Преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 181 А 1 504 НОЗМ 1/ етельство СССРС 9/06, 1980. Авторское с97065, кл. С ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Институт автоматики и электметрии СО АН СССР(56) Фотоэлектрические преобразователи информации./Под ред. Л, Преснухина. -М,: Машиностроение, 1974,с.333, рис. 169,(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ВКОД(57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано вциАровых устройствах контроля и преобразования угловых или линейных перемещений в код, Целью изобретенияявляется повышение разрешающей способности преобразователя. Для этогов преобразователь, содержащий излучатель, кодовый элемент, блок фотоприемников, блок сравнения и дешифратор, введены две оптические системы в виде цилиндрических реАлекторов, а кодовый элемент выполнен с исветомодулирующими дорожками, которые выполнены в виде дифракционныхрешеток со штрихами переменной ширины, ориентированными по направлению,перемещения кодового элемента. Приперемещении кодового элемента свет т источника излучения, в качеств которого может быть применен когерентный излучатель, проходит черезкодовый элемент и попадает на соответствующие фотоприемники блока.Сигналы с выхода блока фотоприемников поступают на вход блока сравнения, где они сравниваются с опорными сигналами, а затем дешиАрируютсяв дешиАраторе в двоичный позиционный код. Светомодулирующие дорожкикодового элемента выполнены либореАракционными, либо дифракционнымиПоследние являются более технологич ными. Такое выполнение дорожек позволяет сочетать в кодовом элементесвойства кодирования инАормации исканирования ее на входе блока Аотоприемников. Дорожки позволяют обеспечить как непосредственные связимежду дорожками и соответствующимиим фотоприемниками, так и перекрестные связи, При этом световому воздействию подвергаются те Аотоприемники, которые располагаются внутрикаустической кривой, сформированной принятым в преобразователе сочетанием дорожек кодового элемента. Впреобразователе кодовый элемент имет четыре дорожки, которые включаюдиАракционные решетки пяти типов,отличающиеся шириной штрихов. Придевяти фотоприемниках блока и четырех дорожках на выходе преобразователя Аормируется восемнадцатиразряный код, что свидетельствует об ув личении разрешающеи способности преобразователя, 1 з.п, А-лы, 3 ил.,3 табл.Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для преобразования линейных или угловых перемещений различных объектов в цифровой код, 5Цель изобретения - повышение разрешающей способности преобразователя,На Фиг,1 приведена структурнаясхема преобразователя; на Фиг,2 - 10схемы блока И фотоприемников, блока сравнения, дешифратора и их соединения в схеме преобразователя; наФиг3 - кодовый элемент,Преобразователь перемещения в кодсодержит источник 1 излучения, оптические системы 2 и 3, кодовый элемент 4 со светомодулирующими дорожками 5, блок 6 Фотоприемников, блок7 сравнения, дешифратор 8, блок 620фотоприемников содержит опорный фотоприемник 9 и информационные фотоприемники 10, блок 7 сравнения содержит усилители 11 и аналого-цифрогзвые преобразователи (АЦП) 12, дешифратор 8 содержит постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 13.Фотоприемники блока 6 расположенына линии, лежащей в плоскости, перпендикулярной направлению перемещенияэлемента 4, и каждый фотоприемник блока6 оптически сопряжен с источником 1 через оптические системы 2 и 3 и поменьшей мере одну дорожку 5, Каждаядорожка 5 через оптическую систему3 сопряжена по меньшей мере с двумяфотоприемниками блока 6 и состоит изгруппы светоотклоняющих элементов,которые могут быть выполнены либопреломляющими (рефракционными), либо40дифракционными, Их работа возможнакак на пропускание света, так и егоотражение, Технологически проще в изготовлении и точнее дифракционныеэлементы, обеспечивающие к тому жеболее резкое разграничение смежныхэлементов,Оптическая система 2 (или 3) вы - полнена в данном случае в виде цилиндрического рефлектора, а оптическая система 3 - в виде цилиндрической линзы. Она отличается относитель 55 При согласованных величинах мощности потока светового излучения и 50 чув ствительности АЦП 12 (фиг,2) усилители 11 в схеме преобразователя могут не использоваться,ной простотой и обеспечивает требуемую фокусировку света,Кодовый элемент 4 представляетсобой носитель шкалы, состоящий изгруппы ориентированных в направлении перемещения дорожек 5 (,Они разделены на участки,выполненные в виде фокусирующих дифракционных решеток 0,1,2, и т.д.типов, имеющих на рабочей длине волны 9 в плоскости, перпендикулярнойнаправлению перемещения, неперекрывающиеся между собой каустическиекривые (области фокусировки), Нафиг.3 представлен начальный участоккодового элемента 4, Он, в частности, состоит из четырех дорожекСз, , включающих фокусирующиедифракционные решетки пяти типов:0,1,2,3,4, На чертеже количествоштрихов решеток условно уменьшено.Соответствующее шкале символическое отображение типов дифракционныхрешеток пок:азано в табл,1.В плоскости, перпендикулярной направлению перемешения элемента 4, решетка каждого типа оптически соединена с отдельной простран ственной областью, в которой размещаются соответствующие фотоприемники блока 6,В табл.2 символически представлены сигналы, регистрируемые в оптически сопряженных с дорожками 5 областях Р , Р Р , Р , Р для случая, когда сигналы от разных дорожек5 имеют одинаковую интенсивностьединичного уровня. Индекс областисоответствует номеру соответствующего типа дифракционной решетки.Сигналы регистрируемые в областях Р, РР , Р, используются длякодирования положения элемента 4.Уровень сигнала в области Р дополняет до четырех сумму уровней сигналов в областях р, Ф Р Рз, Р 4 . Принеобходимости указанный сигнал можетбыть использован для повышения помехоустойчивости кодирования путем проверки постоянства суммы сигналов, регистрируемых во всех областях. Такойметод подобен использованию корректирующих кодов типа Хемминга.Очевидно, что дорожки 5 состоятиз нескольких типов информационныхучастков, следовательно, они несутбольше информации на том же участкешкалы по сравнению с известнымипреобразователями. Кроме того, ониобладают повышенной световой эффекрых равно ф + и)И и 3 1292 живностью, что позволяет обеспечить требуемые точности преобразования. Их дифракционная эффективность может достигать порядка 1002.Повышение разрешающей способности (или информационной емкости) возможно, если дифракционные решетки одного типа выполнить в виде группы решеток, дифракционная эффективность которых равна 1/ц, где и = 1,2,3 1 О- порядковый номер решетки в группе, 1 - дифракционная эффективность решетки с первым номером. Такое выполнение решеток ведет к увеличению числа кодовых комбинаций за 15 счет того, что световой сигнал от дорожек 5 является многоуровневым. Получение требуемой дифракционной эффективности решеток наиболее просто достигается подбором ширины четных 20 или нечетных штрихов дорожек 5.Для обеспечения заданной точности преобразователя и деления светового потока дорожками 5 последние выполняются распределенными по ширине всей шкалы (фиг,З), При этом каждая дорожка 5 делится на зоны шириной Ь/и 1, последовательно чередующиеся с шагом ь,1, где Ь - суммарная ширина всех зон (ширина шкалы кодового 30 элемента 4), и, 1 - соответственно число дорожек 5 на шкале и число зон, на которое разделена каждая дорожка 5. В табл,З в качестве примера показано условное отображение расп ределения дорожек 5 для трех зон. При большом числе зон в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения, шкала элемента 4 действует 40 как многофокусная дифракционная линза, имеющая в зависимости от кодовой комбинации от одного до М областей фокусировки света (здесь М равно количеству областей, оптически сопря женных с дорожками 5).Если одна из пространственных областей (например, Р ) не используется для формирования выходного кода, то соответствующие этой области дифракционные решетки могут быть заменены на пассивные участки, перекры - вающие световые потоки от источника 1. Для обеспечения оптической связи с пространственными областями Р, Р, соответствующие им фокусирующие дифракционные решетки должны иметь определенные пространственные распределения образующих их штрихов. 181 4 11 ри освещении решетки от источникаграницы штрихов должны располагаться таким образом, чтобы оптическая разность хода между лучом, распространяющимся по линии, соединяюшей между собой источник 1 и фотоприем - ник блока б, и лучом, проходящим через гранину 1-го штриха, составляла бы 0,5 И, где 1 с = 1,2, - индекс штриха,- длина световой волны источника 1.Преобразователь работает следующим образом.Свет от источника 1 проходит оптическую систему 2 и фокусируется на поверхности элемента 4 в узкую линию, ориентированную перпендикулярно направлению его перемещения. В плоскости, проходящей через эту линию и линию, по которой ориентированы фотоприемники блока б, элементы дорожек 5 отклоняют свет в направ - лении соответствующих фотоприемников. Последующая фокусировка света в направлении, перпендикулярном названной плоскости, осуществляется оптической системой 3. В зависимости от кодовой комбинации на элементе 4 происходит перераспределение светового потока между фотоприемниками блока б. Причем на кодовых дорожках 5 могут присутствовать элементы, отклоняющие свет за пределы блока 6. Помимо прямых оптических связей могут использоваться здесь и перекрестные связи, которые приводят к повышению разрешающей способности преобразователя. В частном случае при равномерной засветке дорожек 5, числе дорожек 5, равном и, числе фотоприемников блока 6, равном Х, и при условии, что каждая дорожка 5 имеет одинаковую ширину и состоит из М+ типов отклоняющих элементов, из которых обеспечивают оптическую связь с соответствующими фотоприемниками блока 6, на элементе 4 можно нанести Р различных комбинаций, число котоПройдя элемент 4, световые потоки поступают на фотоприемники 9 и 10 блока 6. При освещении опорного фо - топриемника 9 через него протекает- координат лучения в источника изанной плоскос ти;координат У; отоприем ка, оного ически соедин с дансветомодулки;рабочая д частк ующей ожл з а вол и чник учения; число,натуральное деляющее ин пр 20 с границыиха участрующей доФормул очередного штка светомодулрожки; з тени- координат границысительно-го штриха отн ла отсчета ачарастрихо одна опти на оптиче ходами бло излученияО другая блоком М единень выходы азовател о т л и ч а ми преобр и й с я щения раз1 рео то, с целью пов способности пр тем лича шающе сравнения со Маналоголей, информа олненные в виде ческие системы, в цилиндрических оп тических элементовторых перпендикуперемещения кодоляются продольные оси клярны направлению го усилит0 входами а мент вого эле де дифра ми пелем кцион енной ои ешетки со штрих ы, ориентирова вателеи, выхсоединены с шир и по соответству цифровых пр45 аналого-циф раницы штрихов, влению перемещени в плоскости, пер ового элемента,паралле кодовог ьные ле т являются вых Т Дорожка Тип д ракционной решетк 3 3 О 2 2 3 3 О 5 129ток Т , преобразуемый усилителем 11о фв опорное напряжение По пропорциональное освещенности фотоприемника9, Это напряжение используется длязадания режима работы АЦП 12, Сигналыс информационных фотоприемников 10блока 6 усиливаются усилителями 11и подаются на соответствующие входыАЦП 12. В зависимости от состоянияфотоприемников 10 на выходах соответствующих АЦП 12 устанавливаются четыре возможные комбинации :00, 0110 и 11. Дешифратор 8 преобразуеткод на выходах АЦП 12 в двоичный код,при этом он, как правило, долженстроиться с учетом числа разрешенныхкомбинаций, которых всегда меньшекомбинаций, формируемых на выходахблока 7,1. Преобразователь перемещения вкод, содержащий источник излучениякодовый элемент с п светомодчлирующими дорожками, против которых положен блок И фотоприемников, ды которого соединены с в ка сравнения, выходы которого входами дешифратора,орого являются выходразователя, в него введены две опти торыи выполнен в виправлению перемещения ко 2181 6пендикулярной направлению перемещения кодового элемента, определяются выражением 5 1(У У;1 +(х,.х,)0,5 1 с,ческая система расположенаской оси между источником и кодовым элементом, а 1 ежду кодовым элементом и фотоприемников,аэователь по и. 1, о ти й с я тем, что блок держит М усилителеи и цифровых преобразоватеционные входы усилителей дами блока, выход перво- соединен с опорными ого-цифровых преобразооды остальных усилителей информационными входами щих остальных аналогообразователей, выходы овых преобразователей одами блока.1292181 Таблица 2 О 1 О 2 О 1 О 3 О 1 2 1 1 1 1 О О О О О О О 1 1 3 3 3 О О О 2 2 2 О О О О О 3 2 О О О О О О 1 1 1 1 4 Таблица 3 Зона Дорож- ка Тип дифракционной решетки 3 3 3 О 2 2 2 О 3 О 1 О 2 2 2 2 2 О 3 3 1 1 1 1 1 О 4 4 4 4 3 3 3 О 2 2 2 О 3 3 3 3 3 О 2 2 2 О 3 О 11 с 1 О 2 2 2 2 1 1 1 1 1 О 2 О 4 4 3 3 4 4 3 3 3 О 2 2 2 О 3 3 3 3 3 О 2 2 2 О 3 О 1 О 2 2 2 2 2 О 3 3 1 1 1 1 1 О 4 4 4 4 3 3 3 О 2 2 2 О 3 3 111 Область Тип дифракционной решетки1292181 Я: КотовЕор ставителв И.Попович едактор С, Пекар ктор М х немчик 8 б/58 Тираж 902 ВНИИПИ Государственног по делам изобретении 113035, Москва, Ж, ак Годписноеомитета СССР и открытииауцская наб оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная