Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

САНИЕ ИЗОБРЕТ нальные оптические коммутаторы Расположены между объективом и 1 -разрядным фотоприемником перпендикулярно их оптической оси, информационные входы блока управления соединены с выходами компараторов, первый синхронизирующнй вход соединен с первыми синхронизирующими входами многоканальных оптических коммутаторов и выходом коммутатора каналов, вход которого соединен с синхронизирующим выходом блока управления, второй синхронизирующий вход блока управления соединен с вторыми синхронизирующими входами многоканальных оптических коммутаторов и выходом коммутатора поддиапазонов, вход которого соединен с информационным электродом младшего разряда-разрядного фотоприемника и с третьим синхронизируюшим входом блока управления, выход которого является выходом фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что в топологию фоточувствительной пленки И -разрядного фотоприемникразрывы по всей длине инфо синскии,Р. Михайно СССР 1981 СССР 1981 а введенырмационного поля И -Разперпендикулярнродам с ширинойвых зондов, фоными оптическими разрывы между эционными электрфотоприемника ичувствительных 3. Преобразователь по п. 1, о ти ч а ю щ и й с я тем, что блок СУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И А ВТОВСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Авторское свидетельстУ 752422, кл. С 08 С 9/00,Авторское свидетельствоМ 841000, кл. С 08 С 9/06,Авторское свидетельствоУ 851437, кл. С 08 С 9/06,(54)(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий источник света, оптически соединенный с объективом, И -разрядныйфотоприемник, информационные электроды которого соединены с входами компараторов по числу разрядов преобразователя, и два источника питания,подключенные к электродам и -разрядного фотоприемника, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости,в него введены коммутатор каналов,коммутатор поддиапазонов, блок управления, )т) многоканальных оптических коммутаторов, механически соединенных между собой с шагом, равнымдлине информационного поля-разрядного фотоприемника, и с контролируемым объектом, ширина каждого каналамногоканального оптического коммутатора равна третьей части ширины ячеек электродов младшего разряда Иразрядного фотоприемника, многокадиого фотоприемника информационным элек равной ширине свет мируемых многоканалькоммутаторами, и ектродами и информа дами Н -разрядного всей ширине светочеек, 12 11889Канал Ф 1 ланал У Вок 1 оюге мктродМ 1 ео олеичесюло коюнущапокю Фрйге электроЬ океан. колеулвпюроб, сооеВвщслдумщие каналан: Оимал сломы срцВ ненао Ю Аежлалк мцо освройсаВо л УлУ Канал лф 9 Канал юф Хиз. 71211889 Мин Составитель Техред М. Над Редактор К. Волощук каз 651/61 Тираж 818 ПодпиНИИПБ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., ц, 4/5 1130 Э 5,Патент",Федекяюмщфеьаввйлю фареЮМяаю: Сгиаи исаа еФФ- /юймОФ Ф сФРю улрабммю Ф ююффюафю уюЯрюажгюФ МатвеевскийКорректор Т, Ко Ужгород, ул, Проектная, 4121управления содержит три регистра, мультиплексор, дешифратор, блок сравнения, пороговый элемент, полусумматор, информационные входы регистров являются информационными входами блока управления, синхронизирующие входы регистров и полусумматора объединены и являются первым синхронизирующим входом управления, синхронизирующие входы дешифратора - вторым синхронизирующим входом блока управления, вход порогового элемента третьим синхронизирующим входом блока управления, а выход блока сравнения - синхронизирующим выходом блока управления, выходы регистров 1889подключены к входам мультиплексрра,выходы двух старших разрядов каждого регистра подключены к входам полусумматора, информационный вход которого соединен с выходом пороговогоэлемента и входом блока сравнения, со -ответствующие выходы полусумматораподключены к управляющим входаммультиплексора и к входам четырехдополнительных разрядов дешифратора, входы восьми основных разрядовкоторого соединены с информационными выходами мультиплексора, а управляющие выходы мультиплексора соединены с входами блока сравнения,Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и: можетбыть использовано в цифровых системах управления для преобразованияперемещений в цифровой код.Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивости фотоэлектрического преобразователя перемещения в код.На фиг. 1 представлена структурная схема Фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг.2 функциональная схема блока управления; на фиг. 3 и 4 - соответственнофункциональные схемы коммутатора каналов и коммутатора поддиапазонов;на фиг. 5 и 6 - соответственно функциональные схемы управления коммутатора поддиапазонов и коммутатора ка"налов; на фиг. 7 - конструкция многоканального оптического коммутатора(МОК); на фиг, 8 и 9 - временныедиаграммы работы преобразователя.Преобразователь (фиг. 1) содержитисточник 1 света, объектив 2, многоканальные оптические коммутаторы(МОК) 3 и 4, п -разрядный фотоприемник 5, фоточувствительную пленку 6й -разрядного фотоприемника, электроды 7 фотоприемника, информационные электроды 8 фотоприемника, источники питания 9, компараторы 1 О,блок 11 управления, коммутатор 12каналов, коммутатор 13 поддиапазонов,Блок управления (фиг. 2) содержиттри регистра 14 - 16, мультиплексор17, дешифратор 18, блок 19 сравнения, пороговый элемент 20, полусумма тор 21.Коммутатор каналов (Фиг, 3) содержит схему 22 управления, высоковольтные ключи 23. Коммутатор поддиапазонов (Фиг. 4) содержит схему 24 10 управления, высоковольтные ключи 25.Схема управления (фиг. 5) коммутатора поддиапазонов содержит пороговый элемент 20, триггер 26, элемент 5И 27, двоично-десятичный счетчик 28,резисторы 29, конденсаторы 30, элементы ИЛИ-НЕ 31, дешифратор 32 двоичного кода в десятичный , переключатель 33. 20 Схема управления (фиг. 6) коммутатора каналов содержит элементы И 27,двоично-десятичный счетчик 28, резисторы 29, конденсаторы 30, элемен-ты ИЛИ-НЕ 31, дешифратор 32 двоично-,25 го кода в десятичный, элемент И-НЕ34, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 35, кварцевый резонатор36, двоичный счетчик 37,Многоканальный оптический коммуЗО татор (Фиг, 7) содержит верхнюю инижнюю пластины 38 и 39 из квазисегнетокерамики, скрещенные дихроичные поляризаторы 40, общий электрод,41, первый и второй электроды 42 и43,11889 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3 12Преобразователь работает следующим образом.Световой поток от источника 1 света (фиг. 1) через объектив 2, который формирует параллельный световой пучок, поступает на многоканальные коммутаторы 3-4, жестко механически связанные между собой и контролируемым объектом. Пространство между этими коммутаторами 3-4 заполнено непрозрачной средой так, что засветка Н -разрядного фотоприемника ФП обеспечивается только светом, прошедшим через коммутаторы 3 - 4.Многоканальные оптические коммутаторы 3 - 4 представляют собой 1 квазисегнетокерамические пластины 38 и 39 (фиг. 7), на поверхности которых созданы системы прозрачных электродов, а сами пластины помещены между скрещенными дихроичными поляризаторами 40. Электроды имеют конфигурацию, позволяющую формировать световые зонды с шириной, равной 50 мкм. Для реализации одного оптического коммутатора 3-4 используются две пластины, расположенные одна над другой таким образом, что световые клапаны одной пластины расположены над прозрачными электродами другой. Таким образом, исключаются промежутки между соседними каналами.Четные каналы формируются с помощью верхней пластины 38, нечетныес помощью нижней 39. Для реализации каждого из каналов используются общий электрод 41, выполненный в виде гребенки,. и два прямоугольных электрода 42 и 43, расположенных в промежутках между зубцами общего электрода, Общие электроды оптических коммутаторов 3 - 4 заземлены. Первый из двух других электродов 42, пространство между которым и общим электродом образует световой клапан, соединен с вторым синхронизирующим вхо - дом, а второй электрод 43 соединен с первым синхронизирующим входом оптического коммутатора 3 - 4. Таким образом, многоканальный оптический коммутатор позволяет создавать ряд световых зондов с шириной в необходимых пределах и, следовательно, полностью использовать информационное поле фотоприемника.Фотоприемник 5 (фиг. 1) выполнен на основе Сй БСЙ Бепленки 6, заключенной между лрофилированными в виде зубцов прямоугольной формыэлектродами 7 и информационнымиэлектродами 8. Для реализации каждого из восьми разрядов фотоприемникаиспользуются два электрода 7 и информационный электрод 8, расположенныймежду ними. Светочувствительные исветонечувствительные ячейки электродов образованы соответственно промежутками между зубцами электродов 7и информационным электродом 8 и промежутками между впадинами электродов7 и информационным электродом 8. Светочувствительные ячейки первого из двух электродов 7, реализующих один из разрядов, расположены против светочувствительных ячеек другого электрода 7. Ширина ячеек электродов 7 равна 150 мкм.Фоточувствительная пленка 6 имеет разрывы шириной 50 мкм, расположенные по всей ширине фотоприемника перпендикулярно информационным электродам между ячейками одного из электродов 7 младшего разряда, а также разрывы, изолирующие ее от электродов 7 по всей ширине светонечувствительных ячеек. Электроды младшего разряда фотоприемника имеют по 2 ячеек, суммарная ширина которых образует длину информационного поля фотоприемника.Преобразователь работает в двух режимах: в режиме автоматической установки нуля и в режиме измерения. При включении преобразователя осуществляется режим автоматической установки нулевого кода. В этом режиме коммутатор поДдиапазонов 13 независимо от сигналов, поступающих на его вход (см, временные диаграммы фиг. 8), разрешает работу только первого оптического коммутатора 3 (фиг. 1), так как в исходном положении контролируемого объекта конструкция устройства предусматривает расположение этого коммутатора над началом информационного поля фотоприемника. Коммутатор каналов 12 последовательно открывает все световые клапаны оптического коммутатора 3, начиная с его левой (по фиг, 1) стороны. Световые зонды, формируемые лри этом, попадая на фото- приемник 5, изменяют сопротивление светочувствительных ячеек электродов, в результате нарушается баланс суммарных сопротивлений ячеек, нахо.дящихся по разные стороны информаци- онных электродов 8,и на этих электродах появляются напряжения, И только в случае, если световой зонд5 засвечивает промежутки между ячейками электродов 7 или попадает за пределы фотоприемника, фоточувствительная пленка 6 не засвечивается ибаланс сопротивлений не нарушается, 1 О В этом случае, сигналы, снимаемые, с информационньгх электродов 8, равны нулю. Компараторы 10 (фиг, 1) формируют сигналы, соответствующие "1" при Ок0 и "0" при 0 , О, Информация в виде двоично-десятичного кода, образованного компараторами 10, последовательно запопняет регистры 14-16 (фиг. 2) блока 11 управления. В момент одновременного 20 срабатывания блока сравнения 19 и порогового элемента 20, означающего, что во всех его регистрах записан нулевой код, на вход коммутатора каналов 12 поступает синхроимпульс, 25 под действием которого схема управления 22 (Фиг, 3) этого коммутатора запоминает номера трех соседнихканалов, при коммутации которых в регистры блока 11 управления были за- Зр писаны нулевые коды. В этот же момент времени выходы первого регистра 14 (фиг. 2) с помощью мультиплексора 17 соединяются с дешифратором 18, преобразующим двоично-десятичный код в десятичный, С выходом де,шифратора 18 (фиг, 2) инф. рмация в виде десятичного кода поступает на выход преобразователя, и рассмотренный режим на этом прекращается. При измерении перемещения контро.гируемого объекта преобразователь включается в соответствующий режим (см. временные диаграммы фиг, 9), В режиме измерения коммутатор поддиапа 45 зонов 13 (Фиг, 1) разрешает работу первого оптического коммутатора 3 на промежуток времени, в течение которого коммутатор каналов 12 коммутирует три соседних канала, номера которых были занесены в его память в рассмотренном ранее режиме, значение Формируемых при этом компараторами 10 кодов также последовательно заполняют регистры 14-16 (фиг. 2) блока 11 55 управления. Если за этот промежуток времени на синхронизирующий вход коммутатора поддиапазонов 13 (фиг, 1) не поступает сигнал амплитудой Оф О,означающий, что пери й оптический коммутатор 3 на ходится над фотоприемником, то коммутатор поддиапазонов разрешает работу следующего оптического коммутатора 3-4, а коммутатор каналов повторяет свою работу. Процесс повторяется до тех пор, пока на вход коммутатора поддиапазонов не в .оступит сигнал ОО. При поступлении этого сигнала коммутатор поддиапазонов разрешает работу тому оптическому коммутатору 3-4, который был включен в это время. В режиме измерения до формирования на информационном электроде младшего разряда Фотоприемника 5 сигнала О и 1 0 дешифратор 18 (фиг.2) формирует нулевой код. При поступлении на третий синхронизирующий вход вычислительного устройства сигналаОк0 разрешается работа дешифратора 18,на входы которого, соответствующие разрядам двоично-десятичного кода старше восьмого, через делители напряжения и преобразователь десятичного кода в двоично-десятичный поступают импульсы с выхода коммутатора поддиапазонов 13. На остальные восемь разрядов дешифратора поступают импульсы от первого регистра 14 (фиг,2) блока управления при срабатывании блока сравнения 19 (фиг, 2) и от полусумматора 21 (фиг. 2), к которому подключаются выходы регистров, в которых записан ненулевой код при срабатывании порогового элемента 20, дешифратор 18 фиксирует при этом десятичный код, соответствующий перемещению контролируемого объекта, Режим измерения на этом прекращается. Рассмотрим более подробно работу блока управления 1 1 (фиг. 2), коммутатора каналов 12 (фиг. 3) и комму - татора поддиапазонов 13 (фиг, 4), а также схем их управления 22 (Фиг.6)и 24 (фиг. 5).Как уже указывалось, при включении питания начинается режим автоматической установки нулевого кода. В первый момент после включения питания на входы установки в "0" регистров 14-16 (Фиг, 2) и входы установки в "1" триггеров полусумматора 21 (фиг. 2), а также на входы установки в "0" счетчика 37 схемы управления 22 (фиг. 6) и счетчика 28 схемы управления 24 (фиг, 5) поступают им 12118895,сигналы вторых электродов и удерживать данный коммутатор в закрытом 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 пульсы, формируемые узлом, собранным по известной схеме на элементах 29 и 30 (фиг. 6), Кроме того, в рассматриваемом режиме вход установки в "0" триггера 26 схемы 24 (фиг.5) через переключатель 33 соединен с землей.После окончания данных импульсов и установки в соответствующее состоя-. ние выходов счетчиков и триггеров устройства начинает свою работу счетчик 37 схемы 22 (фиг. 6), на вход которого поступают импульсы от тактового генератора, собранного по известной схеме на элементах 36, 31, 30 и 29. Кроме того, из импульсов этого генератора с помощью счетчика 28 формируется код адреса для ОЗУ 35, изменяющийся от 0 до 2, а также с помощью узлов 31 и 27 формируются три трехфазные последовательности импульсов, поступающих с выхода блока 12 (фиг. 1) к соответствующим регистрам 14-16 блока 11 (фиг 2). Цифровой код с выхода счетчика 37 схемы 22 (фиг6) записывается в один из трех адресов памяти ОЗУ 35 и через схему МОНТАЖНОЕ ИЛИ, дешифратор 32 и высоковольные ключи 23 (фиг. 3) поступает к вторым электродам оптических коммутаторов 3-4.Блок 13 (фиг. 1) в режиме установки нулевого кода разрешает работу только первого коммутатора 3, т.к. переключатель 33 (фиг. 5) удержива,ет в течение всего этого режима на выходе триггера 26 состояние "0". Этот сигнал запрещает прохождение тактовых импульсов от генератора схемы 24 (собран на элементах 31, 30 и 29 по известной схеме и имеет частоту следования импульсов более, чем в 3 раза превышающую частоту тактовых импульсов генератора схемы 22) через элемент 27 на вход счетчика 28. Цифровой код с выхода этого счетчика через дешифратор 32 и высоковольтные ключи 25 (фиг. 4) поступает на первые электроды оптических коммутаторов 3-4 (фиг, 1). Ключи 25 (фиг. 4) работают так, что в открытом состоянии подают йа первые электроды коммутаторов 3-4 "земляной" потенциал, а в закрытом - выход этих ключей переводится в высокоимпедансное состояние. Таким образом, при подаче на первые электроды одного из коммутаторов 3-4 "земляного" потенциала эти электроды будут экранировать состоянии. Если же первые электроды одного из коммутаторов 3-4 подключитьк ключу 25 (фиг. 4) с высокоимпедансным выходом, то первые электроды небудут препятствовать проникновениюсигналов вторых электродов в областьоптических затворов данного коммутатора 3-4. Свет, проходящий черезпромежутки между вторыми и П-образными первыми электродами закрытыхоптических коммутаторов 3-4, имеетнедостаточную интенсивность для срабатывания компараторов 10 (фиг. 1) ипорогового элемента 20 (фиг. 2),т.к. ширина этих промежутков задается значительно меньшей, чем ширинаоптических затворов коммутаторов3 - 4. Каждый из выходов дешифратора 32 схемы 24 (фиг. 5) соединен через ключ 25 (фиг. 4) с первыми электродами соответствующего оптического коммутатора 3-4, таким образом, в рассматриваемом режиме разрешается работа только первого коммутатора 3.Блок 12 последовательно, начиная с левой (по фиг. 1), стороны оптического коммутатора 3, открывает все его каналы на длительность одного такта генератора схемы 22 (фиг. 6). При этом сигналы компараторов 10 (фиг. 1) заносятся в соответствующие регистры 14-16 (фиг. 2). Как только во всех трех регистрах 14- 16 будет записан нулевой код, сработает элемент 27 блока сравнения 19, а при засветке следующим световым зондом правого по чертежу края фотоприемника сработает пороговый элемент 20. Этот элемент формирует на своем выходе "0", в том случае, если напряжение 2 Ок на информационном электроде младшего разряда фотоприемника 5 (фиг. 1) превышает порог срабатывания, например, элементов 31 (фиг. 5 и 6), Порог срабатывания схемы 20 (фиг. 2) устанавливается меньшим, чем порог срабатывания компараторов 1 О. При одновременном срабатывании элемента 27 схемы 22 (фиг, 6) и порогового элемента 20 блок сравнения 19 (фиг. 2) формирует "0", который уста 12 11889навливает на выходе счетчика 37 блока 12 (фиг. 6) нулевой код . Однако на вход дешифратора схемы управления 22 этого блока через схему5 МОНТАЖНОЕ ИЛИ продолжают поступать коды, записанные в ОЗУ 35. Эти коды соответствуют номерам каналов коммутаторов 3-4 (фиг. 1), при коммутации которых в регистры 14-16 (фиг. 2) за писаны нулевые коды. При последующих изменениях разрешается последовательная работа только трех этих каналов. Рассматриваемый режим на этом прекращается, и дешифратор 18 формирует ну левой код.Для включения устройства в режим измерения переключатель 33 переводится в противоположное показанному на фиг, 5 положение. При этом на вход установки в "1" триггера 26 поступает короткий импульс, устанавливающий на его выходе "1". Этот сигнал разрешает поступление на тактовый вход счетчика 28 импульсов от 25 генератора схемы 24. Счетчик 28 управляет работой оптических коммутаторов 3-4, таким образом, что последовательно каждому из них разрешается сформировать по три световых ЗО зонда. Причем, если на вход схемы124 поступает сигнал О , превышающий порог срабатывания порогового элемента 20, то на выходе этой схемы появляется "О, устанавливающий на выходе триггера 26 сигнал, запрещающий дальнейшую работу советчика 28, следовательно в режиме измерения разрешается работа только того оптического коммутатора 3-4 (фиг.1), который находится над фотоприемником 5. Код, соответствующий номеру этого коммутатора, поступает с выхода блока 13 на старшие разряды дешифратора 18 (фиг. 2) . Дешифратор 45 28 имеет четыре старших разряда, восемь основных разрядов и четыре дополнительных. На старшие разряды поступает информация о диапазоне измерения. На основные разряды поступает информация от регистров 14-16. Причем мультиплексор 17 пропускает на вход дешифратора 18 только сигналы от тех регистров 14-16, в которые не записывалась информация в момент срабатывания схемы совпадения 20.Полусумматор 21 (фиг, 2) выполняет две функции: он подает к мультиплексору сигналь 1, запрещающие прохождение через него произвольного кода, и сравнивает коды, записанные в младших разрядах двух регистров 14-16, в которые не были записаны произвольные коды (т,е. в момент записи не срабатывала схема совпадения), В случае, если эти коды совпадают, полусумматор подает на дополнительные разряды дешифратора нулевой код. Если эти коды различных, то к дешифратору пропускается код с меньшим значением, а на четыре дополнительных разряда дешифратора 18 полусумматор 21 подает код, соответствующий 5 в десятичном коде. Если информацию с выхода устройства подавать на индикатор, то между знаками этого индикатора, соответствующими дополнительным и основным разрядам дешифратора 18, должна индицироваться запятая. Таким образом получаем, что в то время как основные разряды несут информацию о положении контролируемого внутри выбранного диапазона измерений с точностью до2цополнительные разряды дешифратора 18 позволяют уточнить эту информацию за счет исключения формирования произвольного кода и формирования кода, соответствующего Ь при2засветке вторым из трех последовательно формируемых сВетовых зондов промежутка между ячейками фотоприем - чика.