Преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 3 М 1/ 150 НИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт электроники АН БССР (72) В.А.Пилипович, А.К.Есман, В.С.Поседько и А,В.Кулик (53) 681.325(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР В 1035419, кл, С 01 В 21/00, 1983.Авторское свидетельство СССР Р 1197076, кл. Н 03 М 1/24, 1984. (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД(57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и предназначено для использования в преобразователях линейиых и угловых перемещений в код.Целью изобретения является упрощение, повышение функциональной надежности и расширение областей применения преобразователя. Для этого в преобразователь, содержащий блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 фотоприемников, блок 4 управления, генератор 6, компараторы 7, 8, элементы И 11-13 и блок 14 129551 А 1 счетчиков, введены блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, блок 15 индикации, а растр 2 выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных участков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направлению их чередования. Свет от блока 1 осветителей через растр 2 поступает на линейку 3 фотоприемников. В исходном состоянии темный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3Оставшаяся часть образует комбинационные. полосы. С блока 4 управления импульсы опроса поступают на вход линейки 3, и на выходе одновременно с импульсами опроса второй фазы появляются сигналы. В момент прихода стробирующего сигнала с блока 4 устройством 5 осуществляется фиксация мгновенного значения сигнала линейки 3 и хранения его дои прихода следующего стробирующего сигнала, Выделенная таким образом огибающая значений выходных сигналов линейки 3 одной муаровой полосы пос12955тупает на вход компараторов 7, 8, Компаратор 7 выдает сигнал формирователю 9, который открывает элемент И 11 для прохождения импульсов с генератора 6 в блок 14 счетчиков, Число этих импульсов соответствует одному периоду муаровой полосы, При угловом смещении растра 2 период его определяется величиной угла смещения, Ширина светлой полосы муара измеря- ется числом импульсов, формируемых элементов И 12 по сигналам с компаратора 7 и элемента И 11. Эти импуль 17сы поступают на вход блока 14 счетчиков и формируют код, пропорциональный угловому перемещению растра 2.Перемещение растра 2 вдоль второйоси осуществляется по сигналу с выхода компаратора 8. При этомпо команде триггера 10 элемент И 13 открывается, и элемент И 13 пропускаетимпульсы с. генератора 6, Таким образом в блок 14 счетчиков заноситсячисло, пропорциональноеперемещениюрастра 2 вдоль второй оси. 1 з.п,ф-лы, 4 ил.1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для цифрового измерения линейных и угловых перемещений.Цель изобретения " повышение функционапьной надежности и расширение области применения преобразователя путем возможности измерения трехкоординатного перемещения.На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя,на фиг.2 - структурная схема блока управления, на фиг. 3 - растр, общий вид и вид оптических муаровых полос, образуемых его рабочими участками и периодической структурой линейки фотоприемников, на Фиг. 4 " временные диаграммы работы преобразователя.Преобразователь содержит блок 1 осветителей, растр 2, линейку 3 Фогоприемников, блок 4 управления, устройство 5 выборки и хранения, генератор 6, компараторы 7 и 8, Формирователь 9 импульсов, триггер 10, элементы И 11-13, блок 14 счетчиков, блок 15 индикации. Блок 4 управления содержит формирователь 16 импульсов, триггер 17,счетчик 18, генератор 19, элемент И 20, селектор 21 импульсов, шину 22 питания. На временных диаг раммах представлены сигналы 23-30 в различных точках преобразователя.В конкретном исполнении блок 1 осветителей представляет собой лампу накаливания с нитеобразным телом свечения, расположенным перпендикулярно оптической оси преобразователя и направлению расположения Фотоприемников в линейке 3, растр 2 - периодическую последовательность непрозрачных участков клиновидной Фор мы (Фиг. 3), выполненных на стеклеметодами Фотолитографии, причем период Т растра равен;Т=КРце Р - период расположения фотоприемников в линейке 3;а - заданное значение дискретности муаровой полосы,К - натуральное число.Линейка 3 фотоприемников представляет собой фотоприемную линейку наприборах с зарядовой связью с периодом Р и количеством 10 элементов20 (К 1200 ЦЛ 1), устройство 5 выборки ихранения выполнено на базе микросхемК 544 УД 2 Б, генератор 6 представляетсобой высокочастотный генератор на25базе микросхемы К 155 ЛАЗ компарато 9ры 7 и 8 - на микросхемах К 521 САЗА,Формирователь 9 выполнен на микросхемах К 155 ТИ 2 на базе стандартнойсхемы, триггер 10 - на микросхемеК 155 ТИ 2, элементы И 11-13 - на мик 3 О росхеме К 155 ЛИ 1, блок 14 счетчиковвыполнен на базе микросхем К 155 ИЕ 7с объединенными установочными входами, являющимися установочным входомблока 14, блок 15 индикации выполнен35 на базе дешифраторов К 514 ИД 2 и светодиодных матриц АЛС 324.Преобразователь перемещения в кодработает следующим образдм.Свет от блока 1 осветителей поступает через растр 2 на линейку 3 фотоприемников. В исходном состояниитемный край растра 2 перекрывает часть первых элементов линейки 3 Фотоприемников. Оставшаяся часть линейки 3 фотоприемников вместе с ра" бочим сечением растра 2 образует К комбинационных оптических полос с периодом Т, равным:КРТ созйКР - Т где Т - период растра 2;15Р - период линейки 3 Фотоприемни 1 ов;д - угол, образованный плоскостями растра 2 и линейки 3 фотоприемников.20Сигналом с установочного выходаблока 4 управления устанавливаются висходное состояние формирователь 9,, триггер 10 и блок 14 счетчиков. Приэтом блок 4 управления работает следующим образом.При включении питания Формирователь 16 (фиг. 2) формирует импульсначальной установки, который поступает на триггер 17 и счетчик 18 и усОтанавливает их в исходное состояние.В исходном состоянии триггер 17 запускает трехфазный генератор 19, который преобразует тактовые импульсы,поступающие на его вход, в последовательность перекрывающихся импульсов,предназначенных для опроса фотоприем,ников линейки 3. После опроса определенного числа фотоприемников счетчик 18 перебрасывает триггер 17, который в Свою очередь останавливаеттрехфазный генератор 19.На выходе элемента И 20 появляются импульсы синхронно с появлениемимпульсов опроса на втором выходетрехфазного генератора 19. КаждыйК-й импульс, поступающий с выходаэлемента И 20 на вход селектора 21,выделяется последним и поступает навыход блока 4 управления, которымявляется выход селектора 21,Импульсы опроса блока 4 управления поступают на соответствующиевходы линейки 3 фотоприемников, Сиг/налы на выходе линейки 3 фотоприемников появляются синхронно с импульсами опроса второй фазы и поступаютна вход устройства 5 выборки и хранения. В момент прихода стробирующего импульса на соответствующий входустройства 5 выборки и хранения осуществляется фиксация мгновенногозначения сигналов линейки 3 фотоприемников и хранения его вплоть доприхода следующего стробирующего им-.пульса. Таким образом, устройство 5выборки и хранения выделяет огибающую 24 (фиг, 4) значений выходныхсигналов линейки 3 фотоприемников,соответствующих одной муаровой полосе, которая поступает на входы компараторов 7 и 8,Компаратор 7 фиксирует моментыпревышения этой огибающей порогового напряжения Ь , . Сигнал 24(фиг. 4) с выхода компаратора 7 поступает на вход формирователя 9, который по первому заднему фронту закрывает его, формируя сигнал 25. Такимобразом, на выход элемента И 11 свыхода генератора 6 проходит и импульсов 26 (фиг4) в течение одно-го периода Т муаровой полосы, которые регистрируются блоком 14 счетчиков.При наличии угловых смещений растра 2 изменяется его проекция на плоскость линейки 3 фотоприемников, период Т чередования темных и светлыхФполос в которой равен Т = Тсоью.При этом величина угла , на который смещается растр 2 относительноплоскости линейки 3 Фотоприемников,определяется как где Ы- отношение частотимпульсов генератора 6 и импульсов опроса блока 4 управления.Одновременно с измерением периода Т муаровой полосы происходит изме-.рение ширины светлой муаровой поло" сы, Компаратор 7, выходной сигнал которого поступает на вход элемента И 12, открывает его только при опросе фотоприемников, выходные сигналы которых соответствуют светлым муаровым полосам (по превьппению выходного сигнала фотоприемника опорного напряжения Б ).На вход элемента И 12 поступает с выхода элемента И 11 и тактовых импульсов с генератора 6, соответствующих одному периоду муаровой полосы. Таким образом, с выхода элемен- та И 12 в блок 14 счетчиков проис 12955ходит только т импульсов 7 (Фиг, 4),соответствующих светлой муаровойполосе,При изменении ширины светлой полосы рабочего участка растра 2 с Адо величины Т (Фиг, 3), т,е. присдвиге растра 2 в направлении оси Уна расстояние Ь = (Т - А)сц, гдеугол наклона противоположных сторонполос растра 2, ширина светлой муаравой полосы изменяется с 0 до Т(при У близком амплитудному значению выходных сигналов Фотоприемников), Отсюда легко показать, что вычисление перемещения вдоль координаты У можно производить по Формуле"К = - (Т - А)дрНВ исходном состоянии на выходе20 компаратора 8 находится низкий потенциал, запрещаюпдй прохождение импульсов с генератора 6 через элемент И 13 на вход счетчика 1 ч. Разрешение на прохождение импульсов элементом И 13 компаратор 8 устанавливает только при опросе первого освещенного Фотоприемника линейки 3 сигналом 28 (фиг. 4) . При этом триггер 10 дает разрешение на прохождение импульсов элементу И 13 в исходном состоянии и снимает его по первому заднему Фронту сигнала 29 (фиг, 4), поступающего на его вход с выхода компараторг 7. Таким образом, на вход 35 блока 14 счетчиков проходит лишь тактовых импульсов 30 с генератора б, начиная с момента опроса первого освещенного фотоприемника линейки 3 и до опроса фотоприемников с границы раздела светлой и темной муаровых полос.Так как при перемещении по Х растра 2 на расстояние, равное его пеРиоду Т, фаза муаровой картины повторяется, то очевидно, что перемещение растра 2 в этом направлении в пределах одного расстояния Т можно ,однозначно вычислять из выраженияТ.50Х = -иИзмерение перемещения растра 2 на расстояние, большее величины Т (внаправлении Х), можно производитьпо регистрации количества фотоприемников, закрытых темным краем растра 2,Кодь,1, ш, и, лежащие в основе вы,числения состветствующих перемеще 176ний, заносятся из блока 14 счетчиковв блок 15 индикации.Таким образом, линейные перемещения вдоль обеих координат фиксируются не по абсолютным величинам, а поотносительным. Для определения перемещения вдоль координаты Х вычисляется отношение расстояния от оси углового вращения растра до первойграницы раздела светлой и темной муяровых полос к периоду Т муаровойполосы, Для определения перемещениявдоль координаты У вычисляется коэфФициент заполнения муаровой полосы,т.е. тоже относительная величина. Изменение периода Т муаровой полосыне влияет на вычисляемые отношения,что указывае на независимость измерения линейных и угловых перемещений. Более того измерения линейныхперемещений вдоль координат, Х и Уявляются также независимыми,Изменение рабочего сечения растра(фиг. 3), вызванное его линейнымперемещением вдоль координаты У, ведет к смещению только одной границыраздела темной и светлой муаровых полос (фиг. Зб), Вторая граница раздела остается в этом случае неподвижной, она используется для определения линейного перемещения вдоль координаты Х,Кроме того, использование относительных величин для вычисления перемещений, а также использование периода муаровой полосы вместо ее ширины позволяет избежать влияния наработу преобразователя различных дестабилизирующих Факторов, связанныхс изменением амплитуды выходных сигналов фотоприемников (т.е колебания интенсивности источника света,температурные колебания и т,д,), чтоповышает помехозащищенность устрой-ства. Позволяя производить одновременно и независимо измерения угловыхи линейных перемещений по двум коор"динатам, преобразователь дает возможность заменить несколько однокоординатных преобразователей однимтрехкоординатным. Более того, на работу преобразователя перемещения вкод не оказывают влияние дестабилизирующие факторы, такие как вибрации,температурные колебания и др,Формула изобретения 1. Преобразователь перемещения вкод, содержащий генератор, выход ко 129.5517торого соединен с входом блока уп- . равления, выходы опроса которого соединены с соответствующими входами линейки фотоприемников, блок осветителей, оптически соединенный через растр с линейкой фотоприемников, первый и второй компараторы, первые входы которых объединены, а вторые входы соединены с выходами соответствующих источников опорных напряже ний, выход первого компаратора соединен с первым входом триггера, первый выход блока управления соединен с вторым входом триггера и первым входом блока счетчиков, выход второ го компаратора соединен с первым вхо дом первого элемента И, второйи третий элементы И, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повынения функциональной надежности и 20 расширения области применения преобразователя путем возможности измерения трехкоординатного перемещения, в него введены устройство выборки и хранения, формирователь импульсов и 25 блок индикации, а растр выполнен в виде периодической последовательности непрозрачных участков, одна сторона которых перпендикулярна, а другая расположена под углом к направ лению их чередования, период Т чередования равен Т = КР - ь, где Р - расстояние между центрами смежных фотоприемников линейки фотоприемников, 4- заданное значение дискретнойЗ 5 муаровой полосы; К - натуральное число, при этом наименьшее расстояние А между соседними непрозрачными участками не меньше линейного размера фотоприемника линейки фотоприемников, 40 а ось вращения растра расположена на расстоянии А от начала периодической последовательности непрозрачных участков, выход линейки фотоприемни ков соединен с первым входом устрой ства выборки и хранения, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход соединен с первым входом первого компаратора, выход которого соединен с первым входом Формирователя импульсов, второй вход которого соединен с йервым выходом блока управления, а выход соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с вторым входом блока счетчиков, выход генератора соединен с вторым входом второго элемента И и с вторым входом первого элемента И, третий вход которого подключен к выходу триггера, а выход соединен с третьим входом блока счетчиков, второй вход третьего элемента И соединен с выходом первого компаратора, а выход соединен с четвертым входом блока счетчиков, выходы которого соединены с входами блока индикации.2. Преобразователь поп, 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит формирователь импульсов, счетчик, триггер, генератор, элемент И и селектор импульсов, вход формирователя импульсов соединен с шиной питания, а выход соединен с первыми входами счетчика и триггера и является первым выходом блока управления, выход счетчика соединен с вторым входом триггера, выход которого соединен с первым входом генератора, второй вход которого является входом блока управления, а выходы генератора являются выходами опроса блока управления, первый выход генератора соединен с первым входом элемента И, второй выход - с вторым входом счетчика, а третий выход - с вторым входом элемента И, выход которого соединен с входом селектора импульсов, выход которого ,является вторым выходом блока управления.( гз 28 Фи Составитель Ю,КотТехред В, Кадар ектор М,Пож актор Н.Тупи Тираж 902 Подпис н ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4