Устройство для считывания графической информации

(19 51) 4 С 06 К 11 00 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ етельст11/00 ельство Р 3/16,Ю ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(56) Авторское свид во СССР В 488231, кл. С 06 , 1969.Авторское свидет СССР Ф 551637, кл. С 06(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к облас- ти автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для считывания графической информации, Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия, Устройство содержит электроакустическиепреобразователи, линейные координатные микрофоны, времяимпульсные преобразователи, блок управления, регистр числа блокировок, счетчикикоординат, регистр эталонного расстояния, генератор тактовых импульсов, накапливающий сумматор.Каждый из времяимпульсных преобразователей содержит триггер, элемент Иэлемент ИЛИ, элемент И, микрофонныйусилитель-формирователь, Устройствообеспечивает высокую точность измерения координат в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды. 1 ил.1 12Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике иможет быть использовано для полуавтоматического считывания координатточек.Известны акустические устройства для считывания графической инФормации, содержащие электроакус-.тические преобразователи, блок сравнения, приемники акустических колебаний, времяимпульсные преобразователи, счетчики координат, генератор тактовых импульсов, блок пос.тоянной памяти, дешифратор, блок вычитания кодов, сумматор и преобразователь код-напряжение,Однако известное устройство имеет больной аппаратурный состав, основной объем которого составляютариФметические блоки, и низкоебыстродействие, вследствие осуществления нескольких циклов коррекцииперед каждым измерением,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для считыванияграфической информации, содержащее электраякустические преобразователи, акустически связанные с линейными координатными микроФонами, подключенными к первым входам время- импульсных преобразователей, выходы которых соединены со счетными входями счетчиков координат, управляющиевходы которых подключены к первомуи второму выходу блока управления,третий и четвертый выход которогасоединены с вторыми входами времяимпульсцых преобразователей, третьии четвертые входы которых и входыэлектраакустических преобразователейподключены соответственно к пятому ишестому выходам блока управления, генератор тактовых импульсов, соединенный с пятыми входами времяимпульсцых преобразователей,Недостатком данного устройстваявляется та, чта оно не обеспечивает высокую точность в широком диапазоне изменений параметров звукопроводящей среды, вледствие использования для коррекции измерения толькОцелой части коэффициента коррекции,что привалит к накопленной ошибке, и низкое быстродействие,Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия устройства,Поставленная цель достигается тем,чта устройства для считывания гряЬи 08570 координат, регистр 11 эталонного расстояния, генератор 12 тактовых импульсов, накапливающий сумматор 13.Каждый из времяимпульсных преобразователей содержит триггер 14, элемент И 15, элемент ИЛИ 16, элемент И 17, микрофонный усилитель- Формирователь 18.вБлок управления имеет выходы 19- 24, и входы 25 и 26. 25 30 Элек.роакустические преобразователи 1 и 2 предназначены для излучения коротких ультразвуковых импульсов, Координатные микрофоны 3 и 4 преобразуют принятые ультразвуковые импульсы в электрические сигналы, Бремяимпульсные преобразователи 5 и 6 вместе со счетчиками 9 и 10 предназначены для преобразования времени прохож 35 40 дения ультразвуковой волны в кодкоординаты, Блок 7 управления служит для синхронизации работы всего устройства45Регистр 8 числа блокировок вцикле измерения предназначен дляхранения избыточного числа импульсов, Счетчик 9 координаты Х вцикле коррекции используется для 50 вычисления избыточного числа импульсов, а в цикле измерения координат осуществляет счет откорректированной последовательности тактовых импульсов во времяимпульсномпреобразователе координаты Х, Регистр 11 эталонного расстояния вцикле измерения служит для хранения величины эталонного расстояния 55 ческой информации содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входы которых подключены к седьмому выходу блока управления, установочные входы - к разрядным выходам счетчиков координат, а выходы - соответственно к суммирующим и вычитающим входам накапливающего сумматора, тактирующий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход - с шестыми входами времяимпульсных преобразователей.На чертеже изображено предлагаемое устройство.Устройство содержит электроакустические преобразователи 1 и 2,.линейные координатные микрофоны 3 и 4, времяимпульсные преобразователи 5 и 6, блок 7 управления, регистр 8 числа блокировок, счетчики 9 и 10при данных параметрах среды, Генератор 12 тактовых импульсов формирует тактовые импульсы для измерения расстояния,Триггер 14 предназначен для формирования прямоугольного импульса длительностью, равной времени прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов. Триггер 14 устанавливается в единичное состояние от сигнала любого из электроакустических преобразователей, что позволяет использовать блоки преобразования координат как в цикле коррекции, так и в цикле измерения.1Логический элемент И 15 предназначен для пропускания тактовыхимпульсов в координатные счетчикиво время прохождения звука от электроакустического преобразователя домикрофонов,Логический элемент ИЛИ 16 предназначен дпя использования счетчика 10для измерения координаты У в цикле измерения эталонного расстоянияв цикле коррекции.Логический элемент И 17 с одним инверсным входом запрещает прохождение избыточных импульсов изпоследовательности тактовых импульсов, поступающих в счетчики 10 и 9в цикле измерения,Электроакустический преобразователь 1 связан с выходом 23 блока 7управления и единичными входамитриггеров 14 времяимпульсных преобразователей 5 и 6, Координатныемикрофоны 3 и 4 подключены к соответствующим блокам 5 и б,каждый изкоторых содержит последовательновключенные усилители-формирователи 18, триггеры 14, логические элементы 15 И, ИЛИ 16, И 17 с одним инверсным входом и координатные счетчики У 10 и Х 9. Электроакустический преобразователь 2 подключен квыходу 22 блока 7 управления и единичным входам триггеров 14 блоков 5и 6, Блок 7 управления входом 26связан с кнопкой "Пуск" (не показана), размещенной на электроакустическом преобразователе 1, а выходами 24 и 25 - с элементом И 17 блоков 5 и 6. Регистр 8 числа блокировок входами соединен с разрядными выходами координатного счетчика Х 9, управляющим входом - с выхо 55 Измерение координат произвольнойточки разбивается на два цикла;1, Измерение Хи одновременное вычисление ьХ 5 О 15 20 25 30 35 40 45 50 дом 19 блока 7 управления, а выходами - с вычитающим входом накапливающего сумматора 13, Регистр 11эталонного расстояния входами соединен с разрядными выходами счетчика 1 10, управляющим входом - с выходом 19 блока 7 управления, а выходами - с суммирующим входом накапливающего сумматора 13. Накапливающий сумматор 13 выходомзнаковогоразряда соединен со входами времяимрульсных преобразователей, а тактирующим входом - с выходом генератора 12 тактовых импульсов, Генератор 12 тактовых импульсов связан с элементами И 15 блоков 5 и 6.Принцип работы устройства основанна измерении времени прохожденияфронта ультразвуковой волны от электроакустического преобразователя домикрофона. При изменении параметровокружающей среды изменяется скорость распространения звуковойволны, Для расчета корректур измеренной координаты используют эталонный канал, состоящий из неподвижно укрепленного электроакустического преобразователя 2 и микрофона Х. За время прохождения звуковой волной расстояния от эталонного источника до микрофона ЗХ насчетный вход счетчика Х 9 от генера.тора 12 тактовых импульсов постуопает Х о импульсов, Частота генеразтора выбрана так, что Х ) Х вовсем диапазоне изменении параметров среды, в котором предполагаетося использовать устройство. Х-истинная координата эталонного источника). Если иэ последовательносоти Х ф исключить ьХ -(Х ф -Х ) имэ э э Эпульсов, то получают истинную координату эталонного источника,При измерении координаты произвольной точки необходимо исключитьоиз Х.о количество импульсовх,Х, = 6 Х где Х, - количество19котороепоступает на вход счетчика 9 Х от тактового генератора 12за время прохождения фронтом звуковой волны расстояния от электроакустического преобразователя 1 домикрофона ЗХ.208570 ЬР 09 то наоборот, Если а = О, тоошибки нет, В начальный момента .= О, Ь = 0 и, следовательно,Р=О.1Устройство следит эа знаком Р,ко 5 торый содержится в знаковом разряде сумматора 13. Знаковый разрядсумматора 13 содепжит единицу 9 приРО и.ноль при Р 0. В начальныймомент н сумматоре 13 содержится О.Рассмотрим как изменяется Р на1-ом импульсеР=ах -Ьдх 3 12 Измерение координат Х, УУстройство работает следующимобразом,Для измерения координат электроакустический преобразователь 1 сонмещают с требуемой точкой, По команде из блока 7 в счетчик 9 координаты Х записывает число, являющееся дополнением эталонного расстоя (ния до величины 2 , т.е. число2 "-Х , Затем производят возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 2, Синхронно с запуском ультразвука блок 7управления разрешает поступление им Бпульсов н счетчик 9 координаты Хи счетчик 10 координаты У, В момент, когда фронт звуковой волныдостигает микрофона 3, времяимпульсные преобразователи прекращают поступление импульсов в счетчики 9и 10. В счетчик 10 записывается Ха в счетчике 9 - (2" -Х )+Х :2+э+Хэ, Следовательно, в младших разрядах счетчика 9 записывается йХэ 9а в (и+1) разряде - единица. Затемпо команде из блока 7 содержимоесчетчика 10 записывается н регистр 11а содержимое с 6 етчика 9 - н регистр 8,На этом первый цикл заканчивается,оР;,=(а+1) Х -Ь 2, Неблокируемьн Ь = Ь +1 и асчет Р, = а Х -(Ь +1)ЬХ =Р; -ЬХэ,Сумматор 13 работает следующимобразом.Если н результате вычислений напредыдущем шаге Р 0, то выполняется вычитание Р-Х , те, иэ содержимого сумматора 13 вычитаетсясодержимое регистра 8. Если Р(09то выполняется сложение Р+Хэ 9 т,е,содержимое сумматора 13 суммируетсяс соцержимым регистра 11. Так какв начальный момент в сумматоре 13 40Р = О и с каждым тактом устройствостремится уменьшить ошибку, то входе вьппеописанного функционирования в сумматоре 13 ошибка измеренияне превьппает одного импульса. Заме 9тим что отсюда следует что раз 9рядность сумматора 13 не превьппаетразрядности регистра 11.Использование накапливающего сумматора 13 с регистрами на входе выгодно отличает предлагаемое устройство от устройства-прототипа таккак устраняет накапливаемую ошибку,получаемую н устройстве-прототипе,вследствие использования для коррекции измерения только целой час ти коэффициента коррекции, Оценимэту ошибку. В проттипе коэФфициентфкоррекции К =епГ,( в 9 в ), так какпХз то Цикл измерения координат начинается с того, что по команде блока 7 управления производят возбуждение ультразвука в электроакустическом преобразователе 1, Синхронно с во:буждением начинается счет импульсов счетчиками 9 н 10, Для пояснения принципа коррекции введем следующие обозначения:а - количество заблокиронанныхимпульсов к 1-му такту,Ь, - количество импульсов, сосчитанных счетчиком координат к этому такту.Если ошибка измерения равна О,ЬХ0а ьХотсюда ьХ Ь = Х . аилиоээа Х -Ь Х = О, Обозначим Р э 1 э= а Х ф -Ь,ьХ . Это оценочная функция коррекции, которая хранится в сумматоре 13 и ее знак совпадает со знаком ошибки измерения. Если Р 09 то иэ последовательности тактовьгх импульсов исключено недостаточное число импульсон. Если Рассмотрим два случая.1. Блокировка, т,е. из последовательности выбрасывается один им- пульс Ь =Ь и а =а + (+(Тогда1208570 5 О 20 7деление там производится на счетчиках. При измерении координаты произовольской точки Х, из нее исключаетХфся -г- импульсов. При измеренииФ о координаты произвольной очки Х.Хф из нее будет исключено - - импульКо сов,поэтому ошибка при измерении координаты произвольной точки Х, будет равна Х Х Х," .(К-К )К К К Куогде К = -д. Иэ (1) видно что маках,Ф 5симальная ошибка при измерении .коорфодинаты Х Ов.устройстве-прототипе проХ,порциональна --- , - - (2),К (К+1)Расширение рабочего диапазонапредлагаемого устройства, связанноес изменением параметров звукопроводящей среды, приводит к расширениюинтервала измерения коэффициента коррекции, Из (2) видно, что на величину возможной ошибки наибольшее влияние оказывает минимальное значениекоэффициента коррекции, котороеуменьшается с ростом температуры идругих факторов, приводящих к росту З 0скорости звука,Оценим величину ошибки измерениякоординат в устройстве-прототипе приизменении температуры воздуха впределах 20+10 С на планшете 1000х 1000 мм. Скорость звука при =10 Сюравна ч,= 337,8 10 мм/сек, а при= 30 С - ч = 349,610 мм/сек.Время прохождения звука от электроакустического преобразователя до микрофонов соответственно равны:Т = - = 2960 10 с,Хэ -61 ч,Т =- = 286710 с45ч, ХзКоэффициент коррекции К =епй( в )=ЬХ31.Используя (2), оценим максимальную ошибку измерения50 0 т - О 001 ХК (К+1)Ошибка составляет О,% измеряемого расстояния что вполне удовлетво 55 рительно,8Если температура воздуха изменяетося в пределах 1050 С, то расчеты для устройства с таким ее рабочим планшетом показывают, что максимальная ошибка увеличивается до 2,8% измеряемого расстояния.В предлагаемом устройстве ошибка измерения сведена к теоретическому минимуму цифровых устройств - величине дискретности, соответствующей одному импульсу, Кроме того, в предлагаемом устройстве цикл вычисления номера блокируемого импульса совмещен с циклом измерения координат, что приводит к увеличению быстродействия устройства (по сравнению с прототипом) на 33%. Формула изобретения Устройство для считывания графической информации, содержащее электроакустические преобразователи,акустически связанные с линейнымикоординатными микрофонами, подключенными к первым входам времяимпульсныхпреобразователей, выходы которых соединены со счетными входами счетчиковкоординат, управляющие входы которых подключены к первому и второмувыходам блока управления, третийи четвертый выходы которого соединены с вторыми входами времяимпульсных4преобразователей, третьи и четвертыевходы которых и входы электроакустических преобразователей подключенысоответственно к пятому и шестомувыходам блока управления, генератортактовых импульсов, соединенный спятыми входами йремяимпульсных преобразователей, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияточности и быстродействия устройства, оно содержит накапливающий сумматор и регистры, управляющие входыкоторых подключены к седьмому выходу блока управления, установочныевходы - к разрядным выходам счетчиковкоординат, а выходы - соответственнок суммирующим и вычитающим входамнакапливающего сумматора, тактирующий вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, а выход -с шестыми входами времяимпульсныхпреобразователей,1208570 ктная, ч Составитель Т.НичипоровРедактор Л,Ревин Техред М.Пароцай Заказ 290/59 Тираж ВНИИПИ Госуд по делам 113035, Москва, 673рственного комитета ССзобретений и открытийЖ, Раушская наб д лиал ПЛП "Патент", г Ужгород, ул орректор Е,Сирохмодписное