Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 2 3 4 (51 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВТОРСКОМ,Ф СВ ЬСТВ ором и оды ко приемников ючены к ин-24 локом орма- тсчерого под ходам йо рователяи й с я т ционным та, о т юл. В 9 ович, А. ч а Есм м,ющейотоповышения разреш преобразователя, полнены в виде вх ругую гребенок, п нки определяется л о щев лектрон способности приемники вь щих одна в д шаг Т гребе омле АН Бел д 8.8)ВеликобританииС 01 В 11/14,В о фру где Тр Ч;-1 фнл;период измерра, а Осп.образовательщ и й с я т стг 300731981 (пр Г ат т п КИИ ПРЕКОД,соненный с ительный ый, с не- конденм, что бл ч емников выполне о расположенных н из последофотоприемниребенки одина расстояние отопр атель инутых вдоль льно другого агу гребенки. ков нос равное ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54)(57) 1. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯдержащий механически соедиобъектом перемещения измеррастр, оптически соединенподвижным источником света ЯО 1144133 АНаиболее близким по техническойсущности к изобретению является Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий механически соединенный с объектом перемещения измерительный растр, оптичесЗОки соединенный с неподвижным источником света, конденсором и блокомФотоприемников, выходы которого подключены к информационным входам Формирователя отсчета 2 .Недостатком известного преобразо- Звателя является низкая разрешающаяспособность из-за невозможности использования комбинационных эффектовот измерительного растра.Цель изобретения "увеличение раз -решающей способности преобразователя перемещения в код.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователе перемещения вкод, содержащем соединенный с объектом перемещения измерительный растр,оптически соединенный с неподвижнымисточником света, конденсором и блоком фотоприемников, выходы которогоподключены .к информационным входамформирователя отсчета, фотоприемники выполнены в виде входящих одна вдругую гребенок, причем шаг Т гребенки определяется по формуле5Т, - (1+И) Т, 11Изобретение относится к измерифтельной технике, в частности к преобразователям перемещения в код, иможет быть использовано в автоматических системах управления, а такжев вычислительной технике,Известен преобразователь перемещения в код, состоящий из оптическисоединенных источника излучения,двух детекторов,.преобразователя,усилителя, подключенного к выходамдетекторов, и аналого-цифрового преобразователя Щ .Недостатком этого преобразователяявляется низкая разрешающая способность. Это вызвано тем, что информация о перемещении извлекается изсравнения двух аналоговых сигналов,.При этом на результат измерения неизбежно влияют дестабилизирующиеФакторы - изменение температуры ок"ружающей среды, деградация электронных компонентов и т.д. где Тр - период измерительного раст.% ра, а Осп(1. 44133 2 Блок фотоприемников выполнен изпоследовательно расположенных фотоприемников, сдвинутых вдоль гребенкиодин относительно другого на расстояние, равное шагу гребенки,Использование гребенчатой структуры блока фотоприемников позволяетполучить оптическое увеличение засчет нониусного съема информации,1 О что приводит к увеличению разрешающейспособности, Расположение фотоприемников со сдвигом один относительно другого позволяет смещение оптическогосигнала (в данном случае комбинационнойнониусной полосы) в пределах одногофотоприемника разбивать на несколькодискретных значений и, таким образом,улучшить разрешающую способностьфотоэлектрического преобразователяперемещения в код.На фиг, 1 представлена принципиальная схема преобразователя; нафиг. 2 - блок фотоприемников; наФиг, 3 - структурная схема формирователя отсчета,Преобразователь перемещения в кодсодержит источник 1 света, конденсор 2, измерительный растр 3, блок4 Фотоприемников, формирователь 5,отсчетов. Блок 4 Фотоприемников выполнен в виде входящих одна в другуюгребенок 6 и 7 (фиг. 2), Шаг гребенок Т =(1+И)Тр где ОО, отличается от шага ТР измерительного растра 3 в пределах 5-153 Блок. 4 фотоприемников выполнен в виде линейки,причем каждый последующий фотоприемник сдвинут относительно предыдущего в направлении перемещения измерительного растра 3 на расстояние,равное шагу гребенки.В преобразователе неподвижный источник 1 света представляет собойсерийно выпускаемую лампу накаливания,а конденсатор 2 - набор иэ трех .линз с соответствующим фокусным. расстоянием. Измерительный- растр 3 изготовлен на стандартной подложке методом Фотолитографии. Набор фотоприемников 4 представляет собой выполненную по интегральной технологиилинейку фотопрйемников. Формирователь5 отсчетов представляет собой аналого-цифровой преобразователь, выполненный на базе четырехквадрантногоперемножителя и включает аналоговыйкоммутатор 8, аналоговые компараторы9 и 10, генераторы 11 и 12 кода,цифроаналоговые преобразователи 133 1144и 14, тактовый генератор 15, триггерШмитта 16, цифровой коммутатор 17,счетчики 18 и 19, дешифраторы 20 и21, индикаторы 22 и 23.Преобразователь перемещения в5код работает. следующим образом,Измерительный растр 3 и блок 4фотоприемников представляют собой со.пряжение периодических структур сотличающимися шагами. В результатеосвещения такого сопряжения источником 1 света через конденсор 2 ."возникает комбинационный нониусныйрастр с шагом 6, определяемым выражением,15 ьТгде Тр - шаг измерительного растра 3;Т, - шаг гребенчатой структурыблока 4 фотоприемников;дТ - разность шагов.Таким образом, распределение амплитуд сигналов с выходов блока 4,фотоприемников представляет собойэлектрический эквивалент возникающих 25комбинационных полос и зависит отвзаимного расположения измерительногорастра 3 и блока 4 фотоприемников. При детектировании нониуснойкомбинационной полосы максимальный 30выходной сигнал блока 4 фотоприемников соответствует светлому участку(т.е. месту совпадения зрачков со.пряженных структур), а минимальный -темному участку (т.е. месту, гдезрачки одной иэ сопряженных структур затемнены штрихами другогорастра),При смещении измерительного растра 3 относительно первоначального 40положения смещаются и комбинационные нониусные полосы, следовательно,меняется и распределение амплитудсигналов с выходов блока 4 фотопрйемников. 4Смещение комбинационного растраотносительно первоначального положения можно определить из выражения1= еб+Рб,где Ю - целое число полос с пери . 50одом Р, прошедших через блок 4 фотоприемников,Электрические сигналы с выходовблока 4 Фотоприемников поступают навходы аналогового коммутатора 8 Формирователя отсчетов, Одновременноэлектрический сигнал с выхода лерво 4го фотоприемника блока 4 через триг 133 4гер 16 Шмитта поступает на счетчик 18, предназначенный для счета числа комбинационных полос, дешифратор 20 " и индикатор 22, Индикатор 22 показывает число комбинационных нониусных полос, Тактовый генератор 15 вырабатывает тактовые импульсы, которые являются командами запрета для счетчика 18 числа комбинационных ноннусных полос и разрешения для аналогового коммутатора 8, при этом выход первого Фотоприемника блока 4 соеди.няется с входом аналогового компаратора 9. Одновременно тактовый генератор 15 запускает генератор 11 кода.Аналоговый компаратор 9 сравнивает напряжения на выходах первого Фотоприемника и цифроаналогового преобразователя 13 (ЦАП). В момент их равенства выходной сигнал аналогового компаратора 9 запрещает работу генератора 11 кода и с входов ЦАП 13 код, соответствующий сигналу первого фотоприемника, поступает на один из вкодов цифрового коммутатора 17 На вторые входы цифрового коммутатора 17 поступают последовательнозначения кодов с входов ЦАП 14, соответствующие выкодным сигналам блока 4 фотоприемников. Генератор 15 по,дает команду на второй вход аналогового коммутатора 8, по которой последовательно соединяются выходы блока 4 фотоприемников с входом аналогового компаратора 10. Причем длительность команды на первом входе аналогового компаратора 10 равна длительности команды на его второмвходе. Это позволяет сравнить цифро вой код, соответствующий первому Фотоприемнику, с цифровыми кодами всех остальных фотоприемников, Точно также сравниваются значения цифрового кода, соответствующие второму фотоприемнику, со значениями цифрового кода всех остальных фотоприемников, и т.д. Таким образом определяется -й фотоприемник с максимальным выходным сигналом, после чего выход -го фотоприемника подключается к входу аналогового компаратора 9 и после сравнения значения цифрового кода, соответствующего. сигналу ь-го фотоприемника, со значениями цифровык кодов, соответствующих сигналам других фотоприемников блока 4, цифровойкоммутатор 17 выдает сигнал .разрешения индикации на счетчик 19 подсчета фотоприемников. Индикатор23 высветит цифру, соответствующую1-му фотоприемнику, что означаетмаксимум сигнала на этом фотоприемнике. Расположение фотоприемников со сдвигом один относительно другого позволяет смещение комбинационной 1144133нониусной полосы в пределах одногофотоприемника разбить на несколькодискретных значений. Таким образом,становится возможным повышение разрешающей способности преобразователяво столько раэ, сколько периодов7 гребенок укладывается на одномфотоприемнике,