Преобразователь перемещения в код Советский патент 1982 года по МПК G08C9/04 

(5) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а также к бесконтактным устройствам цифрового кодирования перемещений и может использоваться в системах циЛрового управления механическими объектами, роботами, координатными столами, координатографами. Известен преобразователь угол-крд, содержащий П-образный магнитопровод, состоящий из двух частей, разделенных воздушным зазором и именхцих конусообр; зные концы, кодирующие элементы, выполненные в виде дисков с магнитными вбтавками и расположенные на входном валу, и магнитный усилитель, кото рый работает по принципу модуляции магнитного потока посредством подвижной 1СОДОВОЙ шкалы l . Недостатком данного преобразователя являются низкая разрешающая способ ность и невысокая точность. Известен также преобразователь угол-код, состоящий из подвижной шкалы модулирующих элементов,чувствительных элементов, содержащих шины возбуждения, съемные шины и магнитные сердечники, блока возбуждения чувствительных элементов, к которому подключены шины возбуждения, усилителя считанных сигналов, ЫединенноУо со съемными шинами, блока амплитудного сравнения и выходного регистра, включенных последовательно, и блока управления, соединенного с блоком возбуждения чувствительных элементов, с блоком сравнения и с выходным регистром 2. Однако.известный преобразователь характеризуется слох ностью и нетехнологичиостью конструкции, обусловленных тей, что устройство содержит моточные детали, требующие -точной установки.. Большие габариты чувствительных элементов не дают возможно.сти умень)иить расстояние между соседними кодами, а нелинейная зависимость амплитуды считанных сигналов от перемещения 396 не позволяет производить амплитудную оценку-перемещения. Этими факторами обусловлена малая разрешащая способность и точность устройства. Скорость двихчения шкалы модулирующих эле ментов также низкая. Быстродействие преобразователя определяется частотой опроса чувствительных элементов. В рассматриваемом устройстве она сра нктельно невысока вследствие длительных переходных процессов в индуктив|ностях с сосредоточенными параметрами. Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности преобразователя.. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий шкалу модул1 ру щих элементов, .чувствительные элементы, соединенные с блоком возбужде ния чувствительных элементов и с уси лителем считанных сигналов, выход ко торого соединен с одним входом блока амплитудного сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, арифметический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, и блок управления, выход которого соединен с управ- . ляющими входами возбуждения чувствительных элементов, блока амплитудного сравнения, аналого-цифрово го преобразователя, арифметического блока и регистра, введен блок мажори тарного сравнения, сигнальный вход которого соединен с выходом блока ам плитудного сравнения, управляющий вход - с выходом блока управления и выход - с сигнальным входом арифмети ческого блока, примем шкала модулиру ющих элементов выполнена в виде матрицы из m строк Е столбцов, расположенных с шагом .Л, где Д - ширина модулирующего элемента, выполненного в виде проводящей полоски, а чувстви тельные элементы образуют матрицу из m строк, сдвинутых на -± , и р стол . Tip; f j( цов, расположенных с шагом l() где К О, 1, 2,и.ках(дый чувствительный элемент.образован двумя парами съемных ши)ц, расположенных вдоль строк матрицы -в одной плоскости, и шиной возбухчдё.ния, которая расположена в параллел14нОй плоскости и на nepecet чении со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктивно связанные участки, соединенные встречно и расположенные на противоположных сторонах осевой линии чувствитель ного элемента, выходы съемных шин всех чувствительных элементов соединены последовательно. На фиг. 1 изображен преобразователь перемещения в код; на фиг. 2 график зависимости амплитуд сигналов на шнне от перемещения кодовой шкалы. Он состоит из подвижной шкалы модулирующих элементов 1, каждый из которых выполнен в виде полоски, расположенной в виде матрицы, чувствительных элементов, также расположенных в виде матрицы и образованных шииами возбуждения 2 и съемными шИнаЙи 3 блока f возбуждения чувствительных элементов, подключенного к шинам возбуждения, усилителя 5 считанных сигналов, входы которого соединены со съемными шинами 3 блока 6 амплитудного сравнения (считанных сигналов), блока 7 мажоритарного сравнения , аналого-цифрового преобразователя О арифметического блока 9. регистра 10 и блока управления 11, соединенного с управляющими входами всех блоков, кроме усилителя 5Предлагаемое устройство работает следующим образом. , Подвижная шкала модулирующих элементов 1 жестко связана с перемещающимся объектом. Она представляет собой матрицу из m строк и 2 столбцов модулирующих элементов, полученных, например, путем фотохимического травления фольгированного диэлектрика по фотошаблону с размерами элемента по ширине Л 0,5 мм по длине 2 мм, расположенных с шагом по строке 2А 1 мм И по столбцам 2,5 мм. Над строками матрицы модулирующих элементов расположены чувствительные элементы в вИде матрицы из 1т| строк и р столбцов, р.ас- 1 III Vf. ||.уч.УГ П fj . J |Vy ц V f t fj Ct ЙХ вдоль строки с шагом 2Л(4- + полохченных +к), где К может принимать. К может принимать, значенияО, 1, 2, а сдвиг строк составляет П тр Каждый чувствительный элемент образован двумя парами съемных шин 3 проходящими вдоль строки матрицы и расположенными в одной плоскости, и шиной возбу(дения 2, которая расположена в параллел ьной плоскости и на пересечении со съемной шиной 3 имеет идентичные по конфигурации индуктивно связанные участки, включенные встречно и расположенные на противоположной стороне осевой линии.

В момент возбуждения иин 2 импульсом тока, поступающим из блока возбуждения А, индуцированное в съемной ши.не 3 напряжение отсутствует, когда шкала модулирующих элементов 1 находится в стороне от возбужденного элемента и в случаях расположения равно по Ю на оси чувствительного элемента модулиру ющей полоски или промежутка между полосками. Индуцированный сигнал максимален, если оси полоски и чувствитель ного элемента сдвинуты на 4 . В зави симости от направления сдвига изменяется полярность сигнала. Физическая сущность такой зависимости амплитуды сигналов состоит в том, что в модулирующем элементе, выполненном в виде проводящей полоски, магнитное поле ши ны возбуждения 2 индуцирует вихревые токи, которые создают поле противоположного напряжения полю тока возбужд€ ния. Если параллельные участки шин 2 3 имели взаимную индуктивность М, то при наложении полоски взаимная индуктивность уменьшается до величины /М, где сУ - коэффициент ослабления взаимной индуктивности в результате уменьшения потокосцепления шин 2 и 3 Когда модулирующий элемент располагается симметрично относительно оси чувствительного элемента, то сигналы, индуцированные правыми и левыми отHockfTeribHo оси участками, вычитаются вследствие их встречного включения и результируюидий сигнал на входе усилителя равен нулю. Зависимость амплитуд сигналов на шине 3 от перемещения СОДОВОЙ шкалы, с которой связана ось X, относительно оси первого чувст вительного элемента при последователь ном возбуждении чувствительных элементов показана на фиг. 2. Буквами а, б, в, г, д,обозначены амплитуднометрические характеристики (АМХ) соот ветствующи; чувствительных элементов матрицы. Предположим, что вначале работы устройства матрица модулирующих элементов находится справа от матрицы считывающих элементов. Опрос чувствительного элемента 1 дает отрицательные считанные сигналы, которые усиливаются усилителем 5 и поступают на вход блока амплитудного сравнения 6, пороговый уровень которого задается аналого-цифровым преобразователем 8, Если пороговый уровень равен нулю, то блок амплитудного сравнения 6 выдает сигналы О, пока кодовая шкала не сместится в область X 0. Если амплитуда положительных сигналов превышает некоторый уровень, то блок 6 ,выдает сигнал 1.

Для надежного различения сигналов уровне нескольких микровольт в схему устройства введен блок мажоритарного сравнения 7. На выходе Этого блока появляется уровень 1 только в том случае, если на множестве S опро ° амплитудного сравнения 6 выдал не менее чем 1-г- 1. В противном случае блок 7 выдает сигнал О. Это повышает чувствительность схемы различения сигналов, соизмеримых по амплитуде с уровнем шумов. (Путем подсчета уровней квантования амплитуды считанных сигналов можно определить координату х точки А (фиг. 2). Однако найденное таким образом расстояние зависит от изменения расстояния между подвижной шкалой и чувствительными элементами вследствие изменения rf . Эту зависимость легко исключить путем применения арифмети«4еского блока 9. выполняющего вычис|1ения по интерполяционной фррмуле и U где п - код перемещения в пределах расстояния д - количество уровня квантования расстояния, равного , тр п - количество уровней квантования положитгельного сигнала, соответствующего точке Л; г( - количество уровней квантования отрицательного сигнала, соответствующего точке В. Результаты рмчсчета поступают в младшие разряды выходного регистра 10. В старшие разряды регистра заносится ... i гд.- . ,, , . количество шагов определяемых В блоке управления 11 путем подсчета количества переключений шин возбуждеия. Благодаря широкой полосе пропускаия системы шин возбух дения 2 и съема сигналов 3 я,устройстве получена высокая частота опроса чувствительных элементов, что позволяет получить вы сокую допустимую скорость перемещения п режиме измерений. Предло ; еиный преобразователь переме1/|ений в код допускает полностью микроэлектронное исполнение. Он може работать с разрешающей способностью до О,1 мкм. При разрешающей способности 32 мкм допустимая скорость перемещения 30 м/с. Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения обус ловлен его техническими особенностями, приведенными выше. Лормула изобретения Преобразователь перемещения в код, содержащий шкалу модулирующих элементов, чувствительные элементы, соединенные с блоком возбуждения чув ствительных элементов и с усилителем С414танных сигналов, выход которого соединен с одним входов блока амплитудного сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом анало го-цифрового преобразователя, арифме тический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, вто рой вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразов теля, и блок управления, выход которого -соединен с управляющими входами блока возбуждения чувствительных эле ментов, блока амплитудного сравнения аналого-цифрового преобразователя, арифметического блока и регистра, отличающийся тем, что, 9 с целью повышения разрешающей спссобности и точности преобразователя, в jfHero введен блок мажоритарного сравнения, сигнальный вход которого соединен с выходом блока амплитудного сравнения, управляющий вход - с выходом блока управления и выход - с сигнальным входом арифметического блока, причем шкала модулирующих элементов выполнена в виде матрицы из ,tn строк 1 столбцов, расположенных с шагом 2Д, где Л - ширина модулирующего э; емента, выполненного в виде проводящей полоски, а чувствительные элементы образуют матрицу из m строк, сдвинутых на , и р столбцов, расположенных с шагом 2А {-р--), где О, 1, 2,..., каждый чувствительный элемент образован двумя парами съемных шин, расположенных вдоль строк матрицы в одной плоскости, и шиной возбуждения, которая расположена в параллельной плоскости и на пересечений со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктив-. но связанные участки, соединенные встречно и расположенные на противополоиных сторонах осевой линии чувствительного элемента-, выходы съемных шин всех чувствительных элементов соединены последовательно. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе . 1. Авторское свидетельство СССР № 50t223, кл. G 08 С 9/0t, 1975. 2. Авторское свидетельство СССР № 580573, кл. G 08 С 9/0(, 1976 , (прототип).

Фиг.г