Устройство для измерения линейных и угловых перемещений

(51)4 С 01 ВПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ельство СССР 7/00, 1982. СТРОЙСТВО ДЛЯ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕ(54) У НЫХ И (57) И тельн являе ния. Э ЗИЕРЕНИЯ ЛИНЕЕНИЙсится к измерю изобретения бретение отн технике. Цел я повышение т чности измер путем учета достига ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидВ 119095, кл. С 01 дискрета перемещения, соответствующего положению объекта в момент начала измерений и по их окончанию. При перемещении объекта 35 датчики 1, 2 и 3 считывают последовательности меток, порядок считывания которых определяется направлением перемещения. Если сигнал Х поступает сна 1чала с первого датчика 1, затем с второго 2 (Х ) или сначала с второго 2 (Х ), а потом с третьего 3 (Х)ил сначала с третьего 3 (Х), затем с первого 1 (Х,), то объект 35 перемещается в одном направлении. Если сиг1462091 налы поступают в обратной последовательности, то объект 35 перемещаетсяв противоположном направлении. Логические Функции Р, =Х Х ЧХ Х ЧХ Х, иР = ХХ ЧХ. Х ЧХ Х, описывают все возможнЫе варианты следования сигналовдатчиков при перемещении объекта 35в каждом из направлений. На выходепервого элемента ИЛИ 26 реализуетсялогическая функция Р , на выходе второго элемента ИЛИ 27 - логическаяфункция Р . Реверсивный счетчик 34осуществляет алгебраическое суммирование сигналов, поступающих с выходаблока 4 анализа последовательности Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в контрольно-измерительной аппаратуре.Цель изобретения - повышение,точности измерения путем учета дискрета перемещения, соответствующего положению объекта в момент начала измерений и по их окончанью. 10На Фиг. 1 приведено расположение меток и датчиков на объекте измерения; на фиг, 2 - функциональная схема устройства.Устройство содержит датчики 1, 2 и 15 3, которые считывают метки, нанесенные на поверхность объекта измерения, ,блок 4 анализа последовательности сигЙловвключающий семь триггеров 5-11, четырнадцать элементов И 12-25, во семь элементов ИЛИ 26-33, реверсивный счетчик 34. На объекте 35 измерения расположены три,последовательности меток 36, 37 и 38, сопряженных с датчиками 1, 2 и 3, выполненные со сме щением на единицу дискрета перемещения Ь. Датчики 1, 2 и 3 расположены в одиой плоскости перпендикулярно оси перемещения объекта 35. Блок 4 анализа последовательности сигналов содер жит также линию 39 задержки.Устройство работает следующим образом.Перед началом измерения устройство приводится в исходное состояние, для чего подается импульсный сигнал сигналов и соответствующих элементамлогических функций Ри Р , За началоотсчета перемещения принимается дискрет перемещения, которому соответствует положение объекта в момент начала измерений. Поэтому в случае, когдапосле первого последовательного срабатывания двух датчиков объект 35будет находиться от начального поло"жения на расстоянии, большем одногодискрета перемещения, в устройствеформируется дополнительный сигнал,который также заносится в реверсивныйсчетчик 34,что соответствует реальному положению объекта, 2 ил. на третьи входы третьего, четвертого,пятого элементов ИЛИ 28, 29 и 30, нулевыевходы пятого 9 и шестого 10триггеров, первый вход десятого элемента ИЛИ 21 и на обнуляющий вход реверсивного счетчика 34. При этом еслина прямом выходе седьмого триггера 11был единичный сигнал, то при подачесигнала начальной установки на выходедесятого элемента И 21 появится сигнал, который, пройдя через восьмойэлемент ИЛИ 33, поступит на счетныйвход седьмого триггера 11, которыйсработает, что вызовет появлениеединичного сигнала на его инверсномвыходе.При перемещении объекта 35 датчики 1, 2 и 3 считывают последовательности меток 36, 37.и 38. Порядок счи"тывания последовательностей меток определяется направлением перемещения,Сигналы с датчиков 1, 2 и 3 поступают в блок 4 анализа последовательности сигналов в порядке, обусловлен"ном взаимным расположением последовательностей меток 36, 37 и 38 на объекте 35 и датчиков 1,2 и 3,Направление движения объекта 35определяется в блоке 4 анализа последовательности сигналов путем анализапорядка следования двух сигналов,последовательно поступающих с датчиков в блокТак, например, если сигнал (Х)поступает сначала с первого датчика5 14620 щения), что соответствует реальному положению объекта.Если после первого последовательного срабатывания двух датчиков5 объект будет находиться от начального положения на расстоянии, меньшем одного дискрета перемещения (чему соответствует четное срабатывание седьмого триггера 11); то в реверсив ный счетчик 34 будет занесена единица.В результате последовательного срабатывания двух датчиков в зависимости от направления движения на выходе одного из двух открытых элементов И, входящих в состав первых шести элементов И 12-1 появится сигнал, который пройдет через элемент ИЛИ 26 или 27 на один из входов четвертого триггера 8 и один из первых двух входов шестого элемента ИЛИ 31. При этом с первого выхода четвертого триггера 8 на управляющий вход реверсивного счетчика 34 поступит в зависи мости от направления перемещения объекта 35 единичный или нулевой сигнал.Сигнал с выхода шестого элемента ИЛИ 31 поступает на счетный вход реверсивного счетчика 34, на единичный .Зо вход шестого триггера 10 и на первый вход четырнадцатого элемента И 25. Дальнейшее прохождение сигнала зави сит от состояния седьмого триггера)11. (Чем определяется состояние седь" мого триггера 11 рассматривалось выше). Если имело место четное срабаты вание .седьмого триггера 11, то появится сигнал на выходе четырнадцатого элемента И 25, открытого единичным 4 О , сигналом, поступающим с инверсного выхода седьмого триггера 11;на второй вход четырнадцатого элемента И 25, с выхода которого сигнал поступает на первый вход восьмого элемента ИЛИ 33, и далее на единичный вход пятого триггера 9. В результате срабатывания пятого триггера 9 связьюпрямой выход пятого триггера 9 - вторые входы одиннадцатого 22 и двенадцатого 23 элементов И данные элементы будут открыты, а связью инверсный выход пятого триггера 9 - первый вход тринадцатого элемента И 24 последний бут дет закрыт. ббЕсли имело место нечетное срабатывание седьмого триггера 1 1, то сигналом с прямого выхода седьмого триггера 11, поступающим на третий вход 91 6тринадцатого элемента И 24, последний будет открыт. Поэтому по заднему Фронту сигнала, поступающего с выхода шестого элемента ИЛИ 31, сработает шестой триггер 10 и единичный сигнал с его инверсного выхода поступит на второй вход открытого тринадцатого элемента И 24. С выхода тринадцатого элемента И 24 сигнал поступит на третий вход шестого элемента ИЛИ 31 и далее с выхода шестого элемента ИЛИ 31 на счетный вход реверсивного счетчика 34. Поскольку при этом управля ющий сигнал, поступающий с четвертого триггера 8 не изменился, то в реверсивном счетчике 34 произойдет суммирование двух сигналов. Сигнал с выхода тринадцатого элемента И 24 поступит также на вход линии 39 задержки, которая обеспечивает задержку сигнала на время срабатывания шестогс элемента ИЛИ 31 и реверсивного счетчика 34. С выхода линии 39 задержки сигнал поступит на второй вход восьмого элемента ИЛИ 33. Далее сигнал следует так же, как и в предыдущем случае; с выхода восьмого элемента ИЛИ 33,на единичный вход пятого триггера 9, который запирает тринадцатый элемент И 24, нрекращая действие дополнительного сигнала и участие седьмого триггера 11 в дальнейшей работе устройства.При изменениях направления переме- щения объекта происходит непоследовательное срабатывание датчиков, а два срабатывания одного и того же датчика (или несколько срабатываний, если объект совершает колебательное движение в зоне, не превышающей двух дискретов перемещения), но как уже отмечалось ранее, при повторном последовательном появлении сигнала с выхода одного и того же датчика появится сигнал на выходе одного из трех элементов И 18, 19, 20, открытого и связанного с этим датчиком, Сигнал с выхода данного элемента И через седьмой элемент 32 ИЛИ поступит на первыйвход одиннадцатого 22 и двенадцатого 23 элементов И. Один из этих двух элементов открыт, а именно тот, на третий вход которого поступает единичный сигнал с одного из выходов четвертого триггера 8,Состояние четвертого триггера 8, будет определяться направлением перемещения объекта 35 при предыдущемз 14620 1, затем с второго 2 (Х) или сначала с второго 2 (Х ), а потом с третьего 3 (Х) или сначала с третьего 3 (Х ),. а следом с первого 1 (Х ), то объект 35 перемещается в одном на 5 правлении. Если сигналы поступают в обратной последовательности, то объект 35 перемещается в противоположном направлении. 10Логические функции Р =Х,Х ЧХ Х ЧХ Х5 и Р =Х,ХзЧХХЧХХописывают все возможные варианты следования сигналов датчиков при перемещении объекта 35 в каждом из направлений. При этом по следовательность написания обозначений сигналов в каждой из пар элементов логических функций Г и Р соответствует порядку прихода сигналов с датчиков. На выходе третьего элемента 20 ИЛИ 26 реализуется логическая функция Ра на выходе второго элемента ИЛИ 27 - логическая функция Г . Соответственно, на выходе первого 12, второго 13 и третьего 14 элементов"И 25 реализуются элементы логической функции Р. Х Х, Х,Х и ХХэ а на выходе четвертого 15, пятого 16 и шестого 17 элементов И - элементы логической функции Р 2 ХХ Х Х и Х Х, у 0Реверсивный счетчик 34 осуществля" ет алгебраическое суммирование сигна" лов, поступающих с выхода блока 4 анализа последовательности сигналов и соответствующих элементов логических функций Р, и Р.35При срабатывании одного из датчиков 1, 2 и 3 сигнал с его выхода, пройдя через соответствующий датчику один из трех открытых элементов И 18, 19 и 20, поступает на один из первых трех видов седьмого элемента ИЛИ 32 и с выхода последнего на счетный вход седьмого триггера 11, приводя к его срабатыванию, в результате45 котороГо на прямом выходе седьмого триггера 11 появляется единичный сигнал, открывающий тринадцатый элемент И 24. Сигнал с выхода седьмого элемента ИЛИ 32 через одиннадцатый 22 или двенадцатый 23 элементы И не проходит ввиду того, что эти элементы закрыты из-за нулевого сигнала на прямом выходе пятого триггера 9. Одновременно срабатывает один из триггеров 5, 6 и 7, который своим пр 55 прямым выходом открывает один из трехэлементов И 12, 13 и 14, реализующих логическую функцию Г и один изтрех 914элементов И 15, 16 и 17, реализующих логическую функцию РЕсли после включения устройства и первого срабатывания датчика изменяется направление движения объекта 35, то произойдет повторное (четное) срабатывание этого датчика и сигнал с него, пройдя по цепи: один из трех элементов И 18, 19 и 40, элемент ИЛИ 32, седьмой триггер 11, вызовет срабатывание триггера 11 и появление единичного сигйала на его инверсном выходе, При этом связью инверсный выход седьмого триггера 11 - второй вход-четырнадцатого элемента И 25 открывается последний.Очевидно, что после повторного изменения направления перемещения объекта и последующего (нечетного) срабатывания того же датчика, сигнал с него пройдет по указанной цепи и вызовет срабатывание седьмого триггера 11 и появление единичного сигнала на его прямом выходе.Четное срабатывание седьмого триггера 11 свидетельствует о том, что к окончанию формирования первого с начала работы устройства элемента логической функции Р или Г объект 35 будет находиться на расстоянии, меньшем одного дискрета перемещения от положения, которое он занимал в момент начала измерений.Нечетное срабатывание седьмого триггера 11 свидетельствует о том, что к окончанию формирования первого с начала работы устройства элементаВлогической функции Г, или Г объект 35 будет находиться на расстоянйи, большем одного дискрета перемещения от положения, которое он занимал в момент начала измерений.За начало отсчета перемещения принимается дискрет перемещения, которому соответствует положение объекта в момент начала измерений, Поэтому в случае, когда после первого последовательного срабатывания двух датчиков объект 35 будет находиться от начального положения на расстоянии, большем одного дискрета перемещения (чему соответствует нечетное срабатывание седьмого триггера 11), в устройстве формируется дополнительный сигнал, который также заносится в реверсивный счетчик 34, после чего в нем будет записано число два (перемещение объек" та произошло на два дискрета переме 7 14620срабатывании датчика (в зависимостиот направления перемещения на первомвыходе будет единичный или нулевойсигнал). С выхода одиннадцатого 225(или двенадцатого 23) элемента И сигнал поступит на четвертый вход первого 26 (или второго 27) элемента ИЛИ.Далее сигнал поступит через шестойэлемент ИЛИ 31 на счетный вход ревер Осивного счетчика 34, а также на входчетвертого триггера 8, приводя к егосрабатыванию, в результате которогов реверсивный счетчик будет занесенаединица со знаком, противоположным 15знаку единицы, перед этим записаннойв реверсивный счетчик 34.Следовательно, при каждом повторном срабатывании одного и того жедатчика, свидетельствующем об изменении направления перемещения, в реверсивном счетчике 34 будет осуществляться сложение (вычитание) единицы,если перед этим в нем производилосьвычитание (сложение) единицы. 25Таким образом, путем учета каждого из срабатываний датчиков устройство обеспечивает определение дискретаперемещения, которому соответствуетв текущий момент положение объекта ЗОотносительно его начального положения.Рассмотрим на примере перемещениеобъекта 35 и соответствующие этомуперемещению показания реверсивногодатчика 34,Пусть в момент начала измеренияобъект 35 находится в таком положении, что считываемая первой метка располагается в интервале, при которомвозможно срабатывание первого илитретьего датчика (в зависимости оттого, в каком направлении будет перемещаться объект), т.е. объект будетнаходиться в зоне Х Хэ (дискрет перемещения, определяющий начало отсчета). И пусть перемещение происходитв таком направлении, что первым срабатывает первый датчик 1 (объект перейдет после этого в зону Х Х, т.е.переместится на один дискрет перемещения). После срабатывания первогодатчика 1 установится единичный сигнал на прямом выходе седьмого триггера 11 и произойдет подготовка креализации элемента логической функ 55ции Х, Х (или Х, Х ). Если объект 35продолжает двигаться, не меняя направления перемещения, тогда после срабатывания второго датчика 2 он попада 91 8ет в зону Х Х , т.е. сместится на два дискрета перемещения относительно начала отсчета. После срабатывания второго датчика 2 в устройстве будет реализован элемент логической функции Г, = Х, Х и в реверсивный счетчик 34 будет записана единица, однако при наличии единичного сигнала на прямом выходе седьмого триггера 11 будет сформирован дополнительный сигнал, который обеспечит запись еще одной единицы в реверсивный счетчик 34, В результате объект 35 переместится на два дискрета перемещения и в реверсивном Датчике будет, соответственно, записано число два.Формула изобретенияУстройство для измерения линейных и угловых перемещений, содержащее три датчика, реверсивный счетчик, блок анализа последовательности сигналов, включающий четыре триггера, шесть элементов И, шесть элементов ИЛИ, выход первого датчика соединен с единичным входом первого триггера, первыми входами первого и пятого элементов И, выход второго датчика сое" динен с единичным входом второго триггера, первыми входами второго и шестого элементов И выход третьего дат; чика соединен с единичным входом третьего триггера, первыми входами третьего и четвертого элементов И, прямой выход первого триггера соединен с вторыми входами второго и четвертого элементов И, прямой выход второго триггера соединен с вторыми входами третьего и пятого элементов И, прямой выход третьего триггера соединен с вторыми входами первого н шестого элементов И, выходы первого, второго, третьего элементов И соединены соответственно с первым, вторым, третьим входами первого элемента ИЛИ и с первыми входами пятого, третьего и четвертого элементов ИЛИ, выходы четвертого, пятого, шестого элементов И соединены соответственно с -.первым, вторым, третьим входами второго элемента ИЛИ и с вторыми входами третьего, четвертого, пятого элементов ИЛИ, выходы которых подключены соответственно к нулевым входам первого, второго, третьего триггеров, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с единичным и нулеце,7 Составитель К. ТавлиновТехред Л.Сердюкова Редактор М. Ан ктор ри 683 аз 660/36 Подписноеи открытиям при ГКНТ СССРб., д. 4/5 Государственного комитета по изобретения 113035, Москва, Ж, Раушская изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 9 14 вым входами четвертого триггера и с первым и вторым входами шестого элемента ИЛИ, прямой выход четвертого триггера соединен с управляющими входами реверсивного счетчика, счетный вход, которого соединен с выходом шестого элемента ИЛИ, третьи входы третьего, четвертого, пятого элементов ИЛИ соединены с шиной йачальной установки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, Что, с целью повышения точности измеения, в него введены три триггера, восемь элементов И, два элемента ИЛИ Й линия задержки, инверсный выход Первого триггера соединен с первыми йходами седьмого и девятого элементов И, инверсный выход второго триггера соединен с вторым входом седьмого и с первым входом восьмого элементов И, инверсный выход третьего триггера соединен с вторыми входами восьмого и девятого элементов И, выходы первого, второго, третьего датчиков сое динены соответственно " с третьими входами восьмого, девятого и седьмого элементов И, выходы которых соеди. нены соответственно с первым, вторым, третьим входами седьмого элемента ИЛИ, выход которого соединен с первыми входами одиннадцатого и.двенадцатого элементов. И и со счетным входом седьмого триггера, прямой выход которого соединен с третьим входом тринадцатого и с вторым входом деся 62091 1 Отого элементов И, выход последнегосоединен с четвертым входом седьмогоэлемента ИЛИ,инверсный выход седьмого 5триггера соединен с вторым входомчетырнадцатого элемента И, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента ИЛИ, выход которого со"единен с единичным входом пятого 10 триггера, прямой выход которого соединен с вторыми входами одиннадцатого и двенадцатого элементов И, выходы которых соединены соответственно с четвертыми входами первого ивторого элементов ИЛИ, прямой и инверсный выходы четвертого триггерасоединены соответственно с третьимивходами двенадцатого и одиннадцатогоэлементов И, выход шестого элемента 20 ИЛИ соединен с первым входом четырнадцатого элемента И и единичным входом шестого триггера, .инверсный выходкоторого соединен с вторым входомтринадцатого элемента И, инверсный 25 выход пятого триггера соединен с первым входом тринадцатого элемента И,выход которого соединен с третьимФвыходом шестого элемента ИЛИ и входом линии задержки, выход которой Зо соединен с вторым входом восьмогоэлемента ИЛИ, первый вход десятогоэлемента И, нулевые входы пятого ишестого триггеров, обнуляющий входреверсивного счетчика соединены сшиной начальной установки.