Преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК (9 4 Н 03 М 1/ САНИЕ ИЗОБРЕТЕН У СКОМУ СВИДЕТ КА ович ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ) Куйбышевский ордена Трудовогосного Знамени авиационный инстиим. акад. С.П. Королева2) С.А, Матюнин и Г.И. Леон(56) Авторское свидетельство СССР Ф 809285, кл. С 08 С 9/06, 1981.Авторское свидетельство СССР У 1005 132, кл. С 08 С 9/06, 1980. (54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий осветитель, оптически соединенный через кодовую шкалу со щелями с первым и вторым фотоприемниками, расположенными вдоль направления перемещения кодовой шкалы со щелями на расстоянии 6= 1 а, + а, /4, где 1 = 0,1,2 О 0 - период щелевой щелей кодовой шкалы, выходы первого и второ.го фотоприемников соединены с одноимен ными входами первого блока формирования выходного кода, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразователяв него введены второй блок Формирования выходного кода, первый ивторой узкополосные интерференционные светофильтры, расположенныепод угломк кодовой шкале сощелями, первый узкополосный интерференционный светофильтр расположен на одной оптической оси междуосветителем и кодовой шкалой сощелями, а второй узкополосный интерференционный светофильтр расположен на одной оптической оси между кодовой шкалой со щелями и первым и вторым фотоприемниками,первый вход второго блока формирования выходного кода соединен свыходом второго фотоприемника, выход управления первого блока формирования выходного кода соединенс вторым входом второго блока формирования выходного кода.1 87270 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что первый блок формирования выходного кода выполнен на первых и вторых формирователях прямоугольных сигналов, дифференциаторах, элементах И, а также инверторе, триггере и реверсивном сигнале, входы первого и второго формирователей прямоугольных сигналов являются входами блока, выход первого формирователя прямоугольных сигналов соединен через инвертор с первым входом и непосредственно с вторым входом триггера, выходы которого через соответствующие дифференциаторы соединены с информационными входами элементов И, управляющие входы которых соединены с выходами второго формирователя прямоугольных сигналов и с выходом управления блока, а выходы первого и второго элементов И соединены с соответствующими входами реверсивного счетчика.3. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что второй блок формирования выходного кода выполнен на усилителе, преобразователе напряжение - код, постоянном запоминающем устройстве и вычитающем устройстве, вход усилителя является первым входом блока, а выход - входом преобразователя напряжение-код, выходы которого соединены с первой группой входов вычитающего устройства, вторая группа входов которого соединена с выходами постоянного запоминающего устройства, вход управления вычитающего устройства является вторым входом блока.Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования линейных и угловых перемещений в код при аналого цифровом преобразовании информации.Целью изобретения является увеличение точности преобразователя за счет устранения влияния дифракции и рассеивания светового потока 10 на форму сигнала.На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг, 2 - эпюра сигнала в канале точного отсчета (ТО) преобразова теля, на фиг. 3 - график зависимости длины волны середины полосы пропускания узкополосного светофильтра от угла наклона его поверхности относительно поверхности ко довой шкалы; на фиг. 4 - функциональные схемы первого и второго блоков формирования выходного кода, на фиг. 5 - временные диаграммы работы преобразователя.Преобразователь содержит осветитель 1, узкополосных интерференционный светофильтр 2, кодовую шкалу 3 со щелями, ускополосный интерференционный светофильтр 4, фотоприемники 5 и б, первый блок 7 формирования выходного кода (вд грубого отсчета), второй блок 8 формирования выходного кода (кода точного отсчета), блок 7 формирования выходного кода содержит формирова.тели 9 и 10 прямоугольных сигналов, инвертор 11, триггер 12, дифференциаторы 13 и 14, элементы И 15 и 16, реверсивный счетчик 17, а блок 8 формирования выходного кода содержит усилитель 18, постоянное запоминающее устройство 19, преобразователь 20 напряжения в код (ПНК), вычислитель 21.Узкополосные интерференционные светофильтры 2 и 4 обладают свойством пропускания монохроматического светового потока с длиной волны Эт, строго зависящей от угла падения светового потока на поверхность светофильтра. График на фиг. 3 иллюстрирует изменение длины волны Япропускаемого светового потока от угла " наклона светофильтра 2 или 4 относительно поверхности кодовой шкалы 3. Отклонение угла падения монохроматического свето25 50 55 вого потока с длиной волны 3"о от угла (90- ) приведет к тому, что светофильтр 4 не пропустит через себя световой поток, и сигнал на выходе фотоприемников 5 и 6 будет равен нулю.Преобразователь работает следующим образом.Монохроматический световой поток с осветителя 1 (фиг, 1) попадает на светофильтр 2, который пропустит лучи, падающие на него только под углом (90- ). Сформированный в нем параллельный для,данной длины волны световой пучок рассеивается и отклоняется от основного направления вследствие дифракции, образуя паразитную составляющую светового сигнала. Прошедший через кодовую шкалу 3 световой поток далее попадает на светофильтр 4, где из смеси полезного и паразит- ного световых сигналов описанным способом выделяется параллельный световой пучок, являющийся полезным сигналом., который попадает на фотоприемники 5 и 6. В фотоприемниках 5 и 6 световые сигналы преобразуются в пропорциональные электрические сигналы (фиг. 5 а, Р, тонкая линия).С выхода фотоприемника 5 электрические сигналы параллельно поступают в блок 7 формирователя выходного кода (ТО) на выход формировавателя 9 прямоугольных сигналов (ФПС), а с выхода фотоприемника 6 электрические сигналы поступают на вход формирователя 10 (фиг. 4) блока 7. Сформированные прямоугольные сигналы с выхода формирователя 9 (фиг. 5 д, жирная линия), поступают на вход 8 и через инвертор 11 на вход б триггера 12. Сигналы с прямого и инверсного выходов триггера 12 поступают на входы дифференциаторов 13 и 14 соответственно. С выхода дифференциатора 13 снимаются положительные импульсы (фиг, 5 3) при изменении сигнала на выходе формирователя9 от 0 к о 1 при движении кодовой шкалы 3 как вправо, так и влево.Аналогично с выхода дифференциатора 14 снимаются дополнительные импульсы (фиг. 5 , 8 ) при изменении сигнала на выходе формирователя 9 от 0 к 0при движении кодовой шкалы 1 О 15 20 30 35 40 3 вправо или влево. За дискретные точки грубого отсчета координаты перемещения выбраны передние (согласно эпюрам) фронты сигналов выхода формирователя 9. Для исклю чения срабатывания реверсивного счетчика 17 по задним фронтам сиг налов с выхода формирователя 9 используются сигналы с выхода формирователя 10 (фиг. 5 3, жирна линия), смещенные относительно си налов с выхода формирователя 9 на величину оо /4 . Эти сигналы открь вают элементы И 15 и 16 для прохо ния сигналов с. дифференциатора 13 (на суммирование) и с дифференциа ра 6 (на вычитание), совпадающих тол ко с передними фронтами сигналов с выхода формирователя 9. С выход элементов И 15 и 16 сигналы посту пают на соответствующие входы реверсивного счетчика 17, на выходе которого формируется код ГО.Сигнал с выхода усилителя 18 поступает на ПНК 20, где преобразуется в двоичный код Й рн) проп циональный амплитуде сигнала. Для устранения неоднозначности кодирования в диапазоне ТО используется управляющий сигнал, снимаемь с выхода формирователя 10 (фиг, 5 жирная линия), который равен логи кому "0" ( О = 0) на возрастающем участке информационного сигнала с выхода усилителя 18 и равен логической 1 ( 0 = Ц 1) при нисходящем участке информационного сигнала. На выходе вычислителя 21 формируется код ТО ( М) по след щему алгоритму: пн Рй = Нщд, при О О,где Ни - код преобразователя 20 напряжения в код; 11 пзк=2 ,11- число, занесенное вПЗУ 19.Шкала кода ТО смещена относите но шкалы кода ГО на ц /4 поэтому при дальнейшей обработке информац необходимо вводить соответствующи поправки. При использовании в качестве информационного сигнала дл канала ТО сигнала с выхода фотоприемника 6, а сигнала с выходаформирователя 9 в качестве управляющего, необходимость ввода поправок отсутствует. Каждый импульс с дифференциаторов 15 и 16 совпадает с точкой нулевого отсчета шкалы кода ТО (фиг. 5 и, тонкая линия).В результате нелинейность сйгнала уменьшается, что создает врзможность уменьшить период дискретизации в 4-8 раз, Таким ьбразьм, введением светофильтров 2 и 4 можно добиться увеличения точности на 2 - 3 и более двоичных разрядов.Если интерполяция сигнала фотоприемника 5 в блоке 8 осуществляется с достаточно высокой разрешающей способностью (серийно выпускаемые преобразователи напряжения в код имеют разрешающую способность в 10-12 двоичных разрядов), то точность канала ТО определяется лишь стабильностью и степенью нелинейности позиционной характеристики фотоприемника 5 (6). Стабильность характеристики фотоприемника 5(6) может быть достаточно высокой (охват источника цепью оптической отрицательной обратной связии позволяет уменьшить темпереатурный/0коэифидиеит до 0,001-0,05 ее )5Поэтому разрешающая способность К5 канала ТО оптической коррекциис помощью светофильтров 2 и 4определяется в основном степеньюнелинейности(х) позиционнойМхарактеристики фотоприемника 510 или 6з 5 РУф(х)1,15 где Х - координата перемещениякодовой шкалы.Так, вследствие уменьшения нелинейности позиционной характеристикив 4-8 раз соответственно увеличнва"20 ется в 4-8 раз и точность каналаТО при неизменном периоде кодовой .шкалы 3.Чтобы добиться такого же эффектаизвестными методами необходимо су щественно увеличить количество шаговквантования кодовой шкалы в ГО,что, например для преобразователейугловых перемещений в код, приводитк увеличению диаметра кодирующего ЗО диска и всего преобразователяв целом.