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

Изобретение относится к информационно-измерительной и вычислительной тех- Hi/ке и может быть использовано , в чаггности, в сварочном производстве при оперативном контроле сварочных перемещений и деформаций широкого класса изделий в процессе сварки.

Целью изобретения является пов ыше- ние точности и упрощение преобразователя

На фиг. 1 изображена функциональная схема двухкоординатного преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 - функцио- льная схема преобразователя напряжение - интервал времени; на фиг. 3 .- функциональная схема блока вычисления крдов.

Двухкоординатный преобразователь перемещения в код содержит излучатель 1, че тырехквэдрантный фотодетектор 2. сум -(-

матор 3, интеграторы 4 и 5, устройства выборки-хранения 6 и 7, преобразователи 8 и 9 напряжение-интервал времени, ключи 10 и 11. блок 12 вычисления кодов и генератор 13.

Преобразователь 8 напряжение-интервал времени содержит интегратор 14. источник 15 опорного напряжения, компаратор 16, формирователь 17 импульсов, триггер 18, ключ 19.

Блок вычисления 12 кодов содержит генератор 20. элементы И 21, 22 и 23, счетный триггер 24, формирователи 25, 26 и 27 импульсов, элемент НЕ 28, счетчики 29, 30и31, блоки 32 и 33 вычитания кодов, регистры 34 и 35.

Преобразователь работает следующим образом.

Устройство работает циклично, причем работа канала преобразования координаты

Ё

00 СА) VJ CJ О О

X (интегратор 4, устройство 6 выборки-хранения, преобразователь 8 напряжение-интервал времени, ключ 10) аналогична работе канала преобразования координаты Y (интегратор 5, устройство 7 выборки-хранения, преобразователь 9 напряжение-интервал времени, ключ 11). В каждом цикле работы канала преобразования координаты X осуществляется: ,.

-интегрирование интегратором 4 выходных напряжений четырехквадрантного фотодетектора 2 в течение времени Тц, задаваемого генератором 13;

-выборка устройства 6 выборки-хранения выходного напряжения интегратора 4 с последующим.запоминанием в течение времени цикла Тц;

-преобразование напряжения Ux на выходе устройства 6 выборки-хранения в интервал времени Тх с помощью преобразо5 вателя 8 напряжение-интервал времени; обратное интегрирование интегратором 4 напряжения на выходе сумматора З.в течение времени Тх.

Преобразователь 8 напряжение - интервал времени работает следующим образом. По приходе от генератора 13 импульс запуска Тц устанавливает триггер 18, размыкается ключ 19 и интегратор 14 интегрирует опорное напряжение до тех пор, пока не сработает компаратор 16.. В момент переключения компаратора 16 формирователь 17 импульсов вырабатывает импульс, который сбрасывает триггер 18, в результате чего замыкается ключ 19, обнуляя тем самым интегратор 14. По приходе следующего импульса Тц описанный выше процесс повторяется. Уравнение преобразования преобразователя 8 напряжение-- интервал времени запишется в виде

R ,

(1)

где Ux - напряжение н.э. выходе устройства 6 выборки-хранения;

ЕО -.напряжение на выходе источника 15 опорного напряжения;

R, d - времязадающие элементы интегратора 14;

Кп - коэффициент преобразования преобразователя 8 напряжение-интервал времени;

Тх - интервал времени на. выходе преобразователя 8 напряжение-интервал времени.

Блок 12 вычисления кодов работает следующим образом. Иа входы блока 12 вычисления кодов поступают три последовательности импульсов Тх , Ту и Тц. При этом импульсы Тх и Ту квантуются импульсами, следующими с частотой fo, которые вырабатываются генератором 20, а импульсы Тц. проинвертировэнные элементом НЕ 28, квантуются импульсами, следующи.. 1 /ми с частотой - то, которые получаются путем деления частоты, на два. с помощью счетного триггера 24, из выходного сигнала, которого формирователь 25 импульсов вырабатывает соответствующие квантующие импульсы. Таким образом на счетные, входы счетчиков-29, 30 и 31 поступают пачки импульсов, количество которых в каждой пачке пропорционально величинам интервалов

5 времени 2ТХ 2Ту и Тц соответственно. Коды

N х и Ny .c выходов счетчиков 29 и 30 посту. лают на первые входы блоков вычитания

кодов 32 и 33 соответственно, на вторые

входы которых поступает код Мц с выхода

0 счетчика 31. В блоках вычитания кодов 3.2 и 33 осуществляется вычисление кодов Nx NX - Мц и Ny Ny - 1Ц, которые переписываются в регистры 34 и 35 соответственно по приходе строб ирующих импульсов, кото5. рые формируются формирователем 26 импульсов -по Заднему фронту импульса Тц. . Таким образом, на выходах регистров 34 и . 35 получаем коды и Ny соответственно. Сброс счетчиков 29. 30 и 31 осуществляется

0 в начале каждого цикла путем подачи на их .входы сброса импульса с выхода формиро-. вателя 27 импульсов, который формируется по переднему фро.нту импульса Тц.

Предположим, .что перед.началом пре5 образования напряжение на выходе устрой- ства 6 выборки-хранения равно UH, а его коэффициент передачи равен КВх,- коэффициент передачи преобразователя 8 напряжение-интервал времени равен Кп; емкость

0 .конденсатора интегратора равна С. Тогда . после первого цикла, работы напряжение на выходе устройства 6 выборки-хранения станет равным UIB UH+; .. -...V IT Н п . V -

INDX - U 2,-D-(- INBX -

5 (U1 +ии)Тц R С

UL Т:

Ц

R С

Квх + UH ( 1

R С

UE Кп Квх R С

(2) rAeUx Ui + U4

Ut Ui + U2 + из + U - напряжение, пропорциональное интенсивности -излучения в данный момент времени; R - сопротивление интегратора-4 по входу.

Аналогично, после окончания n-го цикла преобразования напряжение на выходе ус- тройства 6 выборки-хранения будет равно

j{3)

Выражение (3) состоит из двух частей: эометрической прогрессии, сходящейся

- U2 Кп Квх | , ри условии 11 - в |- I 1, и убыающего, при этом же условии, члена 1|н(1- U .Кп КВх

RC

)п. В результате в устаноившемся режиме (п - .) при выполне- ии условия ..уЈ -КпКвх

RC

| 1, напряжение на

ыходе устройства 6 выборки-хранения стает равным

Тц

U lim Una

и .

Ox

UZKn :- (4)

Следовательно, интервал времени Тх в становившемся режиме будет равен

Tx Uoo- Кп

Ux

UZ

Тц

Аналогичное выражение можно запи- ать и для канала формирования коордйна- ыУ:

. -г- ,,-.(СЛ

х -и ц Л™

AeUyV Ui + U2.

Теперь преобразуем выражение (5) сле- ующим образом:

От . 2(Щ +U4) т

2Тх их- .

2 ( Ul + U4 ) + ( U2 + U3 U2 U3 . т .

иЈ

U1 + U2 + U3 + U4 + U1 + U4 - U2 - U3 т Тц и.

l+Ux .т , Ux.T

иг T4+u; Tu-.

(7)

Ui+Uj

- Ј- ч -их. тку да получим выражение

от Т - х . Т

2ТХ - 1ц- -TJ- Гц

е Ux Ui - U4- U2 - Us - напряжение, ропорциональное перемещению по коор- инате X контролируемой точки объекта, ыполнив аналогичные преобразования ыражения (6), получим формулу . ....

2ТУ -ТЦ Тц,(8)

е Оу Ui + - Уз - U4 - напряжение, зопорциональное перемещению по коор- инате Y контролируемой точки объекта. Таим образом, интервалы времени Тх и Ту,

ычисляемые по формулам Тх 2Тх -Тц, Ту 2Ту-Тц,

(9) (Ю)

пропорциональны координатам X и Y контролируемой точки объекта относительно луча излучателя 1. Из выражений (7-10) видно, что при изменении интенсивности излуче- 5 ния излучателя 1 в небольших пределах (5- 10%) величины Тх .и Ту изменяются в значительно меньшей степени (по крайней мере на порядок), поскольку изменениям одного знака подвержены и числитель и

10 знаменатель. На практике описанный выше итерационный процесс сходится за 4-5 циклов..

Операции вычисления величин интервалов времени Тх и Ту в соответствии с выра15 жения ми (9) и (10) и преобразования Тх и Ту в код осуществляются в блоке 12 вычисления кодов. Коды NX и Ny на выходе блока 12 вычисления кодов пропорциональны координатам X и Y контролируемой точки объек20 та относительно луча излучателя 1. Формула из обретения 1. Двухкоординатный преобразователь перемещения в код, содержащий излучатель, оптически связанный с четырехквад25 рантным фотодетектором,,первый выход которого соединен с первым входом сумматора и первыми инвертирующими входами первого и второго интеграторов, выходы ко- , торых соединены с первыми входами сорт30 ветственно первого и второго устройств выборки-хранения, выходы которых соединены с первыми входами соответственно первого и второго преобразователей напряжение-интервал времени, выходы которых

35 соединены с управляющими входами соот ветственно первого и второго ключей, вто

рой выход четырехквадрантного

фотодетектора соединен с вторым входом

сумматора и вторым инвертирующим вхо40 дом второго интегратора, третий выход четырехквадрантного фотодетектора соединен с третьим входом сумматора, выход которого соединен с информационными входами ключей, четвертый выход четырех45 квадрантного фотодетектора соединен с четвертым входом сумматора и вторым инвертирующим входом первого интегратора, генератор, выход которого соединен с вторыми входами устройств выборки-хранения и

50 вторыми входами преобразователей напряжение-интервал времени, о т л и ч а ю щ и и с я,. тем, что. с целью повышения точности и упро- - щения преобразователя, в него введен блок . вычисления кодов, выходы которого являются

55 выходами преобразователя, а первый и второй входы подключены к выходам соответственно . первого и второго преобразователей напряжение-интервал времени, третий вход блока вычисления кодов подключен к выходу генератора, выходы первого и второго ключей

соединены с третьими инвертирующими входами соответственно первого и второго интеграторов, неинвертирующие входы которых подключены к шине общего потенциала.

2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а га- щи и с я тем, что преобразователь напряжение-интервал времени содержит интегратор, источник опорного напряжение, компаратор, формирователь импульсов, ключ, триггер, прямой выход которого является выходом преобразователя напряжение-интервал времени, выход источника опорного напряжения соединен с первым входом интегратора, выход которого соединен с информационным входом ключа и первым входом компаратора, второй вход которого является первым входом преобразователя напряжение-интервал времени, а инверсный выход триггера соединен с управляю- щим входом ключа, выход которого соединен с вторым входом интегратора:

3. Преобразователь по п. 1, отл и ч а га- щи и с я тем, что блок вычисления кодов содержит генератор, первый, второй и третий элементы И, первый, второй и третий формирователи импульсов, счетный.триггер, элемент НЕ, первый, второй и третий счетчики, первый и второй блоки вычитания кодов, первый и второй регистры, выходы

которых являются выходами блока вычисления кодов, первые входы первого и второго элементов И являются соответственно первым и вторым входами блока вычисления кодов, а выходы соединены со счетными входами соответственно первого и второго счетчиков, выходы которых соединены с первыми группами входов соответственно первого и второго блоков вычитания ко- дов,8ыходы которых соединены с информационными входами соответственно первого и второго регистров, вход элемента НЕ является третьим входом блока вычисления кодов, а выход элемента НЕ соединен с входами первого и второго формирователей импульсов и с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, выходы которого соединены с вторыми группами входов первого и второго блоков вычитания кодов, выход генератора соединен с вторыми входами первого и второго элементов И и входом счетного триггера, выход которого соединён с входом третьего формирователя импульсов, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И. выход первого формирователя импульсов соединен с тактовыми входами первого и второго регистров, вход второго формирователя импульсов соединен с.установочными входами первого, второго и третьего счетчиков.

Изобретение относится к информационно ке и может быть использовано в сварочном производстве при оперативном контроле сварочных перемещений и деформаций широкого класса изделий в процессе сварки. Целью изобретения является повышение точности и упрощение преобразователя. Цель достигается тем, что в двухкоординат- ный преобразователь перемещения в код, содержащий излучатель, четырехквадрант- ный фотодетёктор, сумматор, интеграторы устройства выборки-хранения, преобразователи напряжение-интервал времени, ключи, генератор с соответствующими связями, дополнительно введен блок вычисления кодов. Преобразователь работает циклично. В каждом цикле определяются коды NX и Ny по выходным напряжениям четырехквад- рантного фотодетектора. Эти коды пропорциональны координатам X и Y контролируемой точки объэкта относительно луча излучателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

t/4

f &

& &

-ЙL

if г

#ъ

х

фие. i

. фиг.З