Устройство для цифрового измерения перемещений Советский патент 1989 года по МПК G01D5/245 

Изобретение предназначено для использования в измерительных системах различного назначения, в которых измеряемая величина представлена в ви: ge периодически повторяющихся приращений, в частности в лазерных интерферометрах.

Известно устройство для цифрового измерения перемицений, используемое для подсчета импульсов, поступакядих с фотоэлектрических преобразователей информации, за каждый период на счетчик поступает 4 импульса. Направление перемещения может быть как положитель ным, так и отрицательным. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство, содержащее реверсивный счетчик, блок формирования импульсов еложения и вычитания, выходы которого подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика. На входы этого устройства поступают два прямоугольных сигнала, сдвинутые по фазе на 90. Устройство имеет разрешакмцую способность, соответствующую 1/4 периода, т.е. за один период входного сигнала на счетчик поступает 4 импульса Недостатком устройст ва является низкая скорость перемещения измеряемого объекта, которая ограничена быст родействием электронных узлов. Наиболее высокие требования предъявляются к реверсивному счетчику Например, в лазерном интерферометре, в котором используется лазер с дпиной волны Я 0,63 мкм, разрешающая способность устройства Д L г-т 0,079 мкм, а максимальная скорость перемещения при использовании счетчика с максимальной частотой счета f 10 мГц. uL-f 0,79 м/с Такая скорость недостаточна при и использовании лазерного интерферометра для измерения положения объектива в оптическом запоминающем устройс ве. Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей. Поставленная цель достигается тем что в устройство для цифрового измерения перемещений, содержащее блок формирования импульсов сложения и вы читания и реверсивный счетчик с выходами сложения и вычитания второго разряда и входами сложения и вычитания старших разрядов, введены дифф ренцирующая цепь, вход которой подключен к первому входу блока формиро вания импульсов сложения и вычитания частотный селектор, вход которого подключен к вьгходу дифференцирующей цепи, синхронизируемый D-триггер, ин формациошйпЧ вход которого подключен к выходу частотного селектора, а синхронизирующий вход - к выходу дифференцирующей цепи, синхронизируемый . RS-триггер, единичный вход которого подключен к выходу сложенияу нулевой к выходу вычитания блока формирования . импульсов сложения и вычитания, а синхронизирующий вход - к нулевому выходу D-триггера, два двухвходовых элемента И, первые входы которых подключены соответственно к выходам сложения и вычитания блока формирования импульсов сложения и вычитания, вторые входы - к нулевому выходу D-триггера, а выходы - соответственно к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика, два трехвходовых элемента И, первые входы которых подключен соответственно к единичному и нулевому выходам RS-триггера, ; вторые входы - к выходу дифференцирующей цепи, а третьи входы - к единичному выходу D-триггера,. и два двухвходовых элемента ИЛИ, первые входы которых подключены к соответствующим выходам второго разряда реверсивного счетчи.ка, вторые входы - к выходам трехвходовых элементов И, а выходы - к входам сложения и вычитания старших разрядов реверсивного счетчика. На чертеже показана функциональная схема устройства. Устройство содержит блок 1 формирования импульсов сложения и вычитания, дифференцируюпщо цепь 2, частотный селектор 3, состоящий из фильтра 4 и компаратора 5, двухвходовые эле- менты И 6 и 7, синхронизируемый RSтриггер 8, синхронизируемый D-триггер 9, реверсивный счетчик JO, в а1ючающий в себя два мпадщих разряда реверсивного счетчика 11, двухвходовые элементы ИЛИ 12 и 13 и старшие разряды реверсивного счётчика 14, трехвходовые элементы И 15 и 16, входные шины 17 и 18 устройства. Устройство для цифрового измерё ния перемещений работает следующим образом. На входнью щины 17 и 18 ycтpoйctва поступают двй прямоугольных сигнала, сдвинутые по фазе в зависимости от направления перемеще)1ия на 90, На вход частотного селектора 3 с выхода дифференцирующей цепи 2 поступают импульсы с частотой, пропорциональной абсолютной величине скорости перемещения объекта измерения. Устройство работает в двух режи-, мах. Если частота следования импульсов, а следовательно, и скорость перемещения объекта измерения меньше заданной величины, на выходе компаратора 5 логический нуль, поэтому D-триггер 3 установлен в нулевое состояние. С нулевого выхода D-триггера на входы элементов И 6 и 7 поступает логическая единица и сигналы с выходов блока 1 формирования импульсов сложения и вычитания через схемы И 6 и 7 проходят На входы младшего разряда реверсивного счетчика 10„ Сигналы переноса и заема со второго разряда II через злеме1Гты ИЛИ 12 и 13 поступают на входы сложения и вычитания старших разрядов реверсивного счетчика 14. Количество разрядов реверсивного счетчика определяется диапазоном перемещения объекта измерения. С единич . його выхода D-триггёра на входы элементов И 15 и 16поступает логический нуль, на выходах этих элементов логические нули. Таким образом, при малых скоростях перемещений (первый режим) на реверсивный счетчик за один период входного сигнала поступают 4 импульса. Бели частота следования импульсов на выходе дифференцирующей цепи 2 рав- ,, на или больше некоторой заданной величины, на выходе компаратора 5 логическая единица и D-триггер 9 установлен в единичное состояние. С нулевого выхода D-триггера на входы элементой И 6 и- 7 поступает логический уль, поэтому сигналы с выходов блока 8 Q 4 1 формирования импульсов сложения и вычитания на входы реверсивного счетчкка 10 не поступают. С единичного выхода D-триггера на входы схемы И 15 и 16 поступает логическая единица. RS-триггер 8 установле в состояние, определяемое направлением перемещений объекта измерения до момента переключения D-триггера 9, и задает при больших скоростях направление счета реверсивного счетчика 14,.подавая логическую единицу на соответствующий элемент И из 15 и 16. Импульсы счета поступает с выхода дифференцирующей цепи 2 чере,з один , из элементов И 15 и 16 и один из элементов ИЛИ 12 и 13 в зависимости от направления перемещения на суммирующий или вычитающий вход реверсивного счетЧика 14. Таким образом, при больших скоростях второй режим на реверсивный счетчик за один период входного сигнала, минуя два мпадших разряда; поступает только один импульс. Момент переключения из одного режима.в другой синхронизируется импульсами, поступающими с выхода дифференцирующей цепи 2 на синхронизирукяций вход D-триггер 9, поэтому переход из одного режима в другой и обратно будет происходитьпо одному и тому же фронту входного сигнала, что исключает появление ошибок измерения при изменении режима. Применение предлагаемого устройст ва позволит в 4 раза увеличить допустимую скорость перемещения измеряемого объекта без увеличения быстродействия используемых электронных компонентов и при сохранении разрешающей способности устройства.

I7i

w

tf

n

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕШМ ПЕРЕМЕОдаНИЙ, содержащее ,блок формирования импульсов сложения iH вычитания и реверсивный счетчик с выходами сложения и вычитания второго разряда и входами сложения и вы- ч .читания старших разрядов, о т л и чающееся тем, что, с целью расширения функциональных возмбягностей, в него введены дифференцирую щая цепь, вход которой подклйчен к первому входу блока формирования имйульсов сложения и вычитания, частотный селектор, вход которого под- . кпючен к вьгходу дифференцирующей , синхронизируемый D-триггер, ин. формационный вход которого подключен .к выходу частотного с еле к тора, а синх- ронизирующий вход.- к выходу дифференцирующей цепи, синхроинизируемый RS-триггер, единичный вход которого подключен к выходу сложения, нулевой к выходу вычитания блока формирования импульсов сложения и вьгчитання,а синхронизирующий вход - к нулевому выходу D-триггера, два двухвходо-/ -- вых элемента И, первые входы которых подключены соответственно к выходам сложения и вычитания блока формирования импульсов сложения и вычитания, вторые входы - к нулевому выходу D-триггера, а выходы - соответственно ко входам сложения и вычитания ре версивного счетчика, два трехвходовых элемента И, первые входы которых подключены соответственно кединичному и нулевому выходам RS-триггера, вторые входы - к выходу дифференцирукяцей цепи, а третьи входы - к единичному выходу D-триггера, и два двух00 входовых элемента ИЛИ, первые входы ел to которых подключены к соответствующим выходам второго разряда реверсивного счетчика, вторые входы - к выходам , трехвходовых элементов И, а выходы к входам сложения и вычитания старших разрядов реверсивного счетчики,