Счетно-импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный Советский патент 1978 года по МПК G06F5/04 

1

Изобретение относится.и цифровой технике и может быть использовано в цифровых приборах с частотными датчиками, например, в двухчастотных лазерных измерителях перемещений (угловых или линейных) и расстояний, в которых измеряемая величина преобразуется в прпорциональный ей времэнной сдвиг выходных сигналов интерферометра, выражаемый как в целых периодах, так ив долях периода. Этот сдвиг, отнесенный к величине периода, должен быть умножен на коэффициент пропорциональности равный, натгример, для двухчастотногр лазерного интерферометра, длине волны лазера.

Известны устройства, вьдтолняющие эту операцию на основе число-импульсных или цифровых преобразований 11 . Цифровое преобразование позволяет достаточно просто выводить поправки на атмосферные условия, т.е. на измене- НИН коэффициента пропорциональности, однако, оно требует большого количества оборудования. Более простыми являются число-иютульсные преобразователи, содержа1цие накапливающий сумматор, на входы которого заведено значеtve длины волны лазера, соединенный

2

с реверсивным счётчиком 2J, Последний подключен к блоку индикации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является счетноимпульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный содержащий делители частоты опорного и информационного сигналов, входы которых соединены с первым и вторым входг1ми устройства, а выходы соединены с входами вычитателя частот, блок управления, первый вход которого соединен с выходом делителя опорног сигнала, блок сумматоров, соединенный

входами с выхопами вычитателя частот, блока управления и счетчика коррекции, элементы И-НЕ, 2 И-ИЛИ и И, генератор импульсов, первый1 3-триггер и первый дифференцирующий эле-. мент, причем второй выход вычитателя частот соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу блока управления и через дифференцирующий элемент входу 5 первого Кб -триггера, вход ,U которого через элемент И подключен к выходу делителя частоты информационного сигнала, первый выход первого RS -триггера подключен К первому входу элемента 2 И-ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход к входу счетчика коррекции, выход элемента И-НЕ соединен с вторым входе элемента Известные счетно-импульсные преобразователи имеют низкую точность, вызванную тем, что при изменении амплитуды сигналов и при изменении порога срабатвшания формирователей, формирующих из синусоидальных сигнал импульсные последовательности,, меняются показания преобразователя из-за того/ что в них для формирования им пульсных сигналов используются лишь положительные переходы синусоиды через нуль. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Достигается это.тем, что в преобр зователь введены триТ 6-триггера, дв дифференцирующих элемента, элемент причем третий вход устройства соеди нен с входом Т второгоТ 3-триггера, вход 6 которого через второй диффе ренцирующий элемент соединен с вторым выходом первого IRS -триггера, выкод второго RS -триггера через третий дифференцирующий элемент соединен с входами R третьего и четвертого RS триггеров, вход S последнего соединен с выходом блока управления, выход четвертого RS -триггера соединен с первым вхсяс 1 второго элемента И, торой вход которого соедиг иен с четвертым входом устройства, выход второго элемента И соединен с входом S третьего -триггера, выход которого соединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ, Четвертый вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, второй вход блока, управления соединен с вторьм выходом делителя частоты опор ного сигналй. На фиг. I показана функциональмая схема преобразователя; на фиг, 2 {Временные диаграммы/ поясняющие ра|боту преобразователя. Предлагаемый счетно-импульсный преобразователь содержит делитель частоты опорного сигнала 1, соединен ный входом с первым входом устройств выходе совпадения нулей во всех его разрядах (выходом О) - с первыми входами вычитателя частот 2 и блока управления 3, а выходе совпадения единиц во всех разрядах (выходом ) - с блоком управления 3. Вторым входом устройства является вход делителя частоты информационного сигнала 4, выход OV которого соединен с вторым входс 1 вьлчитателя час тот 2 и с первым входом элемента И 5 Выход последнего соединен с входом 1 RS-триггера 6, а второй вход - с эл ментом И-НЕ 7, первый вход которого соединен с выходом вычитателя частот 2, индуцирующим совпадение выходных импульсов делителей 1 и 4, а второй с выходом О блока управления 3 (импульс на выходе О блока управ- ления появляется, когда во всех разрядах счетчика блока управления 3 и делителя частоты опорного сигнала 1 устанавливается О). Преобразователь также содержит элемент 2 И-ИЛИ 8, RS -триггер 9, -триггер 10, RS -триггер 11, элемент И 12, генератор импульсов 13, счетчик- коррекции 14, блок сумматоров 15, первый, второй и третий дифференцирующие элементы - соответственно 16,17, 18, Вход б триггера 10 подключен к выблока управления 3, а выход триггера - к входу элемента И 12, выход которого соединен с входом триггера 11. Выход триггера 11 подключен к второму входу элемента 2И-ИЛИ 8,1, третий и четвертый входал которого соединены с перВБМ и вторым выходами генератора тактовых импульсов 13, а выход - с входом счетчика коррекции 14. Выходы счетчика коррекции 14 соединены с Ёходами блока сумматора 15, к другим входам которого подключены вто;рой ёыход вычитателя частот 2 и третий выход блока управления 3. Устройство работает следующим образом. На первый и второй его входы поступают импульсы, сформированные от передних фронтов, а на четвертый и третий - ОТ задних фронтов опорных и информационных импульсов, соответственно, которые получаются из .синусоидально1:о сигнала интерферометра р дв xчacтoтным лазером с помощью безгистерезисных усилителей-ограничителей с двухсторонним ограничением выходных сигналов. Опорная и информационная последовательности с первого и второго входов устройства делятся делителями 1 и 4, соответственно, а затем через вычитатель частот 2 поступают в блок сумматоров 15, где разность поделенных опорных и информационных ил пульсов умножается на соответствующий коэффициент и суммируется с содержимым счетчиком коррекции 14. Содержимое счетчика 14 представляет собой код полусумм двух длительностей и Eg S первая - от заднего фронта опорного импульса KQ-I до заднего фронта информационного импульса К U ; от переднего фронта опорного импульса Kg до переднего фронта информационного импульса К у , Полусумма, этих длительностей равна временному сдвигу между серединами поделённых по частоте опорного и информационного импульсов плюс половина входного опорного периода (ошибка в .полпериода будет систематической и для ее нсключь:ния в первый сумматор можно занести код этой ошибЛ с противоположным знаком). Формирование длительностей начинается с момент когда в делителе частоты опорного сигнала 1 и счетчике блока управления 3 установятся единицы во всех разряда в этот момент с выхода управления 3 поступает импульс, соответствующий переднему фронту импульса Кд-1, который устанавливает триггер 10 в единичное состояние. Схема. И 12 пропускает на триггер 11, формир; Ю1ций длительность t j , импуль от заднего фронта входного опорного импульса, который ставит триггер 11 в единичное состояние, что дает возможность импульсам с первого выхода генератора 13 пройти через элемент 2 И-ИЛИ 8 на вход счетчика 14. Через один период входного опорного сигнал с вьлхода О блока управления 3 Ьоступает импульс от переднего фронта Kg -го опорного импульса, ставящий триггер б, который формирует длитель ность tg в единичное состояние. Триг гер б сбрасывается импульсом с выхо да делителя частоты информационного сигнала 4. В случае, если этот импульс совпадает с опорным импульсом ставящим триггер б в , с выхода блока сумматоров на вход схемы И-НБ 7 поступает Ч , иа выходе этой схемы появляется О, запреща ющий прохождение импульса с делителя 4 через схему И 5 на сброс триггера б. Триггер б сбрасывается следующим импульсом с выхода делителя 4. Длительность Jg эта длительность получалась и использовалась в прототипе) , сформированная триггером б, заполняется импульсами с второго выхода генератора 13 (эти импульсы отстоят от импульсов с первого выхода генератора на половину их периода}, который через элемент 2И-ИЛИ 8 посту пает нг вход счетчика 14. Таким образом, счетчик 14 одновременно форми t)yeT код 1 + f 2. за счет того, что импульсы, заполняющие . и t сдвин ты друг относительно друга. Яа фиг. 2 отражены два случая с разным.порогсм срабатывания усилителя-формирователя опорного сигнала при неизменном сдвиге фаз между опорным и информационнш4 сигналами. Рассмотрим случай равных частот, хотя,все сказанное справедливо и для случая разных частот, на -диаграммах д И изображены синусоидальные опорный и информационный сигналы и соответствукяцие им импульсные последовательности, сформированные безгистереаиснь94и усилятелями-формиро;ваУёлями. На этих диаграммах обознач ны; Т - период опорного сигнала; t - ременной сдвиг максимумами опорной и информационной синусон 1 и tj - половины длительностей опо ного и информационного импульсов, соответственно;, - импульсы, сформированные от переднего фронта ограниченного опорного сигнала, поступающие на первый вход устройства ДГ,, импульсы, сформированные от переднего фронта ограниченного информационного сигнала, поступающие на второй вход устройстваj-lT jKUg - импульсы, сформированные от задних фронтов ограниченных инфор 1ационного и опорного сигналов, посГтупающих на третий и четвертый входы устройства, соответственно. Если опорный импульс KO -1 устанавливает делитель 1 и счетчик блока управления 3 в состояние всех единиц, тогда от заднего фронта этого импульса начнется формлирование длительности t . От переднего фронта следующего опорного импульса Кд начнется формирование длительности tji которое закончится с приходом «шпульса от переднего фронта информационного {1мпульса 1/ jj ,-с приходом импульса от заднего фронта Ц ц закончится формирование длительности tj. Как видно из временных диаграмм 2«WtzПолусумма сформированных длительностей равна Если к предыдущему моменту формиро ванйл.длительностей -t. а произошло изменение уровня срабатывания усилителя-формирователя опорного сигнала и полутлирина опорного импульса стала ргшной -t, , то при этом l To-t; t2 i ti -e-i;, и 2 - 2 В случае же измерения времедного сдв.ига только по передним фронтам (как это делается в известных, ранее упомянутых счетно-юетульсных преобразователях) , получаются разные результаты. Предлагаемый счетно-импульсный преобразователь использован в блоке обработки измерителя перемещений ДИП- 2 его так же предполагается использовать в блоке измерителя дальности, разрабатываемого на основе прибора ДИП-2. Применение этого преобразователя на порядок повысило точность измерителя ДИП-2 и приблизило ее к разрешающей способности электронного блока прибора, равной 2 нм. Это повышение, точности прибора ДИП-2 особо важно при использовании его для измерений малых деформаций, коэффициентов линейного расширения, коэффициентов упругости и других физических и механических величин. Совместно с ИЯФ СО АН СССР проведены работы по пр менению измерителя ДИП-2, использующего предлагаемый счетно-импульсный п обраэователь для компарирования рабоч мер длиной от 1 до 25 м. Установлено что применение ДИП-2 уменьшает время компарирования более, чем в 5 раз, при этом точность компарирования возрастает приблизительно на порядок Кроме того отпадает необходимость в сверке дорогостоящих эталонных мер в специализированных метрологических организациях, так как эталоном служит длина волны лазера. Формула изобретения Счетно-импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный, содержащий делители частоты опорного и информационного сигналов, входы которых соединены с nepBijM и вторым входами устройства а выходы соединены с входами вычитателя частот, блок управления, первый вход которого соединен с выходом дели теля опорного сигнала, блок сумматоров, соединенный входами с выходами вычитателя частот, блока управления и счетчика коррекции, элементы И-НЕ, 2 И-ИЛИ и И, генератор импульсов, первый -триггер и первый дифференцирующий элемент, причем второй выход вычитателя частот соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к заходу бло ка управления и через дифференцирующий элемент к входу S первого T Sтриггера, вход Т которого через элемент И подключен к выходу делителя частоты информационного сигнала, пер

вдЛ

л./

I Н I I вый -выход первого RS -триггера подключен к первому входу элемента 2 И- ИЛИ, второй вход которого подключён к выходу генератора импульсов, а вы- ход - к входу счетчика коррекции, выход элемента И-НЕ соединен с вторым входом элемента И, отличающийся тем, что, с целью повьиаения точности преобразования, в него введены три -триггера, два дифференцируквдих элемента, элемент И, причем третий вход устройства соединен с вхо дом R второго 46 -триггера, вход 5 которого через второй дифференцирующий элемент соединен с вторым выходом первого TtS -триггера, выход второго -триггера через третий дифференцирующий элемент соединен с входами третьего и четвертого RS триггеров, причем вход S последнего соединен с выходом блока управления, а выход - с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с четвертым входом устройства, выход второго элемента И соединен с входом S - третьего RS -триггера, выход которого соединен с третьим вхо дом элемента 2 И-ИЛИ, четвертый вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов; второй вход блока управления соединен с вторым выходом делителя частоты опорного сигнала, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Алькаев М, И. и др. Система на основе малой ЭВМ для измерения перемещений с помощью лазерных интерферсйиетров. Автометрия, 1973, 3, с. 52. 2.Патент США, № 3602698, кл. 235-92, 1971. 3.Заявка 1875347/24, 1974, по которой принято положительное решение.