Способ считывания графической информации и устройство для его осуществления

Союз СоветсннкСоциалистическиеРеспублик ОРСКОМУ СВИДИТИИе 81) Дополнительное авт. свнд-ву 51)М. Кл. 6 06 К 11/00,12 ованн опнсанн та ЛюкеМй 4:,. .;,:.,Р ":":. Н.Гирявенко, В.Я,Зенин, Д,Д.Кит И.Светлов, А.Л,Туболец и В.И.Ти 2) Авторы изобретения Ие енкцентральное конструкторское бюро с опыАН Белорусской ССР и Институт техничес АН Белорусской ССР 1) Заявители(54) СПОСОБ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРИАЦИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1Изобретение относится к автомати. ке и вычислительной технике и может быть использовано для создания полуавтоматических устройств ввода графической информации в электронные вычислительные машины,Известны способы считыванйя граФической информации, основанные на разбиении поля считывания на дис" кретные участки, формировании электромагнитного поля на каждом участке при помощи последовательно опрашивающих импульсов, преобразовании электромагнитного доля в зоне считывания в электрический управляющий сигнал, преобразовании амплитуды этого сигнала в последовательность импульсов, эквивалентную удалению считываемой точки от точки максимального значения электромаг-. нитного поля, и суммировании указанной последовательности импульсов с последовательностью опраши" . ваемых импульсов, дропорциональ"ной считываемой координате 1 1.Недостатком таких способов является низкая точность считывания.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является спо соб, основанный на возбуждении опорным сигналом в плоскости считыванияэлектромагнитного поля, периодически изменяацегося во времени вдолькоординатных осей плоскости считы".вания, преобразовании данного поляв первый сигнал считывания и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигналасчитывания и опорного сигнала21.Устройство для осуществления этого способа содержит планшет с системами ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блокиФормирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоитираж 731 ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 13035 Москва, Жго комитета СССР й и открытийРаушская наб д98203из последовательно соединенных сум матора, полосового фильтраамплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждыйиз которых содержит первый и второй ( 5счетчики, одни из входов первых счет- .чиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискриминаторов, входы сумматоров соединены ссистемами ортогональных токопроводящих шин, съемник координат, подключенный к блоку управления управляющие выходы которого соединены ссоответствующими входами первого ивторого счетчиков блоков формирования кодов координат2 .Недостатком известного способаи устройства является то, что считывание координат осуществляется однозначно лишь в пределах одного периода опорной частоты, отрыв съемника от поверхности планшета и перенесение его в другую точку приво-,дит к потере абсолютного значениякоординат, т,е, к ошибке измерения,равной целому числу периодов измерительной частотыЦель изобретения - повышение точности считывания графической информа"ции и устройства для его осуществления,Указанная цель достигается тем,что согласно способусчитывания графической информации, основанному навозбуждении опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного35поля, периодически изменяющегося вовремени вдоль координатных осей плоскости считывания, преобразованииданного поля в первый сигнал считы 49вания и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорногосигнала, дополнительно возбуждаютвдоль координатных осей плоскостисчитывания бегущую волну электромаг 45нитного поля, преобразуют ее во второй сигнал считывания, формируемыйв конце временного интервала от момента начала возбуждения электромагнитной волны до момента ее приходав считываемую точку, и по совокупности сигнала рассогласования и второго сигнала считывания судят о координате точки считывания,Устройство для осуществления способа содержит две дополнительные сис"темы ортогонапьных токопроводящихшин, две индуктивно-емкостные линии 7, 4задержки, соединенные с дополнительными системами ортогональных токопроводящих шин и с блоком управления, время-импульсные преобразователи и элементы И, выходы которыхподключены к счетным входам вторыхсчетчиков блоков формирования кодовкоординат, а входы соответственнок выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналоврассогласования фаз, выходам времяимпульсных преобразователей и выходам первых и вторых счетчиков, причем съемник координат содержит дополнительную катушку индуктивностиподключенную к блоку управления.На фиг, 1 и 2 представлены блоксхемы двух вариантов устройства дляосуществления способа, на фиг, 3 ивременные диаграммы поясняющиеих работу; на фиг. 5 - диаграммы,поясняющие процедуру формированиясигнала рассогласования.В состав устройств (фиг, 1 и 2)входят планшет 1 с системами 2-5взаимно ортогональных прямолинейных, изолированных друг от друга,токопроводящих шин, съемник б координат с катушками 7 и 8 индуктивности, установленными соосно и индуктивно связанными с шинами планшета,первый 9 и второй 10 блоки формирования сигналов рассогласования(сдвига фаз), каждый из которых содержит последовательно соединенныесумматор 11, полосовой фильтр 12 иамплитудный дискриминатор 13, первый 1( и второй 15 блоки формирования кодов координат, включающие всебя первый счетчик 16 для определения сдвига фаз между опорным сигналом и сигналом рассогласования(счетчик точного отсчета), второйсчетчик 17 числа периодов для определения номера рамки, в которой расположен центр съемника координат(счетчик грубого отсчета), времяимпульсный преобразователь 18 наоснове последовательно соединенныхтриггера 19 и элемента И 20, элементы И 21 для коррекции кодов координат счетчика грубого отсчета,блок 22 управления, содержащий генератор 23 счетных импульсов, делитель 2 частоты, усилители 25-28 иэлементы 29 и 30 задержки,На планшете 1 пунктиром ограничена рабочая зона 31 поля считыва5 9 ния, в которой проводники четырех групп шин уложены в виде координатной сетки. Каждая из систем шин 2 и 3 состоит из синусной и косинусной обмоток (рамок), уложенных в плоскости планшета со сдвигом на четверть полного периода рамки. Эти шины индуктивно связаны с катушкой 7 и образуют с ней Фазовращатель. Выходы шин соединены с сумми" рующим и дифференцирующим входами сумматора 11 первого 9 и второго 10 блоков формирования сигнала сдви" га Фаз. Катушка 7 съемника координат через усилитель 27 соединена с выходом делителя 24 частоты, вход которого соединен с выходом генератора 23, а разрядные выходы - со входами счетчиков 16. Системы 4 и 5 шин индуктивно связаны с катушкой 8 сьемника координат и совместно с цепочками 32 и 33 последовательно соединенных индуктивностей и группами 34 и 35 емкостей образуют первую и вторую .электрические цепи с распре" деленными параметрами (индуктивноемкостные линии задержки), ко входам и выходам которых подключены резисторы 36 с номиналом, соответствующим их волновому сопротивлению.Первая и вторая индуктивно-емкостные линии задержки в устройстве (фиг, 1) своими входами соединены с выходом делителя 24 частоты через элементы задержки 29 и 30 и усилители 26 и 25 соответственно, а катушка 8 че" рез усилитель 28 подключена ко вхо" дам время-импульсных преобразователей 18.В устройстве на Фиг, 2 в отличие от первого варианта индуктивно-емкостные линии задержки выходами через усилитель 25 и 26 подключены ко входам время-импульсных пре" обраэователей 18, а катушка 8 съем- ника 6 координат через элемент задержки 29 и усилитель 28 подключена к выходу делителя .24 частоты. По остальным признакам и связям оба устройства одинаковы, В первом 9 и втором 10 блоках Формирования сигналов сдвига Фаз этих устройств сумматор 11, полосовой фильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13 соединены последовательно. В этих блоках позиционными обозначениями 37-40 показаны элементы операционного усилителя 41, образующие входные цепи82037 6 10 15 26 23 30 ЗФ 45 Я и цепь обратной связи сумматора В блоках 14 и 15 формирования кодов координат время-импульсный преобразователь 18 входами соединен с вы" ходами генератора 23 счетных ймпульсов, делителя 24 частоты и элемента 29 задержки, а выходы - со счетным входом счетчика 17, Р-вход которого соединен с выходом делителя 24 частоты и одним из входов элемента И 21, другйе входы которого соединены с выходами соответствующего блока формирования сигнала сдвига .Фаз, счетчика 16 для измерения сдвига Фаэ и сцетцика 17 числа периодов, а выходы схемы - со входами счетчика 17. Счетчик 16, кроме того, входом соединен с выходом соответствующего блока Формирования сигнала сдви- га Фаз.С помощью устройства на Фиг. способ осуществляют следующим образом.В момент включения устройства генератор 23 начинает вырабатывать импульсы, следующие через равные интервалы времени, соответствующие величине дискретности кодового представления измеряемых координат. При поступлении указанных импульсов на вход делителя 24 частоты последний вырабатывает периодический сигнал, который с помощью усилителя 28, име" ющего полосовой Фильтр, преобразуется в синусоидальный сигнал электрического тока, который, протекая в катушке 7 съемника координат, возбуж" дает в зоне пространства с центром в точке считывания переменное электромагнитное поле, изменяющееся во времени по синусоидальному закону. Это поле наводит в проводниках синусных и косинусных обмоток сигналы взаимо- индукции е и еПервый из этих сигналов подвергается в сумматоре 11 дифференцированию, а затем суммируется с сигналом е . При этом на выходе сумматора 11 формируется сигнал рассогласования фаз также синусоидальной Формы,С выхода сумматора сигнал прохо" дит через полосовой Фильтр 12 на вход амплитудного дискриминатора 13, который в моменты перехода сум- . марного сигнала через ноль Формирует сигнал рассогласования (сдвига фаэ), поступающий на сцетцик 16 и на входы элемента И 21, Этот сигнал осуществляет перезапись числа, 7 98203соответствующего сдвигу Фазы сигнала рассогласования относительноопорного, из делителя 24 частоты всчетчик 16. В результате в счетчике16 с высокой точностью Фиксируется число, соответствующее этому Фазовому сдвигу. Обновление кода всчетчике 16 происходит с частотойШ синусоидального сигнала.Одновременно с описанным измерительным процессом Фронтов импульса с выхода делителя 24 частоты через элементы задержки 29 и 30, усилители 25 и 26 производится возбуждение вначале первой, а затем второй электрических цепей с распределенными параметрами (элементы 4,32 34 и 5 33, 35 соответственно),Синхронно с возбуждением этих цепейначинается время-импульсное преоб- роразование в блоках 18. Время задержки элемента 29 выбрано таким образом, что время-импульсное преобразование в канале происходит лишьпосле того, когда заканчивается пре" добразование в канале Х, т.е. когдаэлектромагнитная бегущая волна пройдет все поле в направлении оси Х,По фронту импульса 0 с выходаделителя 24 частоты (момент време" ф ни с,1 на диаграмме Фиг. 3) триггеры 19 и счетчики 17 устанавливаются в исходное состояние (происходитих обнуление),.На диаграммах Фиг, 1 и 2 принятыследующие обозначения: Т- периодопорного синусоидального сигнала,9 у - соответствующие рассогла"сования Фаз сигналов по координатамХ и У, определяемые моментами Формирования сигналов П и 11, РРуотсчеты по координатам Х й У.Импульс 0, задержанный элементом30 задержки на время Г , в моментвремени 1 устанавливает триггер4319 канала Х в единичное состояниеи, пройдя усилитель 25, порождаетв первой индуктивно-емкостной линии задержки с распределительнымипараметрами волну, бегущую в направлении оси Х, Начинается измерительный процесс в блоке 14, При этом импульсы счета с высокочастотного генератора 23 проходят в счетчик 17через элемент И 20, Как только электромагнитная волна достигает центрасъемника 6 координат ( момент времени й )триггер 19 сигналом Исвыхода усилителя 28 возвращается в 7 8исходное состояние и в счетчике 7фиксируется код, пропорциональныйабсолютной координате съемника. После того, как электромагнитная волйа,проходит рабочее поле 31 в направ=лении оси ПХ, начинается измерениеабсолютной величины координат У,Импульс И 6, задержанный элементом29 на время 7, в момент времени т 4устанавливает триггер 19 канала У вединичное состояние и через усилитель 26 возбуждает электромагнитнуюволну, бегущую в направлении оси У.Начинается измерительный процесс вблоке 15, Когда вторая электромагнитная волна достигает центра съемника 6, триггер 19 в блоке 15 возвращается сигналом Ц 7 в исходное состояние. Это происходит в момент времениВ момент времени 1 сигналом ИВ(фиг, 3) или сигналом Н (Фиг. 4)происходит выдача кодов считанныхкоординат Х и У во внешнее устройство (ЭВМ).Процессы, происходящие в измерительной системе прецизионного фазометра устройства на фиг, 2 (в элементах и блоках 2, 3, 7, 9, 10, 16, 23,24 и,27), аналогичны ОПисанным дляустройства на Фиг,Принципиальное отличие в работеизмерительных систем двух вариантовУСТРОЙСТВ СОСТОИТ В ТОМ ЧТО В УСТройстве на фиг, 1 бегущее электромаГнитное поле Формируется системами 4 и 5 шин, а воспринимается катушкой 8 съемника координат, а в устройстве на фиг. 2 излучателем является катушка 8, приемниками - системы 4 и 5 шин,Система грубого отсчета, образованная элементами 4, 5 8, 21, 24,25, 26 и 29, в устройстве на фиг,2(см. временные диаграммы на Фиг. 4)работает следующим образом,ПО фронту импульса И с выходаделителя 24 частоты триггеры 19 исчетчики 17 каналов 14 и 15 устанавливаются в исходное состояние, Импульс 04, задержанный элементом 29на время 6,1 в.момент времени г устанавливает триггеры 19 в единйчноесостояние и через усилитель 28 возбуждает катушку 8 индуктивности, которая наводит в системах 4 и 5 шинЭДС взаимоиндукции. Ток, наводимыйв шинах в области съемника коордиФормула изобретения 98203нат, приводит к возникновению электромагнитной волны, которая распространяется от центра сьемника ко"ординат в направлении координатныхосей в обе стороны, Как только элек" зтромагнитная волна достигает концапервой или второй электрической цепи с распределенными параметрамитриггер 19 сигналом И (Ц 6) с выходасоответствующего усилйтеля (25 или 026) возвращается в исходное состояние и в счетчике 17 Фиксируется код.Р (Ру ), пропорциональный абсолютнойкоординате,фОднако на этом не заканчивается Нформированйе координат в блоках 11и 15 устройств на фиг, 1 и 2, Записанные в счетчиках 16 и 17 коды да-лее подвергается сравнительному ана"лизу. Это необходимо дпя того, что- . щбы с учетом точного положения съемника в пределах одной из рамок исправить код грубого отсчета,Как известно, преобразование временного интервала в код происходит 2 Зс неопределенностью, максимальнаявеличина которой равна +Ь 1, где Ьйпериод следования счетных импульсов. На фиг. 5 зона неопределенности заштрихована, Приведение на этойфигуре временные диаграммы напряжений О, Н Ц и Ц различных частотописывают номер рамки одним, двумятремя и четырьмя импульсами соответственно. Как видно иэ диаграмм, сувеличением частоты счетных импульсов эона неопределенности сужается,однако не исчезает. Но зто не зна-.чит, что для устранения неоднозначности грубого отсчета необходимои далее увеличивать частоту счетныхимпульсов, Устройства, приведенныена фиг, 1 и 2, реализуют работу согласно способу, когда номер рамкиописывается импульсами. В силу неопределенности времени появленияпереднего Фронта каждого четвертого импульса номер рамки в измерительном цикле может записаться в счетчиках 17 с погрешностью в одну едиМницу счета или в одну четвертуючасть периода укладки шин в группах2 и 3Исключение этой погрешности достигается следующим образом.Пусть минимальная единица грубо-го счета, выраженная в единицах пе" риода и укладки рамок, т,е. в еди" 1 Оницах фазового рассогласования восновной измерительной системе, равная(ри, где щ - число дискретов, накоторое квантуется размер рамки. Этоозначает, что в результате времяимпульсного преобразования временипробега электромагнитной волной измеряемого расстояния номер рамкизаписывается в счетчик 17 с неопределенностью Ив. Тогда, если измеренная величина равнаКЪиили миФ ЬЩ,где к 1,2,3 нельзя однозначноуказать, в какой из рамок находитсяцентр съемника координат, Чтобы ис-ключить эту неоднозначность, сравниваются величина сигнала 1 Ц( рассогласованияФаз с кодом счетчика 17 грубого отсчета, Если величина, измеренная счетчиком 17 равна КЦи 1, а вели"чина 1 значительна (большеВф), тономер рамки принимается равным 1, ес"ли Я менар 1 Ц, то номер рамкипринимается равным -1; когда же: равнаЮМу,тогда, еслименьшеф, то номер рамки принимается равным 1+1, а еслибольше фй, тономер рамки принимается равным Е(см, Фиг, 5) .Сопоставленный анализ величинФазового рассогласования ф 1 и времени задержки измерительного сигнала относительно опорного, записанных в виде кодов в счетчиках 16 и17, производят элементы И 21, которые на основании анализа этих величии обеспечивают изменение результирующего сигнала (кода, записанного в счетчике 17) на единицу. Наэтом формирование результирующего кода заканчивается.Предлагаемый способ полностьюисключает свойственную прототипунеоднозначность в измерении координат и улучшает точностные характеристики устройств с фазовым принципом измерения,1. Способ считывания графической информации, основанный на возбуждении опорным сигналом в плоскости считывания электромагнитного поля, периодически изменяющегося во времени вдоль координатных осей плоскости считывания, преобразовании данйого поля в первый сигнал считыва 11 982 ния и формировании сигнала рассогласования путем сравнения фаз первого сигнала считывания и опорного сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности считывания, дополнительно возбуждают вдоль координатных осей плоскости считывания бегущую волну электромагнитного поля, преобразуют ее во. второй сигнал считывания, Формируемый в конце временного интервала от момента начала возбуждения электромагнитной волны до момента ее прихода в считываемую точку, и по совокупности сипнала рассогласования и второго сигнала считывания судят о координате точки считывания2. Устройство для осуществления способа по и, 1, содержащее планшет с системами ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блоки Формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит первый и второй счетчики, одни из входов первых счетчиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискримина" торов, входы сумматоров соединены с системами ортогональных токопррводящих шин, съемник координат, под 037 12ключенный к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго счетчиков блоков формирования кодов координат, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности устройства, оносодержит две дополнительные системыортогональных токопроводящих шин, 1 а две индуктивно-емкостные линии задержки, соединенные с дополнительными системами ортогональных токопроводящих шин и с блоком управления, время-импульсные преобразова- О тели и элементы И, выходы которыхподключены к счетным входам вторыхсчетчиков блоков формирования кодовкоординат, а входы соответственно -к выходам амплитудных дискриминащ торов блоков формирования сигналоврассогласования фаз, выходам время-импульсных преобразователей ивыходам первых и вторых счетчиков,причем съемник координат содержит 2 з дополнительную катушку индуктивности, подключенную к блоку управления. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе301. Авторское свидетельство СССРМ 02033 кл Гг 06 К 11/001973,2. Патент США К 3818133,ка. 178-18, опублик, 1971 (прототип).