Преобразователь с электрооптической редукцией Советский патент 1982 года по МПК G08C9/06 

(З) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ЭЛЕКТРООПТИЧЕСКОЙ Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам для преобразования аналоговых величин в цифровую форму, и пред назначено для использования в измерительных системах. Известны оптико-электронные растровые преобразователи, -в которых угловое перемещение преобразуется в соответствующую фазу электрического сигнала .путем электрической модуляции светового потока источника света или сигналов фотоприемников l. Недостатком растровых преобразователей является сильная зависимост рисунка растрового сопряжения от эксцентриситета, боя подшипников,том ности изготовления растров. Кроме то го, .в таких преобразователях точность преобразования ограничивается р.азбросом и стабильностью характеристик фотоприемников. РЕДУКЦИЕЙ Наиболее близким техническим решением йвляется преобразователь с электрооптической редукцией, содержащий последовательно установленные источники излучения точного и грубого отсчетов, светомодулирующее устройство в виде модулирующего лимба, . закрепленного на камертоне, связаннь)й с валом кодирующий диск, на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов, воспринимающий блок и блок отсчетов 2. Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие, ограниченное частотой механических колебйний модулирующего лимба. Це11ь изобретения - повышение быстродействия преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе с электрооптической редукцией, содержащем источник излучения точного отчета, оптически соединенный со светомодули9рующим устройством, кодируюищи.диск на котором нанесены дорожки точного и грубого отсчетов, воспринимающий, блок, блок отсчетов, источники излучения грубого отсчета-введены дополнительные источники излучения точ ного отсчета, светоделительный элемент, оптические элементы, щелевая диафрагма,и блок управления источниками излучения, управляющие выходы которого соединены с источниками излучения точного отсчета, которые оптически соединены через светомодулирующве устройство, светоделительный и оптические элементы с кодирующим диском и блоком управления исто никами излучения, синхронизирующий выход которого подключен к входу блока отсчетов., источники излучения грубого отсчета оптически соединены через щелевую диафрагму и оптический элемент с кодирующим диском. Кроме того, светомодулирующее устpoi CTBO выполнено в виде пластины, на которой закреплены светоизоляторы, на пластине нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диаф-п рагм с синусоидальным профилем окна. Причем блок управления источниками излучения выполнен из кольцевого счетчика, коммутатора, управляемых источников питания, блока аналоговы ключей и задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управляющими входами блока анапо говых ключей и коммутатора, выходы коммутатора через управляемые источники питания соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника, выход которого через усилитель соединен с сигнальными Bfco дами коммутатора. На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 пример выполнения кодирующего диска на фиг. 3- пример выполнения маски светомодулирующего устройства; на фиг. - эпюры напряжения на выходе фотоприемника точногр отсчета. Преобразователь с электрооптической редукцией содержит источники излучения 1 грубого отсчета, источники излучения 2 точного отсчета, светомодулирующее устройство 3, светоизоляторы , щелевую диафрагму 3, светоделительиый элемент 6, оптические элементы 7, кодирующий дисч 8, дорожки 9 и 10 грубого отсчета, дорожку 11 точного отсчета, вал 12, воспринимающий блок 13, фотоприемники 1 грубого отсчета, фотоприемник 15 точного отсчета, оптические элементы 16 и 17, блок 18 отсчетов, усилители фотосигналов 19 и 20, преобразователь 21 фаза-код, преобразователь 23 кодов, выходной регистр 23, блок 2k согласования отсчетов, блок 25 управления фотоприемниками, фотоприемник 26, усилитель 27 фотое:игналов, блок 28 аналоговых ключей, управляемые источники 29 питания, коммутатор 30, задающий генератор 31 и кольцевой счетчик 32. С выхода регистра 23 снимается в цифровой форме информация об угловом положении вала 12. Блок 25 содержит коммутатор 30, выполненный на аналоговых ключах. Кодирующий Диск 8 (фиг. 2) имеет две дорожки грубого отсчета 9 и 10 и дорожку точного отсчета 11. Дорожки грубого отсчета выплнены по компактному принципу, позволяющему снимать с двух дорожек {2-И1) двоичных разрядов., где п 1 , 2,... . На фиг. 2 изображены дорожки для п-2, что позволяет получить 6 двоичных разрядов. Дорожка точного отсчета 11 выполнена в виде радиального штрихового растра с равными прозрачными .и непрозрачными штрихами, шаг которых равен минимальному шагу штрихов дорожки 9 грубого отсчета. Это условие необходимо для согласования грубого и точного отсчетов. На светомодулирующем устройстве 3 нанесена маска в виде четырех диафрагм с синусоидальным профилем окна, причем пространственно диафрагмы сдвинуты на четверть периода этой синусоиды (фиг. 3). Диафрагмы отделены другвот друга светоизоляторами и пропускают световой поток только от своего источника 2 излучения точного отсчета. Для определения отсче- та по нескольким штрихам каждая диафрагма имеет группу синусоидальных окон. Оптический элемент 1б формирует изображение маски на дорожке точного отсчета 11 таким образом,, чтобы период окон диафрагм совпадал с шагом штрихов дорожки 11 точного отсчета. На фиг. 3 показано совмещение изображения окон диафрагм со штрихами дорожки точного отсчета. Преобразователь работает следующим образом. Задающий генератор 31 вырабатыва т импульсы, которые запускают кольцевой счетчик 32. На выходе счетчика 32 вырабатываются импульсы управления, которые последовательно за равные промежутки времени открывают ключи коммутатора 30, подключая управляемые источники питания 29 к соответствующим источникам 2. Свето вой поток от этих источников проходит через соответствующие диафрагмы светомодулирующ го устройства 3 и разделяется светоделительным элементом 6 на два потока, один из которых предназначен для измерения угла поворота вала, другой - для коррекции величины светового потока от каждого источника 2 излучения точного отсчета . Величина светового потока, проходящего на фбтоприемник 15, от каждого источника 2 зависит от взаим ного расположения изображения окон диафрагмы и штрихов дорожки тйнногр .отсчета 11. Так как импульсные источ ки 2 включаются последовательно, на фотоприемник 15 поступают световые потоки переменной интенсивности. Сиг нал на выходе фотоприемника 15 представлен на фиг. . Можно показать, что электрическая фаза Ч первой гармоники сигнала с точностью до аддитивной постоянной равна ,. А/) А, А2 AJ, амплитуды сигнал от соответствующих источников 2. Пос ле прохождения через кодирующий диск 8.. Амплитуда сигнала (i-1,2,3,) зависит от-величины открытой площади окна, которая, в свою очередь, зависит от взаимного расположения изображения окон диафрагмы и штрихов дорожики.П точного отсчета (фиг.З). Учитывая, что профиль окон диафрагм синусоидальной формы, получаем Л, К5.)|, (2) где К - коэффициент пропорциональности;Ц - угол поворота вала; Н - шаг штрихов дорожек точного отсчета, выраженный в угловой мере. 9 2 С учетом Т.е. фаза электрического сигнала Ч пропорциональна углу поворота вала V , Величина 2п/Н является коэффициентом электрооптической редукции. Избирательный усилитель 19 фотосигналов выделяет из сигнала фотоприемника 15 первую гармонику, которая подается на вход преобразователя 21 фаза-код. Сигнал опорной фазы поступает на вход преобразователя 21 с одного из выходов кольцевого счетчика 32. Преобразователь 21 преобразует фазу сигнала в позиционный двоичный код, являющийся кодом точного отсчета угла поворота вала. Погрешность точного отсчета определяется в ОСНОВНОМ неравенством световых потоков импульсных источников 2 излучения точного отсчета. Для исключения этой погрешности служит блок управления 25 фотоприемниками, который работает следующим образом. Часть светового потока от источников 2 светоделительным элементом ;6 направляется на фотоприемник 2б. Сигнал с фотоприемника 26 через усилитель 27 фотосигналов коммутатором 30 подключается к входу того управляемого источника 29 питания, который запитывает включенный в данный момент источник 2, сравнивается с опорным напряжением и в случае наличия рассогласования напряжение на выходе источника 29 меняется до устранения этого.рассогласования, Таким образом, регулируются световые потоки от всех источников 2. Для устранения влияния на точность преобразования угла поворота вала эксцентриситета, боя подшипников и т.п. устанавливается.две (а еще лучше четыре) диаметрально расположенные относительно кодирующего диска рассмотренные выше фотоэлектрические отсчетные системы. Информация с дорожек 9 и 10 грубого отсчета снимается с помощью щелевой диафрагмы 5, подсвечиваемых источниками 1 излучения грубого отсчета и проектируемых на кодирующий диск оптическим элементом- 7. С выхода фотоприемников 1 снимается одно- переменный код, который через усилитель 20 т|ютосигналов поступает в пре образователь 22 кодов, где преобразуется в позиционный двоичный код. Полученный позиционный код в блоке 24 согласованияотсчетов корректируется по коду точного отсчета и поступеет в выходной регистр 23в. Таким образом, предло «енный преобразователь с электрооптической ре дукцией, сохраняя такие положительны качества прототипа, как выполнение на одном кодирующем диске дорожек точного и грубого отсчетов и. высокий коэффициент электрооптической редукции, обеспечивающий высокую точность преобразования,, обладает и су щественно большим быстродействием и лучшей технологичностью, поскольку исключается из состава преобразовате ля такой сложный в изготовлении и ба лансировке элемент как кольцевой камертон. . Формула изобретения 1. Преобразователь с электроопти- ческой редукцией, содержащий источник излучения точного отсчета, оптически соединенный со светомодулиру ющим устройством, кодирующий диск, на котором нанесены дорожки .точного и грубого отсчетов, воспринимающий блок, блок отсчетов,, источники излучения грубого отсчета, о т л и ч а|Ю щ и и с я тем, что,с целью повышения быстродействия преобразователя,, в него введены дополнительные ис точники излучения точного отсчета, светоделительный элемент, оптические элементы, щелевая диафрагма и блок управления источниками излучения, управляющие выходы которого со единены с источниками излучения точного отсчета, которые оптически dfoe динены через светомодулирующее устройство, светоделительный и оптические элементы с кодирующим диском и блоком управления источниками излучения, синхронизирующий выход которого подключен к входу блока отсчетов, ис-: точники излучения грубого отсчета оптически соединены через щелевую диафрагму и оптический элемент с кодирующим диском. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что светомодулирующее устройство выполнено в виде пластины на которой закреплены свегоизоляторы, на пластине нанесена маска в виде пространственно сдвинутых диафрагм с синусоидальным профилем окна. 3.Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что блок управления источниками излучения выполнен из кольцевого счетчика, коммутатора, управляемых источников питания, блока аналоговых ключей, задающего генератора, выход которого соединен с кольцевым счетчиком, выходы которого соединены с управляющими входами блока аналоговых клю-. чей и коммутатора, выходы коммута тора через управляемые источники питания соединены с сигнальными входами блока аналоговых ключей, и фотоприемника, выход которого через усилитель соединен с сигнальными входами коммуtaTopa. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Преснухин Л..Н. и др. Фото-электрические преобразователи информации. М., Машиностроение. 197, с. 211-230. 2.Авторское свидетельство СССР № , кл. G 08 С 9/06, 1976 (прототип).

.t