Устройство для измерения угловых и линейных перемещений Советский патент 1975 года по МПК G08C9/06 

1

Изобретение относится к устройствам для прецизионного , измерения угловых и линейных перемещений.

Известны устройства измерения угловых и линейных перемещений, содержащие фотоприемники, соединенные с соответствующими усилителями, и реверсивный счетчик с цифровым табло для индикации измеряемой величины в виде десятичного числа. Точность измерения в подобных устройствах определяется HiaroM растровой шкалы, величина которого ограничивается технологическими трудностями изготовления и сопряжения растровых шкал с малым шагом.

Целью изобретения является повышение точности измерения угловых и линейных перемещений.

Предлагаемое устройство для измерения угловых и линейных перемещений отличается тем, что в него введены аналого-цифровые преобразователи и логический блок, выполненный на логических схемах «ИЛИ и «И - НЕ. Выходы первых четырех схем «ИЛИ соединены с одним из входов соответствующих нар схем «И - НЕ, выходы которых подключены ко входам пятой и шестой схем «ИЛИ. Входы первых четырех схем «ИЛИ соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых .преобразователей, прямые выходы которых соединены с другими входами

первой, третьей, шестой и восьмой схем «И- НЕ, а инверсные - с другими входами второй, четвертой, пятой и седьмой схем «И- НЕ логического блока. Выходы пятой и шестой схем «ИЛИ логического блока подключены ко входам реверсивного счетчика.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для измерения угловых и линейных перемещс: -НИИ; «а фиг. 2 - функциональная электричеекая измерительная схема; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип деления.

Устройство содержит фотоприемники 1 и 2 с пространственным сдвигом осей одного относительно другого на 1/4 шага растровой шкалы, выходы которых через усилители 3, 4 соединены со входами соответствзюших аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 5, 6. Выходы АЦП объединены общим логическим

блоком 7, который в зависимости от направления перемещения выдает счетные импульсы на выход или на выход U - . Реверсивный счет импульсов и индикацию результата измерения осуществляет реверсивный счетчик 8.

Электрическая измерительная схема (фиг. 2) состоит из АЦП 5 и 6 и логического блока 7. Прямые и инверсные выходы -пороговых элементов 9-13 АЦП 5 через дифференцирующие цепи 14-23 подключены ко входам

схем «ИЛИ 24 и 25 блока 7, а прямые и инверсные выходы пороговых элементов 26-30 АЦП 6 через дифференцирующие цепи 31-40 подключены ко входам схем «ИЛИ 41 и 42 логического блока 7. На фиг. 2 дифференцированные сигналы пороговых элементов аналого-цифровых преобразователей обозначены следующим образом: Cia, Сп, Gig, €21 и Сгз - импульсы срабатывания и Он, Oje, Oig, О2о и 022 - импульсы отпускания пороговых элементов АЦП 5; Сз2, Сз4, Сзб, Сзз и С - импульсы срабатывания и Озь Озз, Оз5, Озт и Оз9 - импульсы отпускания пороговых элементов АЦП 6.

Выходы каждой схемы «ИЛИ 24, 25, 41 и 42 раздвигаются, « через соответствующие схемы «И-НЕ 43-50 соединяются с входами логических схем «ИЛИ 51 и 52. Вторые входы логических схем «И - НЕ 43, 45 соединены с прямым выходом порогового элемента 27, схем «И - НЕ 44 и 46 - с инверсным выходом порогового элелмента 29, схем «И - НЕ 48 и 50 - с прямым выходом порогового элемента 10,- схем «И - НЕ 47 и 49 - с инверсным выходом Порогового элемента 12.

С выхода схемы «ИЛИ 51 () либо с выхода схемы «ИЛИ 52 (U - ) снимаются счетные импульсы и регистрируются реверсивным счетчиком.

При перемещении лодвижной растровой шкалы относительно неподвижной происходит изменение светового потока, которое преобразуется фотоприемйика-ми 1 и 2 IB два синусоидальных напряжения, сдвинутые одно относительно другого на 1/4 периода (сдвиг обусловлен престра«ственным расположением фотоприемников). Эти напряжения поступают на входы усилителей 3, 4 и далее на входы АЦП 5, 6.

Принцип деления лериода синусоидального напряжения на определенное число равных частей основан на том, что синусоиду на участках от -45° до ,+45° 1И от .+ 135° до +225° (см. фиг. 3), т. е. в интервале (-0,7 Um, +0,7 i/m), можно считать линейной (Ит--амллитуда сигнала «а входе АЦП).

Очевидно, что квантование линейных участков синусоидального напряжения по уровню с шагом квантования AL (фиг. 3) однозначно определяет деление соответствующих участков периода еи«усоидального напряжения на определенное число равных частей. Квантование синусоиды происходит как «а восходящем линейном участке, когда пороговые элементы АЦП срабатывают, так и на нисходящем, когда они отпускают.

Квантование линейных участков двух синусоидальных Напряжений LJi и Uz, сдвинутых одно относительно другого на четверть периода, выделение моментов срабатывания (Cis,

Ci7, Ci9, €21, С23, Сз2, Сз4, Сзб, Сз8 И - ИМ(цульсы срабатьгвания) и моментов отпускания (Ом, Oi6, Oi8, 020, 022, Озь Озз, Оз5, Оз7 и Оз9 - импульсы отпускания) -пороговых элементов АЦП объединение импульсов от обоих АЦП позволяет разделить период синусоидального сигнала на определенное число равных частей (фиг. 3).

Учитывая определенные логические соотношения между импульсами с выходов логических схем «ИЛИ 24, 25, 41 и 42 и потенциальными .сигналами с прямых выходов пороговых элементов 10, .27 и инверсных выходов пороговых элементов 12, 29 логический блок объединяет импульсы в одну цепь и выдает их либо на выход (У+либо на выход U-, определяя

тем самым направление перемещения. Реверсивный счет импульсов и индикацию результата осуществляет реверсивный счетчик.

В предлагаемом устройстве для измерения угловых и линейных перемещений осуществляется деление периода синусоидального сигнала на 20 частей (фиг. 3). Повышение числа делений периода синусоидального сигнала и достижение более высокой точности измерения перемещений возможно за счет увеличе-.

«ия числа пороговых элементов каждого АЦП. В общем случае

,

где Л - число делений периода синусоидального сигнала; д - число пороговых элементов каждого АЦП. При этом необходимо выполнение условия

,5 At/

где АС - погрешность нелинейности квантуемого участка синусоидального сигнг, &U - шаг квантования.

Предмет изобретения

Устройство для измерения угловых и ии«ейных леремещений, содержащее фотопрнкмники, соеди ненные с соответствующими усилителями, и реверсивный счетчик, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения перемещений, в него введены аналого-цифровые преобразователи и логический блок, выполненный на логических схемах «ИЛИ и «И - НЕ, причем выходы первых

четырех схем «ИЛИ соединены с одним из входов соответствующихпар схем «И - НЕ, выходы которых подключены ко входам пятой и щестой схем «ИЛИ, входы первых четырех схем «ИЛИ соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей, прямые выходы которых соединены с другими входами первой, третьей, шестой и восьмой схем «И - НЕ, а инверсные - с другими входами второй, четвертой, лятой и

седьмой схем «И - НЕ логического блока, выходы пятой и шестой схем «ИЛИ логического блока подключены ко входам реверсивного счетчика.

Перемещениё