Многоотсчетный фотоэлектрический преобразователь перемещения в код Советский патент 1983 года по МПК G08C9/06 

Изобретение относится к.аналогоцифровым измерительным устройствам, преобразующим угловое перемещение вала в числовой эквивалент.

Известны преобразователи перемещения .в код, содержащие диск с-кодовой шкалой, считывающие элементы и схему обработки сигналов, .в которых для устранения неоднозначности считывания в основном применяются U или V .ложения считывающих элементов или код Грея 1.

В-преобразователях с U или V-pacположением считывающих элементов неодноэначность считывания устраняется за счет избыточной информации, которая получается из дополнительньрс считывающих элементов (каждый разряд, кроме младшего, считывается двумя считывающими элементами) и, в зависимости от уровня сигнала младшего разряда, логически выбираются считывающие элементы с отстающими или опережающими сигналами. Однако наличие значительного числа считывающих элементов снижает надежность и увеличи.вает габариты данных преобразователей.

В преобразователях с кодом Грея неоднозначность считывания устраняется за счет того, что при переходе

от одного числа к соседнему, код меняется только в одном из разрядов, Недостатком такого преобразователя ЯВляется то, что ширина и расположение считывающих элементов старших разрядов должны иметь такие допуски, которые предъявляются к считывающему элементу младшего разряда. Это усложняет конструкцию.

Наиболее близким к изобретению является мног;оотсчетный фотоэ.Пектрический преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения,, оптически соединенные через кодовый элемент с фотоприемниками,компараторы коммутатор и блок формирования выходйого кода 2.

Применение в этом Преобразователе. комбинированного кодового элемента, постренного по принципу кольцевого и шкально-матричного кодирования, позволимо уменьшить число дорожек на кодовом элементе, а также количество излучателей и фотоприемников ценой усложнения конструкции преобразователя, заключающегося в том, что для устранения неоднозначности считывания допуски на точность установки излучателей и фотоприемников и на нанесение дорожек кодового элемента he должны превышать половины кванта младшего разряда, так как шк льноматричный код после коммутирования преобразуется в код Грея, Целью изобретения является упрощение преобразователя. Поставленная цель достигается Тем,что в многротйчетном фотоэлектримеском преобразоТвателе перемещения в код, coдepxfaIцeм в каждом отсчете источники излучения, оптически соедине ные через кодовый элемент с фотоприе .Никами, выходы которых соединены с неинвертирующими входами компараторов, кроме младшего отсчета, и коммутаторы, в каждый его отсчет введены дешифраторы и во все отсчеты, кроме младшего, инверторы, выходы инверторов соединенные с первыми синхронизирующими входс1ми коммутаторов, выходы коммутаторов соединены с инвертирующими входами компараторов, выходы которых соединены с входами дешифраторов, выходы старших разрядов дешифраторов, кроме самого старшего разряда соединены с входами инверторов и вторвлми синхро низирующими входами коммутаторов пос ледующих отсчетов, в которых выходы нечетных компараторов соединены с управляющими входами коммутаторов., инвертирующие входы компараторов младшего отсчета соединены с шиной нулевого потенциала, а кодовый элемент Выполнен по принципу кольцевого кодирования. На фиг.1 представлена функциональ ная схема предлагаемого преобразова теля; на фиг.2 - пространственная диаграмма, поясняющая его работу. , , Кногоотсчетный фот оэлектрическиХ преобр.азсэватель перемещения в код содержит источник 1 излучения, кодовый элемент 2, младший отсчет . 3, средний отсчет .4 и старший отсче 5, Все отсчеты предлагаемого преобразователя выполнены по идентичной схеме и содержат фотоприемники 6-9, например фотодиоды, компараторы 1013, дешифратор 14, коммутаторы 15 и 16 и инвертор 17. Фотопрйемники 6-9 подключены к неинвертирующим входам соответствующих компараторов 10-13, выходы которых соединены с входами дешифратора 14. Инвертирующие входы компараторов 10,11 (12, 13) подключены к выходу коммутатора 15 (16), управляющий вход которого соединен с выходом компаратора 10 (12). Первые синхронизирующие входы ко мутаторов 15 и 16 подключены к вход инвертора 17, а вторые синхронизиру щие входы коммутаторов 15и16-к выходу инвертора 17. Выходы старших разрядов всех отсчетов, кроме самог старшего, соединены с входами инверторов последующих отсчетов. Кажд отсчет преобразователя имеет одну дорожку кольцевого кодирования. В общем случав количество двоичных раз рядов К, снимаемых сводной дорожки кольцевого кодирования, определяется выражением К.- 1 + яе п количество фотойриемников. Для реализации т-разрядного кода необходимо т/За дорожек (отсчетов) , причем количество -шагов на каждой последующей дорожке HR. раз меньше предыдущего. На фиг,1 в качестве примера приведена функциональная схема трехотсчетного преобразователя, когда И При этом каждая дорожка считывается четырьмя фотоприемниками, которые расположены так. что угловоерасстояние между соседними элементами равно Nx)aj+ ct)/8, где Ш- шаг дорожки данного отсчета, а N- целое число. Оптимальная величина ширины щели чувствительного элемента, с точки зрения получения максимального отношения сигнал / помеха, равна угловому размеру шага дорожки предыдушего младшего отсчета. Предлагаемый преобразователь работает следующим образом. Рассмотрим работу среднего отсчета 4 (см.фиг.1). В процессе вращения кодового элемента на выходах фотоприемников 6-9 вырабатываются огибающие напряжения (см.фиг. 2д), которые поступают на неинвертирующие входы компаратора 1013. Если на инвертирующие входы компараторов подать постоянное пороговое напряжение, величину которого равна половине амплитуды огибающей (см. ФИГ.2Д, уровень Ug) , то при достижении уровня входных сигналов пороговых значений компараторы срабатывают и на ИХ выходах формируются прямоугольные сигналы. За счет пространственного сдвига фотоприемников на 1/8 шага дорожки, эти сигналы сдвинуты друг относительно друга на 45® (см.фиг.2а, б, в, г). В дешифраторе 14 из этих четырех фазосдвинутых сигналов формируется трехразрядный двоичный код. Устранение неоднозначности считывания между отсчетами осуществляется путем вариации пороговых напряжений компараторов прямым и инверсньом сигналами старшего разряда предыдущего отсчета (см. фиг.2з), которые поступают на входы коммутаторов 15 и 16. Когда на выходе компаратора 12 низкий уровень, то на инвертирующие входы компараторов 10 и 11 через коммутатор 15 поступает прямой сигнал старшего разряда младшего отсчета, а когда высокий уровень - инверсный сигнал (см. фиг.2 е, з).; Коммутатор 16 управляется с-,выходного сигнала компаратора 10 и работает аналогично коммутатору 15, но в обрат ном порядке, т.е. когда на выходе компаратора 10 низкий уровень, то на

ВХОДЫ компараторов 12 и 13 через коммутатор 16 поступает иаверсный сигнал старшего разряда младшего отсчета а когда высокий уровень - прямой сигналЛсм. фиг.2 ж, з) .

Рассмотрим .работу компаратора 11, Предположим, чаю в положении о( кодового элемента на выходе фотоприемника

7имеется уровень напряжения Ц(см. фиг. 2А) и дальнейшее вращение кодового элемента .сопровождается увеличением этого уровня. В положении ri на выходе коммутатора 15 имеется высокий уровень, который увеличива1ет пороговое напряжение компаратора

11 до уровня Ug . В промежутке

1ходной сигнал фотоприемника 7 уве1чйваетсЯДо уровня О/, но срабатыВание компаратора 11 не происходит, так как U . В положении ai/ в старшем раэряде младшего отсчета считывается О, который через коммутатор передается на вход компаратора 11, поэтому пороговое напряжение резко уменьшается до уровня и. и происходит его срабатывание, так как

8промежутке выходной сигнал фотбприемнйков увеличивается до значения и t который сохраняется до положения otg.

Чтобы исклк1чить возможность ложных срабатываний компараторов, амплитуда выходных сигналов коммутаторов должна быть не более половины Значения выходного сигнала фотоприемника.

В положении с(.4 под действием выходного сигнала компаратора 10 выходной сигнал коммутатора 15 инвертируется, поэтому Ь -положении поРОГО вое напряжение компаратор 11 уменьшается и не допускает его обратного срабатывания до положенияЫ. в положении oi 6 в старшем разряде младшего отсчета считыбания Ч, пороговое напряжение резко увеличивается и ориводит к срабатыванию компаратора 11. В результате, формирование передних и зЁьдних фронтов выходного сигнала компаратора 11 происходит синхронно со старшим разрядом младшего отсчета.

Аналогичным образом работеиот- компараторы 10, 12 и 13. Поэтому формирование передних и задних фронтов выходных сигналов всех компараторов среднего отсчета 4 происходит под действием сигнала старшего разряда младше-го отсчета 3, что позволяет устранить неоднозначность считывания между младшим и средним отсчетами.

Сигнал страшего разряда среднего Ътсчета используется- для синхрониг зации сигналов старшего отсчета, работа которого аналогична работе среднего отсчета.

Для нормальной работы преобразо-г вания вход и выход инвертора 17 младшего отсчета 3 необходимо соединить с корпусом, так как работа не синхронизируется.

Таким образом, предложенный принцип согласования отсчетовпозволяет, упростить конструкцию преобразовате-, ля путем увеличения величины допусков на установку фотоприемников и к изготовлению дорожек кодового элемента, В рассмотренном случае (И 4) в каждом последующем отсчёте эти допуски можно увеличить в 8 раз, так как каждый последующий отсчет синхронизируется с предыдущим младшим. Кроме того, возможность применения однотипных электронных схем для считывания отсчетов позволяет

5 упростить электронный блок предлагаемого преобразователя, экономический эффект от которого становится очевидным при серийном произво;;стве этих схем в интегральном исполнении. Это лвыгодно отличает предлагаемый преоб0разователь от известных.

Формула изобретения . ,

Многобтсчетный фотоэлектрический

5 преобразователь перемещения в код,.содержащий в каждом отсчете источники излучения, оптически соединенные через кодовый элемент с фотоприемниками, выходы которых сбединены с неинвер0тирующими входами компараторов, кроме младшего отсчета и коммутаторы, отличающийся тем, что, с.целью упрощения преобразователя, в каждый его отсчет введены дешифра5торы и во все отсчеты, кроме младшегй, инверторы, выходы инверторов соединены с первыми синхронизирующими входами коммутаторов, выходы коммутаторов соединены с инвертирующими входами ком-0параторов, выходы которых соединены с входами дещифраторов, выходы старших разрядов дешифраторов, кроме са-; мого старшего разряда, соединены, с | входами инверторов и вторыми синхронизирующйми входами коммутаторов пос5ледующих отсчетов, в которых выходы ;нечетных компараторов соединены с управляющими входами коммутаторов, инвертирующие входы компараторов младшего отсчета соединены с шиной

0 нулевого потенциала, а кодовый элемент выполнен по принципу кольцевого кодирования..

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Фотоэлектрические преобразователи информации. Под ред. Л.Н.Преснухина. М., Машиностроение, 1974, с. 25-39.

2.Саркисян Р.А, и др. Фотоэлектрический малогабаритный цифровой пре0образователь угла . - .Приборы и системы управления, -1978, W 10, с. 26-27 (прототип).

и а

т

j4iLixij-i

л