Вычислительное устройство для измерителей перемещений Советский патент 1977 года по МПК G06G7/48 G01B9/02 G01D5/36 

1

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике и может быть применено в системах измерения линейных перемещений, в частности в лазерных интерферометрических системах, использующих как одночастотные, так и двухчастотные интерферометры.

Известны вычислительные устройства для двухчастотного лазерного интерферометра, содержащие в каждом .из двух измерительных каналов синтезатор частоты, в которых выходы синтезаторов соединены с реверсивным счетчиком 1, 2. Выходные сигналы интерферометра, представляющие собой опорную и измерительную частоты, проходя через синтезаторы, преобразуются в соответствующие импульсные последовательности, подаваемые затем на два входа реверсивного счетчика. Реверсивный счетчик определяет разность в числе импульсов, поступающих на него из обоих каналов. Эта разность пропорциональна измеряемому .перемещению.

Основным недостатком таких устройств является необходимость устранения совпадающих по времени импульсов на входах реверсивного счетчика, так как это может привести к просчету, и, следовательно, к искажению результата измерения.

Известно устройство для выявления полностью или частично совпадающих импульсов входных последовательностей и осуществления их взаимного запрета или сдвига 3. Устройство содержит блок обработки сигналов, поступающих с выходов фотоприемников двухчастотного лазерного интерферометра, установленный на входе реверсивного счетчика с индикацией и содержащий два

запоминающих триггера, элементы И-НЕ, ком.мутирующий триггер, генератор тактовых импульсов, линии задержки ,и триггер вычитания. Каждый импульс с выходов фотоприемников либо устанавливает триггер

вычитания в. состояние, при котором на входе дополнительного элемента И-НЕ в канале этого импульса имеется разрещающий потенциал, либо подтверждает это положение триггера. Если триггер находился в том

состоянии, которое приходящий импульс подтверждает, импульс проходит на вход реверсивного счетчика. Если триггер находится в противоположном состоянии, на входе дополнительного элемента И-НЕ имеется запрещающий потенциал, изменяющийся только по окончании импульса благодаря линии задержки. С помощью запоминающих и коммутирующего триггеров, основных элементов

И-НЕ и линий задержки осуществляется запрет совпадающих импульсов входных последовательностей. Однако такое устройство сложно, а вероятность просчетов не исключена.

Вычислительное устройство для одночастотного интерферометра, выполненное по традиционной схеме с реверсивным счетчиком, также имеет существенный недостаток. При вибрации отражателя реверсирование направления может быть пространственно настолько близким к фронту импульса (даже при небольщой частоте колебаний), что минимально допустимое расстояние между двумя фронтами будет перейдено. Для дальнейшей обработки результата измерения необходимо, чтобы этот импульс не терялся. Это достигается, например, применением промежуточного ЗУ, что также значительно усложняет схему.

Одной из особенностей лазерных интерферометров является то, ,что у них щаг квантования не кратен основанию системы счисления, используемой в устройстве регистрации. При этом в вычислительных устройствах обычно испол э3овано специальное множи, тельное устройство, осуществляющее предварительную обработку результата измерения линейного перемещения, выраженного в долях длины волны излучения лазера, с целью представления его в требуемой системе единиц, например метрической. Известны различные схемы таких множительных устройств.

Известно устройство 4, предназначенное для индикации величины линейного перемещения в любой из двух систем измерения: метрической или дюймовой. Оно включает независимые каналы, каждый из которых соответствует одной из систем единиц и содержит делитель с заданным коэффициентом и декадные счетчики. Выходы счетчиков через селектор подключены .к устройству цифровой индикации. На входы каналов поступают импульсы с измерителя перемещений. Их подсчет в каждом канале проводится независимо, и любой один из результатов через селектор может быть выведен на устройство цифровой индикации. Описанное устройство сложно, так как для каждой системы единиц измерения имеется свое множительное зстройство. Кроме того, оно не позволяет корректировать результат путем изменения коэффициента пересчета в процессе измерения.

С определенными трудностями связана также задача обработки результата измерения линейного перемещения. Известны вычислительные устройства для определения лощаговой и накопленной погрешностей линейных перемещений. Система 5 осуществляет вычисление погрещности путем непрерывного сравнения величины измеренного перемещения с заданным значением и содержит множительное зстройство - преобразователь

выходных сигналов одночастотного интерферометра в имп льсы, кратные дюймам; пересчетные схемы, управляющие логические схемы, схему несовпадения п реверсивный счетчик. Импульсы, поступающие с выхода одночастотного интерферометра, обрабатываются преобразователем и через пересчетные схемы и логическую схему направления подаются па вход схемы несовпадения, на второй вход

которой также через пересчетпую схему поступают управляющие импульсы от блока цифрового управления. Выходы схемы несовпадения .подключены ко входам реверсивного счетчика, содержимое которого соответствует измеряемой погрещности. Для избежания просчетов, обусловленных совпадающими по времени импульсами, введена схема несовпадения и усложнено устройство, что снижает надежность его работы. Кроме того,

узкая аппаратурная специализация такого устройства не позволяет решать его с помощью какие-либо иные задачи, за исключением измерения погрешностей. Из известных вычислительных устройств

наиболее близким по технической сущности к изобретению является вычислительное устройство двухчастотпого лазерного интерферометра 6. Оно содержит в каждом измерительном канале носледовательно соединенпые усилитель, триггер Шмитта и удвоитель частоты, счетчик, выход которого через регистр подключен к соответствующему входу арифметического блока, выход которого через регистр индикации .-подключен к блоку

индикации. Входы усилителей подключены к соответствующим входам устройства. Управляющие входы регистров, арифметического блока и регистра индикации соединены с соответствующ.ими выходами блока управления. В этом устройстве каждый из двух иереверсизных счетчиков считает свою им)1ульспую последовательность, а арифметический блок производит вычисление разности содержимого счетчика и дальнейшую обработку информации для получения величины линейного перемещения. В таком вычислительном устройстве устранены упомянутые недостатки схемы с одним реверсивным счетчиком, а также значительно повыщена

скорость обработки информации. Однако описанное устройство может работать только с двухчастотным лазерным интерферометром, а также решает довольно узкий круг задач, связанных с обработкой результата

измерения величины линейного перемещения.

Целью изобретения является повышение

коэффициента использования оборудования

устройства пзтем обеспечения возможности

работы с одночастотным и двухчастотным

измерителями перемещений.

Поставленная цель достигается тем, что в предложенное устройство введены коммутатор режимов, регистр ввода заданной величины, управляющие входы которы-х подключены к соответствующим выходам блока управления, распределитель импульсов, входы которого соединены соответственно с выходами удвоителей частоты, блок постоянной памяти, выход которого подключен ко входу блока управления. В каждый канал введен ключ, соединенный выходом со входом счетчика, а входами - соответственно с выходами удвоителя частоты, распределителя импульсов и коммутатора режимов. Выход регистра ввода заданной .величины соединен со входом арифметического блока.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Входы 1 и 2 устройства через входные усилители 3) и Sz (индексы указывают номер канала) и триггеры Шмитта 4i и 42 соединены с удвоителями частоты 5i и За. Выход каждого удвоителя частоты 5 и 52 соединен с соответствующим входом распределителя импульсов бис одним из входов соответствующего ключа 7i или 72. выход, распределителя импульсов 6 подключен к другому .входу соответствующего ключа. Выход ключа соединен со счетчиком 8i, а выход ключа 72-со счетчиком 82. Выходы счетчиков через соответствующие регистры 9i и Эа связаны с арифметическим блоком 10, выход которого через регистр индикации 11 соединен с блоком индикации 12. Блок управления 13, на входе которого установлен блок постоянной памяти 14, соединен с регистрами 9, 9i и 11 и арифметическим блоком 10. К одному из выходов блока управления 13 подключен коммутатор режимов 15, выходы которого соединены ,со входами ключей 7i и 72. К арифметическому устройству 10 подключен регистр 16 ввода заданной величины, соединенный с блоком управления 13.

На входы 1 и 2 устройства при работе с одночастотным измерителем перемещения поступают две частоты, сдвинутые одна относительно другой по фазе на 90°, а при работе с двухчастотным измерителем - опорная и измерительная частоты. При прохождении входных частот через усилители 3i и 82 и триггеры Шмитта 4i и 42 в каждом измерительном канале формируется последовательность импульсов, поступающих затем на удвоитель частоты 5i и-ли 62, где из передних и задних фронтов каждого импульса формируются короткие счетные импульсы. Эти последовательности импульсов удвоенной частоты подаются на входы ключей 7i, 72 и в распределитель импульсов 6. Распределитель импульсов 6 объединяет импульсные последовательности из обоих каналов и в зависимости от знака сдвига фаз между ними ( + 90° или -90°), определяемого направлением измеряемого перемещения, подает на второй вход ключа 7i или 72, сформированные таким образом импульсы учетверенной частоты.

В двухчастотном режиме -связанный с блоком управления 13 коммутатор режимов 15 вырабатывает сигнал, при подаче которого

на соответствующие входы ключей 7i и 72 импульсы от удвоителей частоты 5i, 52 проходят на входы счетчиков 8i и 82, а импульсы от распределителя 6 ключи 7i и 72 не пропускают.

В одночастотном от коммутатора режимов 15 на соответствующие входы ключей 7i, 72 поступает сигнал, запрещающий прохождение через них импульсов от удвоителей частоты БЬ 52, по позволяющий прохолсденпе импульсов учетверенной частоты от распределителя импульсов 6.

Таким образом, в двухчастотном режиме один счетчик считает импульсы, соответствующие опорной частоте, а другой-импульсы, соответствующие измерительной частоте. В одпочастотном режиме один счетчик считает импульсы, соответствующие одному направлению перемещения, а другой-импульсы, соответствующие противоположному направлению. В обоих случаях величина перемещения отражателя в долях длины волны излучения лазера определяется как разность содержимого счетчиков 8i и 82.

Содержимое каждого счетчика периодически переписывается в соответствующий регпстр 9 или 92. Затем в арифметическом блоке 10 производится вычитание этих двух чисел и умножение на коэффициент, равный соответствующей доле длины волны излучения лазера. Результат вычислений накапливается в регистре индикации 11 и выводится на блок индикации ,12. Эти вычисления производятся непрерывно, например, с частотой 1 КГЦ. Блок 14 дает возможность изменять алгоритм работы арифметического блока 10. Регистр 16 ввода заданной величины позволяет производить вычисления отклонения текущего результата от заданного значения.

Универсальность устройства обеспечивается его структурой, позволяющей ему работать как с двухчастотным пзмерптелем перемещения, так и с одночастотным. Использование устройства в ЩИроко распространенных одночастотных лазерных интерферометрических системах позволяет увеличить скорость измерений и повысить точность без создания устройств, специально предназначенных для одночастотных измерителей. Кроме того, блок постоянной памяти в сочетании с регистром ввода заданной величины позволяет решать щирокий круг задач, связанных с линейными перемещениями, в частности позпционпрование, вычисление пошаговой и накопленной погрещностп.

Формула изобретения

Вычислительное устройство для измерителей перемещений, содержащее в каждом измерительном канале последовательно соединенные усилитель, триггер Шмитта и удвоитель частоты, счетчик, выход которого через регистр подключен к соответствующему входу арифметического блока, выход которого через регистр индикации подключен к

блоку индикации, входы усилителей лодключеиы к соответствующим входам устройства, управляющие входы регистров, арифметического блока и регистра иидикации соедииеиы с соответствующими выходами блока управлеиия, отличающееся тем, что, с целью повышения коэффициента использования оборудования устройства путем обеспечения возможности работы с одночастотными и двз хчастотными измерителями перемещений, в него введены коммутатор режимов, регистр ввода заданной величины, управляющие входы .которых подключены к соответствующим выходам блока управления, распределитель импульсов, входы которого соединены соответственно с выходами удвоителей частоты, блок постоянной памяти, выход которого подключен ко входу блока управления; и В каждый канал введен ключ, соединенный выходом со входом счетчика, а

входами соответственно с выходами удвоителя частоты, распределителя импульсов и коммутатора режимов; выход регистра ввода заданной величины соединен со входом арифметического блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США № 3458259, кл. 356-106, 1969 г.

2. Патент США № 3656853, кл. 356-106, 1962 г.

3.Авторское свидетельство СССР, М. Кл. G 01В 19/36, 1972г.

4.Патент США № 3872288, кл. 235-151, 32, 1975 г.

5.Патент. США МР ЛЬ 3794814, кл. 235- 92, 1974 .г.

6.«Product Engineering, 1970, 41, № И, p.p. 112-113, «Dual-frequency interferometer ready to work for industry (прототип).

2