|gj UbrUg| Ui 7

RijRe - RsjRz)

(Rij + Raj) (Rsj +R6)

UejhJ UeJ-Uhj U2 7

- R8JR4J

(5)

(Rsj + R40TR7J + Rej)

(6)

Сигналы на выходах дифференциальных усилителей (блоки 16-18. фиг. 2) будут определяться выражениями

UDYj UbJ+UeJ-UgJ-Uhj Ubjgj+Uajyhj,

(7)

где Ubj, Uej, Ugj, Uh - напряжения между точками bj, ej, QJ, hj соответственно и точкой нулевого потенциала 0, , 2, 3. А при выполнении условий:

, 1-1,2. 3,4; , 2,3;(8)

RmirRm, M, 2,3,4: И. 2,3:(9)

R5pRej-R7j Rej R,.2.3;(10)

(11)

напряжение на выходе ДУ) может быть выражено как

UDYJ-U -cos (on .)..(12)

.2.3;fa - угловая мера фоточувствительной ячейки младшего разряда считывания,

Таким образом, нз выходе дифференциальных усилителей образуются сигналы постоянной амплитуды с величинами фаз. прямо пропорциональными измеряемому перемещению р и различающиеся между In 3

Косинусоидальные напряжения (12) подаются на первый, третий и пятый входы многовходового формирователя кодов 19, на второй четвертый и шестой входы которого подается системна опорных сигналов Uacos ftH -сигнал, снимаемый с второго выхода двухфазного генератора несущей чассобой на

тоты; U2cos(w t + --)

О

сигнал, снимаемый

с первого выхода фэзорасщепителя опорного сигнала 9: U2cos(

4л.

) сигнал, снимаемый с второго выхода фэзорзсщепителя опорного сигнала 9. Формирователь кода 19 выделяет разности фаз между сигналами

UDYI и U2COS со t, Uova и L)2cos((y t + -г-), 3

4 JЈ UoYa и U2cos( w t + -г- ) и складывает их,

ч}

представляя итоговый результат в виде цифрового кода разрядности ng.

Таким образом, величина, представляв- мая в виде кодового эквивалента, пропорциональна.

&

Из (13) видно, что с выхода формирователя кода 19 снимаются кодовые сигналы, соответствующие угловому леремещению р, лежащему в пределах единицы младшего разряда кодового фотоприемника.

Кроме того, на формирователь кода заводятся сигналы с фоточувствительных дорожек считывания, что позволяет выполнить соответствующее согласование кодо- вых эквивалентов углового перемещения, полученных в результате считывания и фазовой интерполяции.

Одновременная обработка трех однотипных фазомодулированных сигналов (12) несет значительное повышение точности преобразования по сравнению с вариантом обработки лишь одного из них (как в прототипе).

Формула изобретения

Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код повышенной точности, содержащий нитевидный источник света, отражатель, вал вращения, полый барабан, диафрагму, фотоприемник с дискретными фоточувствительными дорожками считывания и двумя ларами дополнительных фо- точувствительных дорожек, размеры активных и пассивных участков которых в направлении перемещения равные полови- не активного участка дорожки младшего разряда считывания, границы активных участков первой пары дополнительных фоточувствительных дорожек совпадают с границами активных участков дорожки младшего разряда считывания, а границы активных участков второй пары дополнительных фоточувствительных дорожек смещены относительно границ активных участков первой пары дополнительных фо- точувствительных дорожек на четверть активного участка дорожки младшего разряда считывания, активные участки дорожек в первой и второй парах дополнительных фоточувствительных дорожек расположены с

,э

0

5

0

5

0

5

0 5 0 5

взаимным сдвигом на половину их периода, двухфазный генератор сигналов несущей частоты, первый выход которого соединен с первыми входами первой пары дополнительных фоточувствительных дорожек и первого делителя напряжения, второй выход двухфазного генератора сигналов несущей частоты соединен с первыми входами второй пары дополнительных фоточувствительных дорожек и второго делителя напряжения, вторые выходы первой и второй пар дополнительных фоточувствительных дорожек соединены соответственно с первым и вторым входами первого дифференциального усилителя, третьи выходы первой и второй пар дополнительных фоточувствительных дорожек соединены с вторыми входами соответственно первого и второго делителей напряжения, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом преобразователя кодов, второй вход которого подключен к второму выходу двухфазного генератора сигналов несущей частоты, группа выходов основных дорожек считывания подключена к группе кодовых входов преобразователя кодов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности преобразователя, в него введены фазорасщепитель опорного сигнала, второй и третий дифференциальные усилители, с третьего по шестой делители напряжения, а на фотоприемнике выполнены четыре пары дополнительных дорожек, размеры активных и пассивных участков которых в направлении перемещения равны половине активного участка дорожки младшего разряда считывания, со сдвигом на треть размера активного участка которых расположены границы соответствующих активных участков первой пары дополнительных дорожек, а границы активн ix участков второй пары дополнительных дорожек смещены относительно одноименных участков первой пары дополнительных дорожек на половину углового размера активного участка, границы активных участков третьей пары дополнительных дорожек расположены относительно одноименных границ второй пары со сдвигом на треть углового размера активного участка младшего разряда считывания, а границы активных участков четвертой пары дополнительных дорожек смещены относительно одноименных участков третьей пары дополнительных дорожек на половину углового размера активного участка, внутри каждой пары дорожки размещены ео сдвигом на размер активного

участка, первый выход двухфазного генератора сигналов несущей частоты соединен с первыми выводами первой и третьей пар дополнительных дорожек и с первыми входами третьего и пятого делителей напряжения, второй выход двухфазного генератора сигналов несущей частоты соединен с первыми выводами второй и четвертой пар дополнительных дорожек, с первыми входами четвертого и шестого делителей напряжения и входом фазорасщепителя опорного сигнала, первый и второй выходы которого подключены к третьему и четвертому входам преобразователя кода соответственно, вторые выходы первой и второй пар дополнительных дорожек соединены соответственно с первым и вторым входами второго дифференциального усилителя, выход которого подключен к пятому входу преобразователя кода, третьи выводы первой и второй пар дополнительных дорожек соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого делителей напряжения, выходы которых соединены с третьим и четвертым входами второго дифференциального усилителя соответственно, вторые выходы третьей и четвертой пар дополнительных дорожек соединены соответственно с первым и вторым входами третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен к шестому входу преобразователя кода, третьи выводы третьей и четвертой пар дополнительных дорожек соединены соответственно с вторыми входами пятого и шестого делителей напряжения, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам третьего дифференциального усилителя.

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий нитевидный источник света, отражатель, вал вращения,, полый барабан, диафрагму, фотоприемник с дискретными фоточувствительными дорожками считывания, двухфазный генератор сигналов несущей частоты, два делителя напряжения, дифференциальный усилитель и преобразователь кодов, введены фазорас- щепитель опорного сигнала, два дифференциальных усилителя, четыре делителя напряжений, а на фотоприемнике выполнены четыре пары дополнительных дорожек. Такое выполнение фотоприемникз, а также введение фазорасщепителя опорного сигнала позволило получить три однотипных фазомодулированных сигнала, одновременная обработка которых дала значительное повышение точности по сравнению с вариантом обработки одного из них. 2 ил. (Л С

ҐS//S//// 77777%

YXS///////////A

Фиг.1

2 %&Sf&t + &Jfr,

24 26 & JO 52. 5t