Устройство для считывания графических функций Советский патент 1974 года по МПК G06K11/00 

1

Изобретение относится к автоматике, в частности может быть использовано для считывания программ, заданных графически, в системах автоматического управления.

Известное устройство для считывания графических функций содержит систему оптикомеханической развертки, фотоэлементы, генератор импульсов, вентили, триггеры, а также блок суммирования измерений каждой ординаты и блок задания числа сканирований. Работа известного устройства сводится к суммированию в сумматоре блока суммирования измерений каждой величины числа импульсов, вырабатываемых генератором импульсов за промежуток времени от сигнала начала сканирования до сигнала конца сканирования (момента пересечения сканирующего луча с линией изображения), и сложению полученного числа в том же сумматоре, с содержанием одной из запоминающих ячеек и записью полученной суммы в ту же ячейку памяти. Указанная процедура повторяется для калсдой ординаты число раз, определяемое блоком задания числа сканирований. Затем производится усреднение результата измерения каждой ординаты. Такое выполнение известного устройства обеспечивает повышение точности считывания и быстродействия.

Однако известное устройство характеризуется жесткой временной программой работы, не зависящей от характера считываемой кривой; трудностью считывания в натуральном масштабе времени графических функций, имеющих широкий спектр; большой избыточностью обрабатываемой информации; сложностью самого устройства.

Цель изобретения - обеспечение возможности считывания графических функций с большой крутизной в натуральном масштабе времени.

Это достигается тем, что устройство содержит блок определения и памяти производной графической функции, причем блок фотоприемников выполнен в виде линейки соединеннвьх между собой унифицированных фотоячеек, информационный выход каждой из которых соединен со входами блока определения и памяти знака производной графической функции, один вход - с выходами блока задержки, другие входы - с выходами блока определения и памяти знака производной графической функции.

Сущность предлагаемого устройства состоит в использовании памяти знака производной Графической кривой для управления процессом измерения ординат графических функ; ЦИЙ.

Иа чертеже представлена схема предлагаемого устройства для считывания графических функций.

Приняты следующие обозначения: блок I развертки графика, содержащий барабан 1, на котором закреплены подлежащий обработке график и двигатель 2, приводящий во вращение барабан 1 и обеспечивающий временную развертку исследуемого графика; блок II подсветки, содержащий источник 3 света и фокусирующую диафрагму 4, с помощью которых достигается равномерное освещение узкой полосы графика вдоль всей ширины барабана 1; унифицированные ячейки III, IV, V, содержащие фотоэлементы 5-7, электронные ключи 8-10, пороговые узлы 11 -13, дифференцирующие цепи 14-16, триггеры 17-19, входные схемы «И 20-25, а также логические схемы «И 26-28 и схемы «ИЛИ 29-31; блок VI определения и памяти знака производной, содержащий интегрирующее звено 32, пороговый узел 33, триггеры 34, 35; блок VII задержки, содержащий схему «ИЛИ 36, узел 37 задержки, дифференцирующая цепь 38; блок VIII формирования выходного напряжения, содержащий счетчик 39 импульсов, преобразователь типа код-напряжение (ИКН) 40, вспомогательные устройства 41, 42; кроме того, на схеме показаны И1ИНЫ 43-45 управления и входы и выходы соответствующих блоков, обозначенные позициями 46-73. Количество унифицированных ячеек в предлагаемом устройстве определяется требуемой точностью его работы. Стрелки в верхней части схемы указывают связи с последующей унифицированной ячейкой.

Рассмотрим участок схемы, состоящий из трех унифицированных ячеек. Фотоэлементы 5-7 воспринимают отраженный от графика свет. Фотоэлементы конструктивно расположены в виде фотолинейки, ориентированной параллельно оси ординат графика (т. е. параллельно оси барабана 1). Каждый фотоэлемент «видит определенную часть поля графика. Срабатывание фотоэлемента происходит при изменении светового потока, падающего на фотоэлемент. Это изменение имеет место при движении линии графика в зоне обзора данного фотоэлемента.

Таким образом, фотоэлемент фиксирует переход линия-графика-фон, давая информацию о величине ординаты графической кривой, измеренной в данный момент времени (эта информация заложена в номере возбужденного фотоэлемента).

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии схемы триггеры 17-19 находятся в таком состоянии, что их выходные сигналы равны нулю. В это же время триггеры 34, 35 находятся в рабочем состоянии: отрицательный потенциал триггера 34 подается на «нижние схемы «И 23- 25, а отрицательный потенциал триггера 35- на «верхние схемы «И 20-22 (термины «нижние и «верхние будут разъяснены ниже) . Сигнал запуска перебрасывает триггер 8 в рабочее состояние. При этом на выходе триггера 18 возникает отрицательный потенциал, который поступает на схемы «ИЛИ 29, 30 и на схемы «PI 23, 22. Схема «ИЛИ 29 открывает ключ 8, а схема «ИЛИ 31 - ключ 10. Состояние триггеров 34, 35, 17, 19 при этом не меняется. Иа этом подготовка схемы к работе заканчивается.

Затем включается двигатель 2 и источник 3 света (на чертеже цепи включения двигателя 2 и источника 3 света не показаны). По

окончании переходных процессов в схеме, связанных с разгоном двигателя 2 и прогревом источника 3 света, начинается рабочий цикл работы устройства. После начала рабочего цикла никакие внещние управляющие

сигналы в схему не подаются: схема работает полностью автономно и автоматически.

Дальнейший порядок работы схемы определяется характером считываемой кривой. Характер считываемой кривой определяет порядок срабатываний фотоэлементов 5-7. Вначале рассмотрим участок мотонности графической кривой, имеющий максимальную крутизну. Так как знак производной графической кривой не имеет для описания работы схемы значения, то примем для определенности этот знак положительным. Такой участок представляет собой наиболее трудную задачу для всего устройства с точки зрения обеспечения заданной точности работы. Примем, что отсчет ординаты графической кривой производится относительно некоторой базовой линии, расположенной ниже самой низкой точки графика. При этом все измеренные ординаты

будут, естественно, одного знака.

Допустим, что фотоэлемент 5 «видит зону поля графика, ограниченную снизу базовой линией. Тогда порядок срабатываний фотоэлементов при развертке графика будет следующим: сначала фотоэлемент 5, затем фотоэлементы 6, 7. Так как рассматривается участок- с максимальным углом наклона, то интервалы времени между моментами срабатываний отдельных фотоэлементов будут минимальиы. Обозначим этот минимальный интервал времени через То. Движение графика мимо фотоэлемента 5 вызывает срабатывание этого фотоэлемента. Сигнал от фотоэлемента 5 поступает на ключ 8, открытый во время

подготовки схемы. Через ключ 8 полезный сигнал с фотоэлемента 5 поступает на пороговый узел 11, который осуществляет амплитудную селекцию. Сигнал с порогового узла 11 дифференцируется в узле 14. Сигнал, соответствующий переднему фронту, после узла 14 поступает на «верхнюю схему «И 20. Так как во время подготовки схемы на схему «И 20 был подан входной сигнал от триггера 35, то теперь «верхняя схема «И 20 выдает сигнал во внешнюю цепь. Этот сигнал поступает на общую щину 44, с которой сигнал поступает на устройство 41, которое вырабатывает код числа «+1. Этот код поступает на счетчик 39 импульсов, содержимое

которого увеличивается на единицу (в исходном состоянии в счетчике 39 был записан нуль). Увеличенное число со счетчика 39 постунает на ПКН 40, который вырабатывает аналоговое напряжение, соответствующее данному значению ординаты графической кривой. Таким образом происходит обработка полезного сигнала.

Кроме этого, осуществляются следующие операции.

С общей щины 44 сигнал перебрасывает триггер 34 в обратное состояние. При этом снимается сигнал с одного из входов «нижних схем «И 23-25. Теперь получают входные сигналы только «верхние схемы 20-22 от триггера 35. Так происходит первая часть подготовки схемы к следующему такту. На следующем такте разрещен только «верхний выход каждой унифицированной ячейки. Происходит запоминание положительного знака производной графической кривой на триггере 35. Понятным становится смысл термина «верхний. Все схемы «И 20-22 имеют общий выход на щину 44, что через устройства 41 и 39 заставляет ПКН 40 увеличивать значение выходного напряжения на один квант. Аналогично объяснение термина «нижний.

Все схемы «И 23-25 имеют общий выход на щину 45, сигнал с которой поступает на устройство 42, которое вырабатывает код числа «-1. В результате содержимое счетчика 39 уменьщается на единицу, и ПКН 40 вырабатывает напряжение, на квант меньщее предыдущего значения. Кроме этого, сигнал с щины 45 перебрасывает триггер 35 в обратное состояние, отключая входные сигналы «верхних схем «И 20-22.

Таким образом, к следующему такту разрещается только «нижний выход каждой унифицированной ячейки. Значит, триггер 34 запоминает отрицательный знак производной графической кривой.

Таким образом, схема на выходе работает по принципу приращений: происходит или прибавление или вычитание одного кванта напряжения ПКН по сравнению с предыдущим значением аналогового напряжения. Одновременно дифференцированный сигнал (соответствующий переднему фронту) с устройства 14 поступает на схему «ИЛИ 36, с выхода которой сигнал идет на узел 37 задержки. Длительность вырабатываемого этим узлом импульса задержки определяет время цикла измерения ординаты графической кривой. Сигнал носле узла 37 поступает на дифференцирующую цепь 38. Импульс, соответствующий заднему фронту импульса задержки, идет на схемы «И 26-28. Однако сигнал на второй вход этих схем «И поступает только с того порогового узла, который срабатывает в момент измерения ординаты графической кривой. Для рассматриваемого случая срабатывает пороговый узел 11, сигнал с потенциального выхода которого поступает на схему «И 26. В конце цикла измерения

на схему «И 26 поступает два входных сигнала, и она срабатывает. Сигнал со схемы «И 26 устанавливает в рабочее положение триггер 17 и сбрасывает триггер 18. При этом через схему «ИЛИ 30 открывается ключ 9, а также подается отрицательный потенциал на «верхнюю схему «И 21.

Одновременно после сбрасывания триггера 18 через схемы «ИЛИ 29, 31 закрываются

ключи 8, 10 и снилтается отрицательный потенциал со схем «И 23, 22. Так происходит подготовка схемы по входу к следующему циклу измерения: открывается путь для входного сигнала от фотоэлемента 6.

Кроме этого, сигнал с потенциального выхода порогового узла 11 идет на общую щину 43, с которой сигнал поступает на интегрирующее звено 32, а затем на пороговый узел 33. Параметры интегрирующего звена

32 выбраны таким образом, что, если через время ,5 Го напряжение на щине 43 станет равным порогу срабатывания узла 33, то последний срабатывает и приводит триггеры 34 и 35 в исходное положение, при этом подаются входные сигналы на все выходные схемы «И 20-25. Отсчет времени Т ведется от момента срабатывания предыдущего фотоэлемента. Таким образом, после окончания цикла измерение ординаты кривой на уровне фотоэлемента 5 происходит подготовка к следующему циклу измерения: через схему «ИЛИ 30 открыт ключ 9, поданы 2 входных сигнала на «верхнюю схему «И от триггеров 17

и 35. Тем самым подготовлен путь полезному сигналу от фотоэлемента 6.

Если теперь сработает фотоэлемент б, то полезный сигнал через ключ 9, пороговый узел 12, дифференцирующую цепь 15, схему

«И попадает на щину 44. Опять увеличится на единицу содержимое счетчика 39 импульсов, и ПКН 40 выработает напряжение на квант больще, чем предыдущее значение. В конце данного цикла измерения схема

«И 27 сбрасывает триггеры 17 и 19 в исходное положение, а триггер 18 ставит в рабочее положение. Тем самым осуществляется подготовка для работы по входу лищь двух ячеек: последующей (через схему «ИЛИ 31

и ключ 10) и предыдущей (через схему «ИЛИ 29 и ключ 8).

Так как рассматривается участок кривой с максимальной крутизной, то интервал времени между моментами срабатываний фотоэлементов 5 и б составляет То. За это время цепочка 32, 33 сработать не успеет, и триггеры 34 и 35 сохранят свое положение. Следовательно, к следующему циклу измерения подготовлена лищь одна схема «И (от триггера

18 и 34). Если фотоэлемент 7 сработает через Гп после фотоэлемента 6, то работа схемы будет протекать аналогично. Через ключ 10, пороговый узел 13, дифференцирующее звено 16, схему «И полезный сигнал попадает в устройство 41, заставляющее увеличнваться выходному напряжению. Параллельно будет происходить описанная выше коммутация унифицированных ячеек.

Если же после момента срабатывания фотоэлемента 6 за время ,5 То ни один из фотоэлементов не сработает, то работа схемы изменится. За время Г, 1,5 Го успевает сработать цепочка 32, 33, и триггеры 34 и 35 восстанавливаются в первоначальном состоянин. Теперь, кроме схемы «И 22, будет подготовлена к срабатыванию и схема «И 23 (от триггеров 18 и 34). Вся схема как бы «ждет, какой из фотоэлементов раньше сработает: фотоэлемент 5 или фотоэлемент 7 (так как теперь подготовлены цепи для срабатываний обоих фотоэлементов). В это время ПКН 40 вырабатывает постоянное напряжение. Как только один из двух (фотоэлемент 5 или фотоэлемент 7) фотоэлементов сработает, схема начнет работать как раньше. Так, схема работает на участках графической кривой с крутизной меньше максимальной (включая участки с нулевой крутизной).

Схема рассчитана таким образом, что за время То (минимально воспринимаемый схемой интервал времени) производная графической кривой не может поменять знак производной от плюса к минусу. Другими словами, в интервале Го кривая может иметь только

какой-то определенный знак производной (и только один). Значит, описанная выше работа схемы охватывает все участки графической кривой. Следовательно, рассмотренная схема позволяет осуществить считывание всей кривой (без пропусков) с максимальной крутизной до 89° (определяемым интервалом времени Го).

Предмет изобретения

Устройство для считывания графических функций, содержащее блок развертки функций, блок подсветки, блок фотоприемников, соединенный с блоком задержки и блоком

формирования выходного напряжения, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности считывания графических функций с большой крутизной в натуральном масштабе времени, устройство содержит блок определения и памяти знака производной графической функции, блок фотоприемников выполнен в виде линейки соединенных между собой унифицированных фотоячеек, информационный выход каждой из которых соединен

со входами блока определения и памяти знака производной графической функции, один вход - с выходами блока задержек, другие входы - с выходами блока определения и памяти знака производной графической

функции.