Преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК Всю 6 08 С 9/06 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В.А, Пилипович, А.К. Есман, В.К. Кулешов и В.С. Поседько (71) Институт электроники АН Белорусской ССР(56) 1. Авторское свидетельство СССР е 887929, кл. С 01 В 21/00, 1982.2. Авторское свидетельство СССР 1 Р 939937, кл. С 01 В 21/00, 1982.3. Патент Великобритании В 1574439, кл. С 08 С. 9/06, 1980 (прототип). (54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМВЦЕНИЯ В КОД, содержащий расположенные на одной оптической оси блок осветителей, растр и линейку фотоприемников, выход которой соединен с первым входом первого усилителя, генератор опроса, счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробирования, выход которого подключен к первому входу счетчика точного отсчета, второй вход первого, усилителя соединеч с шиной опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены генератор высокой частоты, второй счетчик, генератор линейно нарастающего напряжения, первый и второй делители часто" ты, триггер, второй элемент И, светофильтр, расположенный на одной оптической оси между блоком освещения.801128279 А и растром, выход генератора высокойчастоты соединен с вторым входом.первого элемента И и с входам второгосчетчика, управляющий выход которогоподключен к входу генератора опросапервый, второй и .третий выходы опроса которого соединены с одноименнымивходами линейки. фотоприемников, ауправляющий выход подключен к первымвходам первого и, второго делителейчастоты, триггера, к вторым входамсчетчика точного отсчета и первогосчетчика, первый выход опроса гене-.ратора опроса подключен к третьемувходу первого элемента И, к второмувходу первого делителя частоты, квходу генератора линейно нарастающего напряжения и к первому входу управления блока стробирования, второйвход управления которого соединенс вылодом второго делителя частоты,а информационные входы " с одноименными выходами второго счетчика, выход первого делителя частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ,выход кбторого соединен с вторымвходом триггера, выход которого поцключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И,а выход - с вторым входом второгоделителя частоты, первый вход второго усилителя соединен с выходом генератора линейно нарастающего напряжения, а второй вход подключен к выходулинейки фотоприемников, выход первого усилителя соединен с первым входом счетчика грубого отсчета, второйвход которого подключен. к третьемувыходу опроса генератора опроса1 1128Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и можетбыть использовано для цифрового измерения линейных перемещений,Известен преобразователь перемещения в код, содержащий оптически соединенные блок освещения, растры с репер"ными штрихами, фотоприемники, блокуправления, блок внутришаговой интерполяции, выходы блока управления соединены с первым входом элемента И,второй вход которого подключен к одному фотоприемнику 1 .Недостатком этого преобразователяявляется низкая точность измерения. 15которая вызвана наличием оптическихпомех от реперных штрихов и малымколичеством реальных информационныхсигналов. Дестабилизирующие факторы(вибрации, деформации и т.д.) приводят к смещению или к "размыканию"изображения растров и реперных штрихов, что также снижает точность преобразователя,Известен преобразователь перемещения в код, состоящий из системы формирования интерференционных .или муаровых полос, оптически связаннойс линейкой фотоприемников, котораясоединена с генератором опроса, блока индикации, соединенного с блокомпространственной селекции фотоприемников, который включает коммутатор,анализирующий узел и сумматор, входыкоторого подключены к коммутатору 35а выход - к блоку индикации, выходыанализирующего блока связаны с коммутатором, причем выходы генератораопроса соединены с блоком пространственной селекции фотоприемников,опорный выход анализирующего блокасвязан с сумматором, выход которогоподключен к анализирующему блоку 21 .Недостатком данного преобразователя .является невысокая точность измерения, которая ограничивается положением фотоприемников в линейке и уменьшается с увеличением разброса параметров фотоприемников от влияниядестабилизирующих факторов на конт-, 50раст изображения комбинационных полос.Наиболее близким к изобретениюявляется преобразователь перемещенияв код, содержащий расположенные наодной оптической оси блок осветителей, раст и линейку фотоприемников,выход которой соединен с первым вхо дом первого усилителя, генератор оп 279роса, счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробирования, выход которого подключен к первому входу счетчика точного отсчета, второй вход первого усилителя соединен с шиной опорного напряжения, а также третий усилитель и переключатель 3 .Недостатком известного преобразователя является невысокая точность, вызванная наличием оптических и электрических помех, ограничениями на размеры фоточувствительных площадок в линейке фотоприемников и т.д. Освещение измерительного растра излучением в широком спектральном диапазоне сильно снижает контраст оптического изображения, что ведет к снижению точности измерений. Размер фоточувствительных площадок, а значит, и маскирующих полос растра должен быть больше 4-5 зон Френеля, т.е. равным 4-5 М , где - расстояние от растра до светочувствительной поверхности фотоприемников; ) - длина волны источника освещения, В противном случае из-за эффекта коллективной дифракции на структуре растра распределение интенсивности света фотоприемников искажается, что приводит к ошибкам измерения,Целью изобретения. является повышение точности преобразователя путем уменьшения вличния дестабилизирующих факторов на результат измерения.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь перемеще-. ния в код, содержащий расположение на одной оптической оси блок осветителей, растр и линейку фотоприемников, выход которой соединен с первым входом первого усилителя, генератор опроса, счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которогосоединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробирования, выход которого подключен к первмоу входу счетчика точного отсчета, второй вход первого усилителя соедннен с шиной опорного3 11282 напряжения, введены генератор высокой частоты, второй счетчик, генератор линейно нарастающего напряжения, первый и второй делители частоты, триггер, второй элемент И, светофильтр, расположенный на одной оптической оси между блоком освещения и растром, выход генератора высокой частоты соединен с вторым входом первого элемента И и с входом второ О го счетчика, управляющий выход которого подключен к входу генератора опроса, первый, второй и третий выходы опроса которого соединены с одноименными входами линейки фотоприемников, 15 а управляющий выход подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, триггера, к вторым входам счетчика точного отсчета и первого счетчика, первый. выход опроса 2 О генератора опроса подключен к третьему входу первого элемента И, к второму входу первого делителя частоты, к входу генератора линейно нарастающего напряжения и к первому 25 входу управления блока стробирования, второй вход управления которого соединен с выходом второго делителя частоты, а информационные входы - с одноименными выходами второго счет-ЗО чика, выход первого делителя частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого .соединен с вторым входом триггера, выход которого подключен к первому входу второго35 элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого. элемента И, а выход - с вторым входом второго делителя частоты, первый вход второго усилителя соединен с выходом гене-. ратора линейно нарастающего напряжения, а второй вход подключен к выходу линейки фотоприемников, выход первого усилителя соединен с первым входом счетчика грубого, отсчета, второй вход которого подключен к третьему выходу опроса генератора. опроса.На чертеже приведена структурная схема преобразователя перемещения в ко50Устройство содержит блок 1 осветителей, светофильтр 2, растр 3 линейку 4 фотоприемников, генератор 5 опроса, усилитель 6, счетчик 7 грубогоотсчета, усилитель 8, элемент И 9, у генератор 10 высокой частоты, счетчик 11, блок 12 стробирования, генератор 13 линейно нарастающего напряжения,79 4счетчик 14, счетчик 15 точного отсчета, делитель 16 частоты, элемент ИЛИ17, триггер 18, элемент И 19 и делитель 20 частоты.Блок 1 осветителей через светофильтр 2 и растр 3 оптически соединен с линейкой 4 фотоприемников, входы опроса которой подключены к генератору 5 опроса, входам генератора 13.линейно нарастающего напряжения,счетчика 14, делителя 16, элементаИ 9, счетчика 7 грубогоотсчета иблока 12. стробирования, выход линейки 4 фотоприемников соединен с входами усилителей 6 и 8, выход усилителя. 6 подключен к входу счетчика 7грубого отсчета, выход усилителя 8через элемент И 9 соединен с однимиз входов элемента И 19, выход счетчика 14 - с первым входом элементаИЛИ 17, второй вход которого подкг 1 ючен к выходу делителя 16 частоты, авыход через триггер 18 - к второмувходу элемента И 19, выход которогочерез делитель 20 частоты соединенс блоком 12 стробирования, генератор10 подключен к входам счетчика 11и элемента И 9, выход счетчика 11соединен с входом генератора 5 опроса, а информационные выходы счетчика11 подключены к входам блока 12 стробирования, управляющий выход генератора 5 опроса соединен с входами счетчика 15 точного отсчета, счетчика 14,делителей 16 и 20 частоты и триггера 18.В .конкретном исполнении блок 1освещения представляет собой лампунакаливания с нитеобразным теломсвечения, расположенным перпендикулярно оптической оси преобразователяи направлению расположения фотоприемников в линейке.4. Светофильтр 2 -плоско-параллельная пластинка, изготовленная из материала с избирательным пропусканием света. Растр 3 -периодическая структура, состоящаяиз темных и светлых полос, выполненных на стекле методами фотолитографии, причем период Т растра равенТ пР+Ь,где и - количество периодов Р линейки 4 фотоприемников, уклады".вающихся в периоде растра 2;Ь - точность преобразователя. В качестве линейки 4 фотоприемни"ков могут быть применены фотоприборы3 1128с зарядовой связью (ПЗС) с периодом Ри количеством элементов 10,Преобразователь перемещения вкод работает следующим образом.Сигналом с управляющего выхода 5генератора 5 опроса устанавливаютсяв исходное состояние счетчик 15 точного отсчета, делители 16 и 20 частоты, счетчик 14 и триггер 18. Приэтом счетчик 11, срабатывая по сигналам генератора 10, постоянно меняетсвое состояние, синхронизируя своимивыходными сигналами работу генератора 5 опроса и блока 12 стробирования,Свет с длиной волн заданного диапаэо 5на из блока 1 осветителей проходитчерез светофильтр 2 и растр 3 на оптический вход линейки 4 фотоприемников. В исходном состоянии темный крайрастра 3 перекрывает часть линейки 4 20фотоприемников. Остальная часть линейки 4 фотоприемников вместе с растром3 образуют комбинационные оптическиеполосы с периодомравным25Т,Т,Т-Тгде Т - период линейки 4 фотоприемниковТ 2 - период растра 3. ЗОПутем определенного подбора коэффициентов деления делителя 16 частоты и счетчика 14 подбирается пространственное положение элементов линейки 4 фотоприемников, информационные сигналы с которых используются для получения точного отсчета. Период расположения этих элементов совпадает с периодом оптической комбинационной полосы, возникающей при сопряже нии периодических структур линейки 4 Фотоприемников и растра 3. Точный и грубый отсчеты выполняются в течение одного цикла опроса линейки 4 фотоприемников при любом положении 45 растра 3, связанного с исследуемым объектом (не показан).Точный отсчет Формируется так: на входы опроса линейки 4 фотоприемников поступают импульсы с выходов генератора 5 опроса, причем импульсы поступают на входы .генератора 13 линейно нарастающего напряжения, счетчика 14 и делителя 16 частоты, элемента И 9 и блока 12 стробирования, сигналы с выхода линейки, 4 фотоприемников поступают на входы усилителей6 и 8 синхронно с появлением импуль 279сов на первом выходе генератора 6и 8 синхронно с появлением импульсовна первом выходе генератора 5 опроса.До момента совпадения амплитуды информационного сигнала с выходным напряжением генератора 13 линейно нарастающего напряжения импульсы генератора10 через элемент И 9 проходят на входэлемента И 19. Делитель 16 частоты,счетчик 14, элемент ИЛИ 17 и триггер18 открывают элемент И 19 только припоступлении сигналов с выбраннойчасти линейки 4 Фотоприемников (т.е.той части, которая задает период иначало отсчета комбинационной полосы),Делитель 20 частоты принимает выходные сигналы элемента И 19, производит их деление и при проявлении заданного числа импульсов (число устанавливается при настройке) закрываетблок 12 стробирования, который доэтого момента пропускает импульсы навход счетчика 15 точного отсчета.Счетчик 11 осуществляет синхронизацию работы блока 12 стробирования,т.е. открывает его на время опроса,выбранного для точного отсчета участка линейки 4 фотоприемников. Такимобразом, изменение соотношения фазпериодической структуры из выбранныхэлементов линейки 4 Фотоприемникови вновь образованной комбинационнойоптической полосы, заданной положением растра 3, приводит к изменениюдлительности сигнала на выходе делителя 20 частоты по отношению к длительности счета, соответствующегонулевому сдвигу Фаз.Грубый отсчет осуществляется следующим образом,Первые элементы линейки 4 фотоприемников используются для точного отсчета и часть из них всегда освещена,поэтому в начале цикла опроса с выхода усилителя 6 периодически поступают импульсы, которые поддерживаютсчетчик 7 грубого отсчета в нулевомсостоянии. Когда с выхода линейки 4Юфотоприемников поступает темновой сигнал (элементы закрыты темным краемрастра 3), усилитель 6 не срабатывает иимпульс с выхода генератора 5опроса переводит счетчик 7 грубого,отсчета в следующее состояние, Вконце цикла опроса линейки 4 фотоприемников счетчик 7 грубого отсчета хранит число затемненных элементов (т,е, оределяет показание грубого отсчета ),2798Использование линейки фотоприемников фото-ПЗС с периодом 15 мкм позволяет повысить точность грубого отсчета. Использование светофильтра позволяет получить высокий контраст оптического изображения, так как не вносят вклад. другие спектральные составляющие, что также ведет к повышению точности измерений. В преобразователе .изменение расстояния между растром и линейкой фотоприемников (что реально возможно на практике) практически не влияет на работоспособность, так как выбором амплитуды и уровня сигналов линейно нарастающего напряжения можно перекрыть диапазон модуляции сигналов линейки фотоприемников . 7Повышение точности предлагаемогопреобразователя по сравнению с известным осуществляется за счет подсчета высокочастотных тактовых импульсов во временные интервалы, пропорцио нальные амплитуде информационных сиг налов линейки фотоприемников. Любое смещение растра ведет к изменению распределения света на зыбранном участке линейки фотоприемников, сле- О довательно, к изменению амплитуды сиг.налов элементов линейки фотоприемни-; ков. Последнее ведет к изменению временных интервалов счета высоко-. частотных сигналов и к изменению длительности выходного сигнала. делителя частоты по сравнению с исходной. 1128 Составитель Ю. Котовколайчук Техред З.Палий Корректор А, Тяск едактор Заказ 9066/38 . ТираЖ ВНИИПИ Государствен по делам изобрете 113035, Москва, Ж, 8 Подписго комитета СССРий и открытийаушская наб., /5 д. 4 ППП "П ент",жгород, У оект