Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код

(505 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН ение. отип АЗО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Авторское свидетельство СССРМ 1190521, кл, Н 03 М 1/24, 1983,Авторское свидетельство СССРВ 1259483, кл. Н 03 М 1/24, 1984(прот(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, предназначено для применения в системах автоматического регулирования и управления. Целью изобретения является повышение точности преобразователя. Цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь пе- ремещения в код, содержит осветитель 1, подвижные лимбы 2 и 3 с растровыми дорожками, фотоприемники 5 - 7, нуль-органы 17 - 19, триггер 20, элементы И 21 и 22, счетчик 23 и регистр 24, введены неподвижный лимб 4, нормирующие резисторы 8 - 13 и1676102 дифференцирующие усилители 14-16, В лимбе 4 выполнены окна считывания, крат" ные шагу соответствующей растровой дорожки. Каждая из растровых дорожек выполнена в виде наклонных штрихов с углом наклона а = ЭГС 1 Ц 11/Юь где Ь - высота Окна считывания;в - шаг р астра соответствующей дорожки. Выполнение растров Изобретение относится к автоматике и 5 вычислительной технике, предназначено для применения в системах автоматического регулирования и управления,Целью изобретения является повышение точности преобразователя. 10На фиг,1 показана структурная схема фотоэлектрического преобразователя перемещения в код; на фиг.2 - временная диаграмма сигналов, поясняющая работу преобразователя; на фиг,3 - предлагаемое 15 сопряжение штрихов одной растровой дорожки подвижного лимба с окнами считывания на индикаторном лимбе.Преобразователь содержит осветитель 1, два соосных и независимо вращающихся 20 на своих осях лимба 2 и 3, с нанесенными на каждом лимбе тремя растровыми дорожками соответственно с числом штрихов й, (И+1) и М(И+1), неподвижный индикаторный лимб 4 с окнами считывания, 25 фотоприемники 5-7, шесть нормирующих элементов, выполненных на резисторах 8- 13, три дифференциальных усилителя 14 - 16, три нуль-органа 17 - 19, триггер 20, два элемента И 21 и 22, счетчик 23, регистр 24, 30Преобразователь работает следующим образом.Световой поток от осветителя 1 к фотоприемникам 5-7 проходит последовательно через растровое сопряжение на лимбах 2 и 35 3 и через окна считывания на индикатор ном лимбе 4. Растровое сопряжение включает две идентичные системы растровых решеток, каждая иэ,которых состоит из трех растровых дорожек с числом штрихов 40 й, (И+1) и й(И+1), Лимбы 2 и 3 и индикаторный лимб 4. установлены соосно друг другу. При относительном вращении рас. тров 2 и 3 с некоторой угловой скоростью в будет происходить модуляция прохо дящего через растровое сопряжение с ветового потока, которая преобразуется фотоприемниками 5, 6 и 7 в электрические сигналы 25, 26 и 27 (фиг,2 а,б,в) вида позволяет исключить паразитную модуляцию входного сигнала и устранить неравномерность чувствительности кристалла фотоприемника, Применение дифференциальных усилителей позволяет устранить паразитные засветки, что в целом ведет к повышению точности преобразователя, 3 ил,О=О зЮвт, (1) Ои+ц = Оп эп(И+1) в 1; (2) Эчрч+1) = О звал(И+1) а , (3) Периоды этих сигналов соответственно пропорциональныи у сее 1 у ят - т)По мере разворотов растровых рисков 2 и 3 сигналы 25 и 26 смещаются относительно друг друга по временной фазе. Приращение временного фазового сдвига Лр между сигналами 25 и 26 при угловом смещении растров на один шаг растровой дорожки с числом штрихов й составляетЛ Т Т 2 2 л 2 л Ф=т 1 - "т и ин.1 иягц(4) Но именно этому временному фазовому сдвигу Лр равен период сигнала 27 (фиг.2 в) с .растровой дорожки, на которой нанесено М(8+1) штрихов, учитывая это. временной фазовый сдвиг между сигналами 25 и 26 в случае относительного разворота на угол, соответствующий 1 целым шагам растровой дорожки с числом штрихов И, будет2равен Ьр; в , - 1 т,нто соответствуетпериодам сигнала 27, которые разместятся во временном интервале, равном этому фазовому сдвигу, При этом только в одном положении фазы сигналов 25 и 26 совпадут (фиг,2 а,б) и это положение, в котором Ьр -- О, принимается за начало отсчета,Сигналы 25, 26 и 27 поступают соответственно на прямые входы дифференциальных усилителей 14, 15 и 16, к инверсным входам которых попарно подключены своими первыми выводами нормирующие резисторы 8-9, 10 - 11, 12-13, при этом вторые выводы нормирующих резисторов первой, второй и третьей пары подключены соответственно к выходам фотоприемников 6 и 7, 5 и 7, 5 и б. Сигналы с выходов дифференциальных усилителей 14-16 поступают на вхо35 45 Поскольку в предлагаемом устройстве 50 55 ды нуль-органов 17-19, в которых формируются импульсы 28, 29 и 30 (фиг.2 д,е, г), в моменты перехода периодических сигналов 25, 26 и 27 через нуль в положительном направлении. Импульсы 28, 29 управляют триггером 20, на прямом выходе которого формируется прямоугольный импульс 31 (фиг,2 ж), длительность которого равна временному фазовому сдвигу сигналов 25 и 26, а на инверсном выходе формируются прямоугольные импульсы 32 (фиг,2 и). Импульсы 31 и 32 соответственно поступают на первые входы элементов И 21, и 22, на вторые входы которых подаются импульсы, сформированные нуль-органом 19 по нуль-переходам сигнала 27. С элемент И 21 в счетчик 23 поступают импульсы 33 (фиг.2 з), количество которых в каждом цикле преобразования равно целому числу шагов растровой дорожки с числом штрихов М, на которые произведен взаимный разворот лимбов 2 и 3. Таким образом, эквивалентом угла поворота на целое число шагов растровой дооожки с числом штрихов К является число импульсов 33, сформированных изсигнала 27, которое укладывается во временных интервалах 31, равных временному фазовому2 лсдвигу ЛуГ -- -и;, -- г 1, гдв 1-1,2,3Цикл преобразования, равный периоду сигнала 25, каждый раз завершается в момент появления сигнала с нуль-органа 17, который одновременно дает разрешение на стирание в регистре 24 информации об угле, полученной в предыдущем цикле преобразования, Информация об измеряемом угле хранится в регистре 24 до момента разворота на последующий полный шаг штриховой дорожки с числом штрихов М.Из рассмотренного видно, что предлагаемое устройство обеспечивает позиционное преобразование информации об угле поворота в диапазоне 0-360. При этом информация выдается относительно единственного нулевого положения, которым является совпадение нуль-переходов сигналов 25 и 26 и которое принимается за начало отсчета. перед каждым фотоприемником 5 - 7 располагаются окна считывания индикаторного лимба 4, ширина которых равна или пропорциональному числу шагов штрихов соответствующих растровых дорожек, то в пределах каждого окна считывания обеспечивается постоянное пропускание растров, независящее от пространственного расположения штрихов растров по отношению к окну считывания, чем исключаются ошибки,5 10 15 20 25 30 обусловленные амплитудной модуляцией иискажениями формы выходного сигнала,Для исключения ошибок преобразования от амплитудной модуляции выходныхсигналов, вызываемых неравномерностьюраспределения чувствительности вдольобразующих границ кристалла фотоприемников, штрихи на растровых дорожкахкаждого лимба 2 и 3 выполнены наклонными под угломй =агсщ - ,61(6)Фгде Ь - высота окна считывания, расположенного в соответствующей зоне штрихов сшагом аьНа фиг.З показано пространственноеразмещение со сдвигом в 1/4 е окон считывания относительно расположенной передними растровой дорожки с шагом а, Приэтом рассматривается наиболее неблагоприятный случай, когда ширина окна считывания равна шагу штрихов, что реальноимеет место в зоне сопряжения растровыхдорожек с числом штрихов Й и (И+1), Изрисунка видно, что направление штрихов,проведенных под углом а, в соответствии ссоотношением (6), совпадает с диагональюокна считывания (фиг.З). При этом видно,что во всех четырех случаях, которые имеютместо при последовательном перемещениирастра относительно окна считывания,реализуется интегральная засветка поверхности фотоприемника в пределах окнасчитывания, при которой суммы проекцийзасвечиваемых участков на образующиестороны окна считывания во всех случаяходинаковы. При этом совершенно очевидно,что даже при наличии неравномерностираспределения чувствительности фотоприемника в направлении его образующих, сигналы с фотоприемника во всехчетырех случаях будут одинаковы, т.е, амплитудная модуляция сигнала будет отсутствовать.Для того, чтобы реализовать обтюрационное растровое сопряжение, при которомобеспечивается максимальная глубина модуляции, а следовательно, и максимальный модулированный сигнал, штриховаяструктура преобразователя выполняетсятаким образом, чтобы направление наклона штрихов на растровых дорожкаходного вращающегося лимба (например 2)являлось зеркальным отображением направления наклона штрихов на аналогичных растровых дорожках другогоподвижного растра (например 3).Ошибки от оптического взаимодействия каналов возникают из-за того, чтосветовые сигналы, промодулированныерастрами с числом штрихов й, (й+1) ий(й+1), поступают не только на фотоприемники своих каналов, но и частично на фотоприемники соседних с ним каналов.В этом случае реальные выходные сигналы имеют видОи =Азпй в 1+ЬА 23 п(й +1) в +ЬАз з 1 п(й(+ Чв 1:Р)ОчфФ =А 2 зп(И+1) в 1 МА зпй в +д АззФп(й(К+1)вХ; Г 8)Ом Гй + 1)=АззпЙГМ+ 1)в 1+д Оазп(К+ 1) в 1+д А зпй вс, (9)где А - амплитуда модулированного сигнала основного канала;Ь А, д А- амплитуды паразитных модулированных сигналов с соседних каналов.Из полученных выражений видно, чтореальные сигналы достаточно сильно искажены из-за присутствия в них паразитных(ЬА, дА) сигналов с других каналов, Исключение паразитных составляющих извыходных сигналов в преобразователе про. изводится тем, что в каждый канал дополнительно введены дифференциальныеусилители 14, 15 и 16, к инверсным входамкоторых попарно подключены нормирующие резисторы 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13,номинальные значения которых выбраны. из условия, чтобы выделяемые на нихсигналы были равны амплитудам соответствующих паразитных сигналовЬ А и Ь Аз, Ь А и д Аз, д А 2 и д АДля этого вторые выводы каждой парыуказанных резисторов подключаются к выходам соответствующих фотоприемников 7и 6,5 и 7,6 и 5,Но, поскольку эти сигналы суммируютсяс наведенными паразитными сигналами впротивофазе, то на выходе дифференциальных усилителей 14,15 и 16 паразитные составляющие ЬФч и д А 1 в сигналах(7),(8) и(9)полностью скомпенсированы. Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код, содержащий осветитель; оптически связанный через два подвижных лимба с тремя фотоприемниками, каждый из подвижных лимбов содержит по три растровых дорожки, с числом штрихов й, (й+1) и й(й+1) соответственно, три нуль- органа, выход первого нуль-органа соединен с управляющим входом регистра и с первым входом триггера, прямой выход35 выход второго фотоприемника соединен с первыми выводами третьего и четвертого нормирующих элементов и с прямым входом второго дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом 40 второго нуль-органа, выход третьего фотоприемника соединен с первыми выводами пятого и шестого нормирующих элементов и с прямым входом третьего дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом третьего нуль-органа, вторые выводы третьего и пятого нормирующих элементов соединены с инверсным входом первого дифференциального усилителя, вторые выводы первого и шестого нормиру ющих элементов соединены с инверснымвходом второго дифференциального усилителя, вторые выводы второго и четвертого нормирующих элементов соединены с инверсным входом третьего дифференциаль ного усилителя,которого соединен с первым входом первого элемента И,выход которого соединен с.тактовым входом счетчика, выходы которогосоединены с информационными входами5 регистра, выход второго нуль-органа соединены с вторым входом триггера, инверсный выход которого соединен с первымвходом второго элемента И, вход которогосоединен с установочным входом счетчика,10 выход третьего нуль-органа соединен с вторыми входами первого и второго элементовИ, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразователя, внего введены неподвижный индикаторный15 лимб, три дифференциальных усилителя ишесть нормирующих элементов, неподвижный лимб расположен перед фотоприемниками, в нем выполнены окна считывания,расположенные против фотоприемников и20 ширина их равна целому числу щагов соответствующих растровых дорожек, против которых они расположены,а штрихи на растровых "дорожках подвижных лимбов выполнены с наЬ,25клоном а = ЗГС 1 Я - , с возможностьюИ/образования обтюрационного растровогосопряжения, где Ь - высота окна считывания на неподвижном лимбе; а - шаграстровой дорожки, выход первого фо 30 топриемника соединен с первыми выводами первого и второго нормирующихэлементов и с г г ямым входом первого дифференциального у"илителя, выход которого соединен с входом первого нуль-органа,,Мю) чф( ЯифР) б 26 зК)М) Фиг Составитель Е.Бударинаактор М.Ликович Техред М.Моргентал Корректор М.Максимишине аказ 3014 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раущская наб., 4/5 Я 52 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1