Автокорректор для акустических устройств считывания графической информации Советский патент 1979 года по МПК G06K11/00 

1

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, является одним из основных блоков устройств ввода графической информации акустического типа и используется для компенсации погрешности измерения координат, обусловленной изменением иараметров звукопроводящей среды.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является известный автокорректор 1 для акустических устройств считывания графической информации по авт. св. № 634314, содержащий электроакустический преобразователь, акустически связанный с микрофоном, подключенным через последовательно соединенные усилитель, фильтр верхних частот, селектор импульсов по длительности, амплитудный дискриминатор, первый логический элемент И и триггер, один из установочных входов которого подключен к электроакустическому преобразователю и выходу генератора цикла коррекции, а выход через второй логический элемент И - к входу измерительного счетчика, выходы старших разрядов которого соединены с входами управления реверсивного счетчика, выходом подключенного через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и

генератор тактовых импульсов к одному из входов второго логического элемента И, элемент запрета, выход которого соединен через элемент задержки со счетным входом реверсивного счетчика, а входы подключены соответственно к выходу триггера и одному из входов управления реверсивного счетчика, н последовательно соединенные первый одновибратор, входом

подключенный к генератору цикла коррекции, н второй одновибратор, выходом связанный с одним из входов первого логического элемента И.

Однако этот автокорректор обеспечивает

работоспособность устройств считывания графической информации лишь в ограниченном диапазоне изменений иараметров среды. Это обусловлено наличием в устройстве цифроаналогового преобразователя.

Такие преобразователи, работающие с высокой точностью в широком диапазоне температур, трудно изготовить более чем на 9-10 разрядов.

Пусть требуется построить акустическое

устройство считывания с воздушной звукопроводящей средой со следующими параметрами: рабочее поле 800X800 мм; температура воздуха 20±10°С; точность измерения координат ±0,1 мм в любой точке

планшета.

Эталонное расстояние выбирается из условий /эт ЛГмакс, /эт /макс.

Исходя ИЗ заданной точности измерения координат, величина минимального отсчета не должна превышать n 0,l мм. Тогда емкость измерительного счетчика не должна быть менее N единиц. Прип

нимаем Л 8192 2Ч Таким образом, /эт 819,2 мм.

Максимальная н минимальная частота генератора тактовых имнульсов находятся из соотношений

f /1

f

У макс - -}

J мин -,

где С.мип и Смаке - минимальная и максимальная скорости звука в воздухе нри изменении параметров воздуха в заданных пределах.

Смнп (10°С) 337,8-103 мм/с.

Смаке (30°С) 349,6-103 мм/с.

Подставив эти значения в выражение (1), получим

/,,„„ 3378.10 Гц, /„акс 3496 10 Гц, откуда

/макс + /м

3437.10 Гц,

/СП

Девиация частоты генератора тактовых импульсов А/ в рабочем диапазоне температур составляет

А/ /„акс-Л„„- Н8.10 Гц, Емкость реверсивного счетчика

т ( -мин) /ср)

где Тмаке И Тмин - максимальное и минимальное время прохождения звуком эталонного расстояния.

Тмаке 2,455-10- с.

,343-10-3 с.

Подставляя в выражение (2), получаем Af 385 единиц.

Округляя число М до ближайшего большего значения числа 2, имеем УИ 2. Таким образом, цифроаналоговый преобразователь должен быть девятиразрядным. Но при этом автокорректор, представляюш,ий собой систему автоматической подстройки частоты генератора тактовых импульсов, работает неустойчиво. Для устойчивой работы автокорректора, как показывают расчеты и практические исследования, число М необходимо брать с запасом 2-4.

Тогда емкость реверсивного счетчика tf.-Mxl -2 единиц, т. е. цифроаналоговый преобразователь должен иметь 10-11 ))азрядов. При этом автокорректор обеспечивает работоспособность устройства лишь в диапазоне температур ± 10°С.

Из приведенного расчета видно, что создать устройства считывания графической информации, работающие в более широком дианазоне температур, не удается, поскольку 10-11 разрядов для цифроаналогового преобразователя является пределом. Следует отметить, что в расчете не принималось во внимание влияние других нараметров (давления, влажности, состава возд}ха) на скорость звука в воздухе.

Цель изобретения - повышение точности и расширение температурного диапазона работы устройства.

Указанная цель достигается в автокорректоре тем, что в него введен коммутатор, входы которого подключены к выходу и управляющим входам реверсивного счетчика, а выходы - к дополнительным входам генератора тактовых импульсов.

Дополнительное отличие предлагаемого автокорректора состоит в том, что в нем коммутатор содержит последовательно соединенные управляющий реверсивный счетчик, дешифратор и ключи, выходы которых подключены к выходам коммутатора, входами соединенного с входами управляющего реверсивного счетчика. На фиг. 1 приведена функциональная

схема автокорректора; на фиг. 2 - схема электронного коммутатора, один из вариантов выполнения.

Автокорректор (фиг. 1) содержит электроакустический преобразователь 1, микрофон 2, усилитель 3, фильтр 4 верхних частот, селектор 5 импульсов по длительности, адаптивный амплитудный дискриминатор 6, триггер 7, генератор 8 цикла коррекции, логический элемент И 9, счетчик

10, логический элемент И запрета, элемент 12 задержки, реверсивный счетчик 13, цифроаналоговый преобразователь 14, генератор 15 тактовых импульсов, одновибраторы 16, 17, элемент И 18 и коммутатор 19.

Коммутатор 19 (фиг. 2) содержит управляющий реверсивный счетчик 20, дешифратор 21 на т выходов и т электронных ключей 22.

Электроакустический преобразователь 1 размещен на рабочем поле устройства считывания графической информации или в непосредственной близости от него. Микрофон 2 установлен на фиксированном расстоянии от преобразователя 1, акустически связан с ним и подключен к каналу преобразования, состоящему из последовательно соединенных усилителя 3, фильтра 4 верхних частот, селектора 5 имнульсов по длительности, амплитудного дискри.минатора 6, логического элемента И 18, вторым входом через одновибраторы 16, 17 связанного с выходом генератора 8, триггера 7, другим установочным входом соединенного с выходом генератора 8 и входом электроакустического преобразователя 1, логического элемента И 9 и счетчика 10. Выходы старщего разряда счетчика 10 соединены с входами управления реверсивного счетчика

13, разрядные выходы которого подключены через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 14 и генератор 15 тактовых импульсов к одному из входов логического элемента И 9. Элемент 11 запрета выходом соединен через элемент 12 задержки со счетным входом реверсивного счетчика 13, а входами - соответственно с выходом триггера 7 и одним из входов управления реверсивного счетчика 13. Управляющий реверсивный счетчик 20 счетным входом связан с выходом реверсивного счетчика 13, а входами управления - с входами управления этого счетчика. Разрядные выходы счетчика 20 подключены к ключам 22 через дешифратор 21.

Автокорректор работает следующим образом.

В момент включения аппаратуры начинает функционировать в автоколебательном режиме генератор 8 цикла коррекции, который периодически возбуждает электроакустический преобразователь 1. Период повторения цикла коррекции выбирается превышающим время прохождения звуковой волной расстояния от электроакустического преобразователя 1 до микрофона 2 (расстояние /эт). В начале каждого цикла импульс с выхода генератора 8 поступает на электроакустический преобразователь 1, триггер 7 и одновибратор 16. При этом преобразователь 1 излучает короткий звуковой импульс, триггер 7 устанавливается в единичное состояние и открывает логический элемент И 9, разрешающий поступление тактовых импульсов с генератора 15 в счетчик 10. Одновибратор 16 формирует импульс, который через время, близкое к времени прохождения звуковой волной расстояния /от, своим спадом (задним фронтом) запускает одновибратор 17, который формирует импульс, разрешающий прохождение информационного сигнала на триггер 7.

В момент, когда акустический импульс преобразователя 1 достигает микрофона 2 (это происходит раньше, чем начинается следующий цикл), на его выходе формируется сигнал, пост паюпии через усилитель 3, фильтр 4 верхних частот, селектор 5 импульсов по длительности, амплитудный дискриминатор 6 и логический элемент И 18, открытый к этому времени импульсом одновибратора 17, на вход триггера 7. Триггер 7 возвращается в исходное состояние, поступление тактовых импульсов в счетчик 10 через логический элемент И 9 прекращается.

Так как в автокорректоре расстояние между электроакустическим преобразователем 1 и микрофоном 2 выбрано равным 2Р минимальных единиц измерения, где р - разрядность счетчика 10, а параметры среды могут отличаться от нормальных, .щ}сло импульсов, поступивших в счетчик

10, может быть больше числа 2, меньше его, либо равно ему. Соответственно переход триггера старшего разряда счетчика 10 в единичное состояние происходит раньше, чем иоявляется сигнальный импульс на выходе микрофона 2 (переполнение счетчика), либо вообще не происходит (счетчик не заполнен) или происходит одновременно с появлением сигнального импульса (счетчик

заполнен).

Триггер старшего разряда счетчика 10 выполняет функцию трпггера управления реверсивным счетчиком 13, поэтому в первом и в третьем случае к концу цикла коррекции реверсивный счетчик 13 устанавливается в режим «вычитание, а во втором случае - в режим «сложение. При этом в первом случае сигнальный импульс вычитает единицу из содержимого реверсивного счетчика 13, а во втором случае добавляет ее. Так как в третьем случае число импульсов, поступивших в счетчик 10, равно 2, момент перехода триггера старшего разряда в единичное состояние совпадает с моментом прихода сигнального импульса с микрофона 2 и содержимое реверсивного счетчика 13 не изменяется (имиульс «переполнения, возннкающий в момент перехода триггера старшего разряда

в единичное состояние, запрещает прохождение сигнального импульса на вход реверсивного счетчика).

Таким образом, если за время прохождеиия звуком расстояния от электроакустического нреобразователя 1 до микрофона 2 число ноступивших в счетчик 10 импульсов окажется больше 2 код реверсивного счетчика 13 уменьшится на одну единиЦу, а если это число меньше 2, код реверсивного счетчика на одну единицу увеличится. Изменение числа реверсивного счетчика 13 приводит к изменению напряжения на выходе цифроаналогового нреобразояателя 14, подключенного к одному управляющем} входу генератора 15, частота которого при этом изменяется.

Этот процесс повторяется каждый цикл коррекции до тех пор. пока частота генератора 15 тактовых импульсов не установится такой, при которой измеренное расстояние будет равио . Тогда импульс, формируемый в момент перехода триггера старшего разряда счетчика 10 в единичное

состояние, появляется одновременно с сигнальным импульсом на выходе микрофона 2 и запрещает его прохождение через логический элемеит И запрета и элемент 12 задержки в реверсивный счетчик 13. в котором остается прежний код.

Каждый цикл проверки соответствия измеренного расстояния числу 2Р повторяется и при изменениях параметров воздущной среды соответственно изменяется частота генератора 15 тактовых импульсов.

Если изменение параметров среды выйдет за пределы рабочего диапазона автокорректора, произойдет переполнение реверсивного счетчика 13 и в управляющий реверсивный счетчик 20 электронного коммутатора 19 поступит единица, а на одном из выходов дешифратора 21 появится потенциал, включающий один из электронных ключей 22. Электронные ключи воздействуют на времязадающую цепь генератора 15 тактовых импзльсов. Они могут, например, изменять (переключать) индуктивность или емкость колебательного контура генератора. При включении одного из ключей средняя частота генератора изменяется примерно на половину рабочего диапазона автокорректора. Равновесие в системе автоподстройки временно нарущается и содержимое реверсивного счетчика 13 постепенно уменьшается приблизительно до половины его емкости. В системе автоподстройки вновь наступает равновесие. Очередное переключение рабочего диапазона устройства произойдет лищь в том случае, когда изменение параметров среды приведет либо к переполнению счетчика 13, либо к его обнулению.

Таким образом, коммутатор 19 выполняет в устройстве роль автоматического

переключателя диапазонов. Он делает автокорректор работоспособным при любых пределах изменений скорости звука в среде.

Формула изобретения

1.Автокорректор для акустических зстройств считывания графической информации по авт. св. № 634314, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и расширения температурного диапазона работы устройства, в него введен коммутатор, входы которого подключены к выходу и управляющим входам реверсивного счетчика, а выходы - к дополнительным входам генератора тактовых импульсов.

2.Автокорректор по п. 1, отличающ и и с я тем, что в нем коммутатор содержит последовательно соединенные управляющий реверсивный счетчик, дешифратор и ключи, выходы которых подключены к выходам коммутатора, входы которого соединены с входами управляющего реверсивного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство № 63431 кл. G 06К 11/00, 1976.

Фиг. 2