Преобразователь перемещения в код

(72) Автор изобретени Бех а Л(71) Заявитель институт кибернетики АН Ук ВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕщЕНЦЯ(9 в) ПРЕО Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а такжек бесконтактным устройствам цифровогокодирования перемещений и может использоваться в системах цифрового управления механическими объектами, ро" 5ботами, координатными столами, координатограйами,Известен преобразователь угол-код,содержащий П-образный магнитопровод,состоящий из двух частей, разделенных 10воздушным зазором и имеющих конусообр; зные концы, кодирующие элементы,выполненные в виде дисков с магнитными вставками и расположенные на входФном валу, и магнитный усилитель, кото 15рый работает по принципу модуляциимагнитного потока посредством подвижной кодовой шкалы 1,Недостатком данного преобразовате",.ля являются низкая разрешающая способ20ность и невысокая точность,Известен также преобразовательугол-код, состоящий из подвижной шка Р лы модулирующих элементов,чувствительных элементов, содержащих шины возбуждения, съемные шины и магнитные сер дечники, блока возбуждения чувствительных элементов, к которому подключены шины возбуждения, усилителя считанных сигналов, соединенного со съемными шинами, блока амплитудного сравнения и выходного регистра, включенных последовательно, и блока управления, соединенного с блоком возбуждения чувствительных элементов, с блоком сравнения и с выходным регистром 2,Однако. известный преобразователь характеризуется сложностью и нетехнологичностью конструкции, обусловлен. ных тем, что устройство содержит моточ ные детали, требующие точной установки, Гольшие габариты чувствительных элементов не дают возможности уменьшить расстояние между соседними кодами, а нелинейная зависимость амплитуды считанных сигналов от перемещения3 9667не позволяет производить амплитуднуюоценку перемещения. Этими факторамиобусловлена малая разрешающая способность и точность устройства. Скорость движения шкалы модулирующих эле5ментов также низкая. Быстродействиепреобразователя определяется частотой опроса чувствительных элементов.В рассматриваемом устройстве она сравнительно невысока вследствие длитель ных переходных процессов в индуктивностях с сосредоточенными параметрами.Цель изобретения - повышение разрешающей способности и точности преобразователя,35Поставленная цель достигаетсятем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий шкалу модулирующих элементов, .чувствительные эле 20менты, соединенные с блоком возбужде-,ния чувствитльных элементов и с усилителем считанных сигналов, выход которого соединен с одним входом блокаамплитудного сравнения второй вход1 25которого соединен с первым выходоманалого-цифрового преобразователя,арифметический блок, выход которогосоединен с первым входом регистра,второй вход которого соединен с вторым выходом аналого-циФрового пре 50образователя, и блок управления,выход которого соединен с управляющими входами блока возбуждениячувствительных элементов, блока амплитудного сравнения, аналого-цифрово 35го преобразователя, арифметическогоблока и регистра, введен блок мажоритарного сравнения, сигнальный входкоторого соединен с выходом блока амплитудного сравнения, управляющий40вход - с выходом блока управления ивыход - с сигнальным входом арифмет;ческого блока, причем шкала модулиру-,ющих элементов выполнена в виде мат рицы из П 1 строк 1 столбцов, располо 45женных с шагом 2 Л, где М - ширинамодулирующего элемента, выполненногов виде проводящей полоски, а чувствительные элементы образуют матрицу изв строк, сдвинутых на , и р столб 1 Лцов, расположенных с шагом 2 Ъ( - ),где К = О, 1, 2, каждый чувствительРный элемент.образован двумя парамисъемных шиН, расположенных вдоль строк 55матрицы .в одной плоскости, и шинойвозбуждения, которая расположена впараллелньй плоскости и на пересе 19 фчении со съемными шинами имеет идентичные по конфигурации индуктивносвязанные участки, соединенные встреч.- но и расположенные на противоположныхсторонах осевой линии чувствительного элемента, выходы съемных шинвсех чувствительных элементов соединены последовательно.На фиг. 1 изображен преобраэователь перемещения в код; на фиг, 2 график зависимости амплитуд сигналовна шине от перемещения кодовой шкалы.Он состоит из подвижной шкалы модулирующих элементов 1, каждый из которых выполнен в виде полоски, расположенной в виде матрицы, чувствительных элементов, также расположенных в виде матрицы и образованных шинами возбуждения 2 и съемными шинами 3, блока б возбуждения чувствитель-3ных элементов, подключенного к шинамвозбуждения, усилителя 5 считанныхсигналов, входы которого соединенысо съемными шинами 3, блока 6 амплитудного сравнения ( считанных сигналов), блока 7 мажоритарного сравнения, аналого-цифрового преобразователя 0 арифметического блока 9, регистра 10 и блока управления 11, соединенного с управляющими входамивсех блоков, кроме усилителя 5.Предлагаемое устройство работаетследующим образом.Подвижная шкала модулирующих элементов 1 жестко связана с перемещающимся объектом, Она представляет собой матрицу из т строк и 1 столбцовмодулирующих элементов, полученных,например, путем фотохимического травления фоль гированного диэлектрика пофотошаблону с размерами элемента поширине.Л = 0,5 мм по длине 2 мм, располоненных с шагом по строке 2 Л = 1 мми по столбцам 2,5 мм. Над строкамиматрицы модулирующих элементов расположены чувствительныв элементы в видематрицы из Ф строк и р столбцов, расположенных вдоль строки с шагом 2 Л( ++к), где К может принимать значения"О, 1, 2, а сдвиг строк составляет2 Л- Каждый чувствительный элемент образован двумя парами съемных шин 3,проходящими вдоль строки матрицы ирасположенными в одной плоскости имФшинои возбуждения 2, которая расположена в параллельной плоскости и на пересечении со съемной шиной 3 имеет идентичные по конфигурации индуктивно свя5 9667 занные участки, включенные встречно и расположенные на противоположной стороне осевой линии.В момент возбуждения шин 2 импульсом 1 тока, поступающим из блока возбуж- дения 4, индуцированное в съемной ши, не 3 напряжение отсутствудт, когда шкала модулирующих элементов 1 находится в стороне от возбужденного элемента и в случаях расположения равно по 1 О оси чувствительного элемента модулирующей полоски или промежутка между полосками. Индуцированный сигнал максимален, если оси полоски и чувствитель"Л ного элемента сдвинуты на . - . В зави 131 симости от направления сдвига изменяется полярность сигнала. физическая сущность такой зависимости амплитуды сигналов состоит в том, что в модули- щ рующем элементе, выполненном. в виде проводящей полоски, магнитное поле ши-. ны возбуждения 2 индуцирует вихревыетоки, которые создают поле противоположного напряжения полю тока возбужден ния. Если параллельные участки шин 23 имели взаимную индуктивность И, то при наложении полоски взаимная индуктивность уменьшается до величины сРМ, где о " коэффициент ослабления щ взаимной индуктивности в результате уменьшения потокосцепления шин 2 и 3. Когда модулирующий элемент располагается симметрично относительно оси чувствительного элемента, то сигналы, индуцированные правыми и левыми от 1носИтельно оси участками, вычитаются вследствие их встречного включения и результирующий сигнал на входе усилителя равен нулю. Зависимость амплитуд сигналов на шине 3 от перемещения кодовой шкалы, с которой связана ось х, относительно оси первого чувствительного элемента при последовательном возбуждении чувствительных эле 45 ментов показана на Фиг. 2. Буквами а, б, в, г, д.обозначены амплитудно- метрические характеристики (АИХ) соответствующи чувствительных элементов матрицы.Предположим, что вначале работы30 устройства матрица модулирующих элементов находится справа от матрицы считывающих элементов. Опрос чувствительного элемента 1 дает отрица- . тельные считанные сигналы, которые усиливаются усилителем 5 и поступают на вход блока амплитудного сравнения 6, пороговый уровень которого за 19 6дается аналого-цифровым преобразователем 8. Если пороговый уровень равеннулю, то блок амплитудного сравнения 6 выдает сигналы "О", пока кодовая шкала не сместится в областьхО. Если амплитуда положительныхсигналов превышает некоторый уровень,то блок 6 выдает сигнал "1",Для надежного различения сигналовна уровне нескольких микровольт в схему устройства введен блок мажоритарного сравнения 7. На выходе этогоблока появляется уровень "1" тольков том случае, если на множестве 5 опросов блок амплитудного сравнения 6 вы-.1 11дал не менее чем . - "1",В противномслучае блок 7 выдает сигнал "О". Этоповышает чувствительность схемы различения сигналов, соизмеримых по амп-литуде с уровнем шумов1 Путем подсчета уровней квантования амплитуды считанных сигналов можно определить координату х точки А(фиг. 2 ). Однако найденное таким образом расстояние зависит от изменениярасстояния между подвижной шкалой ичувствительными элементами вследствиеизменения с(1 . Эту зависимость легкоисключить путем применения арифметического блока 9, выполняющего вычисения по интерполяционной формуле01, ври- количество уровней квантования положительного сигнала,соответствующего точке А;п - количество уровней квантования отрицательного сйгнала,соответствующего точке В.Результаты расчета поступают вмладшие разряды выходного регистра 10.В старшие разряды регистра заноситсяХЛколичество шагов, определяемых;Вр 1в блоке управления 11 путем подсчетаколичества переключений шин возбуждения,Благодаря широкой полосе пропускания системы шин возбуждения 2 и съемасигналов 3 в.устройстве получена высо9667кая частота опроса чувствительных элементов, что позволяет получить высокую допустимую скорость перемеще-.ния -в режиме измерений,. Предложенный преобразователь пе ремещений в код допускает полностью микроэлектронное исполнение. Он может работать с разрешающей способностью до 0,1 мкм. При разрешающей способности 32 мкм допустимая скорость пе ремещения 30 м/с.Экономический эФйект от использования предлагаемого изобретения обусловлен его техническими особенностями, приведенными выше.15формула изобретенияПреобразователь перемещения вкод, содержащий шкалу модулирующих 20 элементов, чувгтвительные элементы, соединенные с блоком возбуждения чувствительных элементов и с усилителем считанных сигналов, выход которого соединен с одним входов блока ампли тудного сравнения, второй вход которого соединен с первым выходом аналого-цифрового преобразователя, арифметический блок, выход которого соединен с первым входом регистра, вто Зф рой вход которого соединен с вторым выходом аналого-цифрового преобразователя, и блок управления, выход которого соединен с управляющими входами блока возбуждения чувствительнЫх эле- З 5 ментов, блока амплитудного сраьнения, аналого-ципрового преобразователя, арифметического блока и регистра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,19 8с целью повышения разрешающей спс собности и точности преобразователя, внего введен блок мажоритарного сравнения, сигнальный вход которого соединен с выходом блока амплитудногосравнения, управляющий вход - с выходом блока управления и выход - ссигнальным входом арифметическогоблока, причем шкала модулирующих элементов выполнена в виде матрицы изе строк 1 столбцов, расположенных сшагом 2 Л, где Л - ширина модулирующего элемента, выполненного в видепроводящей полоски, а чувствительные элементы образуют матрицу из т, строк, сдвинутых на , и р столб 2.Лтрцо в, расположенных с шагом 2 Л ( р ф) 1где = О, 1, 2 каждый чувствительный элемент образован двумя парами съемных шин, расположенных вдольстрок матрицы в одной плоскости, ишиной возбуждения, которая расположена в параллельной плоскости и на пересечении со съемными шинами имеетидентичные по конфигурации индуктивно связанные участки, соединенныевстречно и расположенные на противоположных сторонах осевой линии чувствительного элемента; выходы съемныхшин всех чувствительных элементов соединены последовательно,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе. 1, Авторское свидетельство СССРМ 504223, кл. О 08 С 9/04, 1975.2. Авторское свидетельство СССРУ 580573, кл. 6 08 С 9/04, 1976и ова;. КорректорПодписноемитета СССРткрытийая наб. ц. 4/ ул. Проектная Составитель Е. Редактор К. Волощак Техое 8(С, Иигун Закаа 7 Б 7/ . Тираж 6 2 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о Филиал ППП "Патент", г. Ужгоро