Преобразователь перемещения в код

ете тель 9/04 атора,соедине ретьего а выходвходами е входы того ко входа налого и выходы управлеорного моста соед орого по во ния диодно-резис иены с первым по едьмои опорными венно блока компаоторого соединеныи входами формировда. одами соответс раторов, с соотве ыходытв ующи го еля вы СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ИСАНИЕ И АВТОРСКОМУ( СВИДЕТЕЛЬСТ(54)(57) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий блок питания,излучатель, оптически соединенныйчерез последовательно расположенныекодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным входомпервого компаратора, выход которогоподключен к первому входу первогоэлемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАКЮЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соединен с первым входом первого элементаИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧА 1 Д 11 ЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИГПИ, четвертый компаратор, выход которого подключен к второмувходу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов обьединены, входы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАКЗЦЕЕ 11 ПИ совместно с выходомчетвертого компаратора являются выходами преобразователя, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователяперемещения в код, в него введенывторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой коммутатор, диодно-резисторный мост,блок компараторов, формировательвыходного кода аналого-цифровой коммутатор, а диафрагма выполнена многощелевой с конусным расположениемщелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего,четвертого фотоприемников соединеныс информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником - к соответствующим входам цифрового коммупраьляющие входы которны с выходами второго иэлементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИсоединен с информационныблока компараторов, опопервого, второго и четв параторов соединены с первым, вторым и третьим опорными выходами аналого-цифрового коммутатора, выходывторого и четвертого компараторовсоединены с первым и вторым входамиуправления аналого-цифрового коммутатора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного мостасоединены с третьим и четвертым равления соответственн фрового коммутатора,.с12, Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что диод- но-резисторный мост содержит первый резистор, с первого по восьмой диоды и второй резистор, первые выводы первого и второго резисторов соеди" иены с положительным и отрицательным выводами соответственно блока пита ния, второй выход первого резистора соединен с анодом первого диода, катод которого через последовательно соединенные с второго по восьмой диоды соединен с вторым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с первым и девятым выходами управления диодно"резисторного моста, а точки соединения с первого по восьмой диодов соединены с вторым по восьмой соответственно выходами управления диодно-резисторного моста. 3. Преобразователь по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что аналого-цифровой коммутатор содержит два элемента ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ и шесть полевых транзисторов, входы первого элемента ИЛИ-НЕ,64883первого и второго элементов ИЛИ соединены с первым входом управления, вход третьего элемента ИЛИ и вход четвертого элемента.ИЛИ через второй элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом управления, выход первого элемента ИЛИ-НЕ через пятый и шестой элемент ИЛИ соединен с затворами первого и второго .полевых транзисторов, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены с затворами третьего и четвертого полевых транзисторов, выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с затворами пятого и шестого полевых транзисторов, истоки первого, четвертого и шестого полевых Транзисторов соединены с четвертым входомуправления аналого-цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с источниками второго, третьего и пятого пошевых .транзисторов, первый опорный выход соединен со стоками второго и четвертого полевых транзисторов, второй опорный выход - со стоками пятого и шестого, а третий опорный вьщод - со стоками первого и третьего полевь 1 х транзисторов,Ф0 15 20 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, конкрет- но к фотоэлектрическим методам преобразования линейных или угловых перемещений в код, например, при измерении углового или линейного взаимного положения деталей различных машин и механизмов.Известен преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения, оптически соединенные с фотоприемниками через кодовую шкалу и щелевую диафрагму, выходы фотоприемников соединены с входами амплитудных селекторов 111.Недостатком этого преобразователя является низкая точность, обусловленная наличием одного фотоприемника.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является преобразо 2ватель перемещения в код, содержащий блок питания, излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным входом первого компаратора, вход которого подключен к первому входу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединенс первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соединен с первым входом.третьего элемента ИСКЛЮЧАКЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым вхо-дом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧМОЩЕЕ ИЛИ,четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входывторого и третьего компараторов объединены, выходы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, а также пятый, шестойи седьмой компараторы, четвертый эЛемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 2.В известном преобразователе недос- таточная точность, 10Цель изобретения - повышение точности преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе перемещения в код, содержащий блок пита ния, излучатель, оптически соединенный через последовательно расположенные кодовую шкалу с отверстиями и диафрагму с фотоприемником, выход которого соединен с информационным О входом первого компаратора, выход которого подключен к первомувходу первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с первым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮ- д ЩЕЕ ИЛИ, второй компаратор, выход которого соединен, с первым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третий компаратор, выход которого соединен с вторым входом первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, четвертый компаратор, выход которого подключен к второму входу третьего элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а опорные входы второго и третьего компараторов объединены, выходы второго и третьего элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ совместно с выходом четвертого компаратора являются выходами преобразователя, введены вторые, третьи и четвертые излучатели и фотоприемники, цифровой коммутатор, диодно-резисторный мост, блок компараторов, формировательвыходного кода, аналого-цифровой коммутатор, .а диафрагма выполнена многощелевой сконусным расположением щелей относительно отверстий кодовой шкалы, выходы второго, третьего, четвертого фотоприемников соединены с информационными входами одноименных компараторов и совместно с первым фотоприемником - с соответствующим входом цифрового коммутатора, управляющие Ы входы которого соединены с выходами второго и третьего элементов ИСКЛЮ-ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а выход соединен с информационными входами блока компараторов, опорные входы первого, второго и четвертого компараторов соединены с первым, вторым и третьим опорными выходами аналого-цифрового коммутатора, выходы второго и четвертого компараторов соединены с первым ивторым входами управления аналогоцифрового коммутатора, первый и девятый выходы управления диодно-резисторного моста соединены с третьим и четвертым входами управления соответственно аналого-цифрового коммутатора, с второго по восьмой выходы управления диодно-резисторногомоста соединены с первым по седьмойопорными входами соответственно блока компараторов, выходы которогосоединены с соответствующими входами формирователя выходного кода. При этом диодно-резисторный мост содержит первый резистор, с первого по восьмой диоды и второй резистор, первые выводы первого и второго резисторов соединены с положительным и отрицательным выводами соответственно блока питания, второй вывод первого резистора соединен с анодом первого диода, катод которого через последовательно соединенные с второго повосьмой диоды соединены с вторым выводом второго резистора, вторые выводы первого и второго резисторов соединены с первым и девятым выходами управления диодно-резисторногомоста, а точки соединения с первого по восьмой диодов соединены с вторым по восьмой соответственно выходами управления диодно-резисторчогомоста. Кроме того, аналого-цифровойкоммутатор содержит два элемен-,:.та ИЛИ-НЕ, шесть элементов ИЛИ ишесть полевых транзисторов, входыпервого элемента ИЛИ-НЕ, первого ивторого элементов ИЛИ соединены спервым входом управления, вход третьего элемента ИЛИ и вход четвертого элемента ИЛИ через второй элемент ИЛИ-НЕ соединены с вторым входом управления, выход первого элемента ИЛИ-НЕ через пятый и шестойэлемент ИЛИ соединен с затворами -пер-.вого и второго полевых транзисторов,выходы первого и второго элемента ИЛИ соединены с затворами третьего и четвертого полевых транзисторов,выходы третьего и четвертого элементов ИЛИ соединены с затворами пятогои шестого полевых транзисторов, ис"томи первого, четвертого и шестогополевых транзисторов соединены с чет.вертым входом управления аналого-цифрового коммутатора, третий вход которого соединен с истоками второго,третьего и пятого полевых транзисторов, первый опорный выход соединенсо стоками второго и четвертого полевых транзисторов, второй опорныйвыход - со стоками пятого и шестого, Оа третий опорный выход - со стокамипервого и третьего полевых транзисторов.На чертеже приведена структурнаясхема преобразователя, 5Преобразователь содержит кодовуюшкалу .1 с отверстиями, диафрагму 2со щелями 3, излучатели 4-7, фотоприемники 8-11, компараторы 12-15, элементы ИСКЛЮЧАНЩЕЕ ИЛИ 16-18, цифро" 20вой коммутатор 19, диодно-резисторный мост 20, состоящий из резисторов 21, 22 и диодов 23-30, блок 31компараторов 32-38, формирователь 39выходного кода выполненный на элементах ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 40-46 аналогоцифровой коммутатор 47, выполненный .на элементах ИЛИ-НЕ 48 и 49, элементы ИЛИ 50-55, полевые.транзисторы 56-6130Преобразователь перемещения вкод работает следующим образом.При перемещении кодовой шкалы 1фотоприемники 8-11 формируют аналоговые сигналы, сдвинутые друг относительно друга .на четверть шага между З 5отверстиями кодовой шкалы 1.Когда щели 3 диафрагмы 2 закрытыпассивными участками кодовой шкалы 1, сигналы на выходах фотоприемников 8-11 имеют уровни ниже нижнего порогового напряжения, формируемого диодно-резисторным мостом 20,поэтому на выходах компаратаров 1215 присутствуют низкие логическиеуровни, а к опорным входам компара"торов 12-15 подключены соответственно высокий и низкий уровни. диоднорезисторного моста 20, Выходной кодгруппы старших разрядов равен нулю.Причем в.соответствии с нулевым кодом, поступающим на управляющие входы коммутатора 19 и формирователя 39, во"первых, к выходу коммутатора 19 подключается фотоприемник 8,в соответствии с величиной уровня 55которого на выходах блока 31 компа.раторов 32-38 присутствуют низкиелогические уровни, и, во-вторых,код на выходных шинах формирователя 39 (младших разрядов ) будет нулевым и не инвертируется, так как науправляющий вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 46 формирователя 39 поступает уровень логического нуля,По мере перемещения шкалы 1 внаправлении, указанном стрелкой начертеже, на выходе фотоприемника 8формируется линейно нарастающее напряжение, которое с помощью формирователя 39 преобразуется в двоичных код младших разрядов. При увеличении напряжения на выходе фотоприемника 8 до величины верхнего опорногоуровня на выходе формирователя 39 будет сформировано 2 = 8 кодовых комбинаций от 000" до "111 двоичного арифметического кода. Код на выходных шинах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18 сохраняется нулевым,Как только уровень напряжения на выходе фотоприемника 8 станет больше верхнего опорного уровня, сигналы на выходах фотоприемников 9-11 приэтом по уровню остаются ниже нижнего опорного уровня диодно-резисторного моста 20 , срабатывает компара. тор 12 и на выходе младшего из группы. старших разрядов появляется логическая единица, т.е. код группы старших разрядов изменяет свое .состоя- ние с "000" в "001". Кодом "001" к выходу коммутатора 19 подключается выход фотоприемника 9, который к моменту перемещения увеличился толькодо уровня нижнего опорного, вследствие чего компараторы 32-38 одновременно переключаются из единичного (предыдущего) состояния в нулевое, а у элементов 42, 45 и 46 формирователя 39 устанавливается нуле.". вой код. Таким образом, при перемещении кодовой шкалы 1 на расстояние, равное величине разрешающей способности, на выходе преобразователя формируются сигналы выходных кодовот "000 000" до "001 000", т,е, разрешающая способность преобразователя увеличивается в 2 раз по сравнению с прототипом,При дальшейнем передвижении кодовой шкалы 1 формирователь 39 преоб" разует линейно нарастающее напряжение фотоприемника 9 в двоичный код младших разрядов, Затем срабатывает компаратор 13, код на выходах элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 16-18 старших разрядов увеличивается на единицу,личивается еще на одну единицу, т.е.становится равным 011. К входу формирователя 39 подключается выходфотоприемника 11. По окончании преобразования его линейно нарастающего сигнала в код младших разрядовсрабатывает компаратор 15. При этомкод управления коммутатором 19 перейдет из состояния"11" в состояние "00". Старший иэ группы старших разряДов переходит из нулевого состояния в единичное. На информационный вход формирователя 39 подключается линейно убывающий сигнал фото-.приемника 8. Единичный "111" выходной код группы младших разрядовинвертируется в нулевой "000",таккак на управляющии вход элемента 46ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ поступает уровеньлогической единицы, транзистор 60закрывается, а транзистор 61 открывается, подключая на опорные входыкомпараторов 13 и 14 уровень низкогонапряжения диодно-реэисторного моста 20, т.е. начинается преобразование перемещения в код второго полупериода кодовой. шкалы 1,Таким образом, при, дальнейшемперемещении кодовой шкалы 1 в том женаправлении линейно убывающий сигнал фотоприемника 8 преобразуетсяв код младших разрядов и в моменткогда этот сигнал станет по уровнюменьше нижнего порогового уровня диодно-резисторного моста 20, компара-тор 12 переходит иэ предьдущего единичного состояния в нулевое. Код навыходе старших разрядов изменитсяиз предьдущего состояния "100" вновое состояние "101", т.е. увеличит.ся на очередную единицу. На входформирователя 39 подключается выходной линейно убывающий сигнал фотоприемника 9,После дальнейшего перемещения кодовой шкалы 1 и после переключениявыхода компаратора 3 в логическийнуль на опорные входы компараторов 12 и 5 подключаются соответственно высокий и низкий опорные уров.ни диодно-резисторного моста 20, ана вход формирователя 39 подключается линейно убывающий. сигнал фотоприемника 10. После преобразованиялинейно убывающих сигналов фотоприемников 10 и 11 выходы компараторов 12-15 будут находиться в нулевом состоянии, все щели 3 диафрагмы 2перекрыты пассивными (непроэрачны 1164883и к входу формирователя 39 подключается выход фотоприемника 10, Одновременно по сигналу логической единицы с выхода комйаратора 13 транзисторы 56 и 57 закрываются, а транзисторы 58 и 59 открываются подключая к опорным входам компараторов 12и 15 соответственно уровни низкогои высокого напряжения диодно-резистор.ного моста 20. ОАлгоритм управления коммутатором 47 обеспечивает подключение наопорные входы компараторов 12-5 аналоговых сигналов уровней низкого ивысокого напряжения диодно-резисторного моста 20 таким образом, чтобыпри перемещении кодовой шкалы 1,т.е. при периодическом переходе фотоприемников 8-11 пассивных непрозрачных. на активные прозрачные)20участки (первый полупериод перемеще"ния шкалы 1) и наоборот, при периодическом переходе фотоприемников 8-1с активных (прозрачных) на пассивныа(непрозрачные участки (второй полу25период перемещения шкалы 1) кодовойшкалы 1 и при формировании на выходах фотоприемников 8-11 соответственно линейно нарастающих и линейноубывающих сигналов компараторы 1215, по состоянию логических уровней30на выходах которыхпроизводится формирование выходных кодов груйпыстарших разрядов, Должны изменятьсвое выходное состояние с низкихлогических уровней на высокие приувеличении выше.и с высоких логических уровней на низкие при уменьшении ниже соответственно линейнонарастающими и линейно убывающимисигналами фотоприемников 8-11 уровней высокого и низкого напряжениядиодно-резисторного моста 20. Приэтом старший из группы старших разрядов в первом полупериоде сохра-.няет нулевое состояние, а во втором - единичное. 9 то приводит ктому, что выходные коды группы младших разрядов в первом полупериоде.перемещения кодовой шкалы 1 снимаются в прямом коде, а во втором полупериоде - в инверсном. После анаюлогичных преобразований в формирова-теле 39 сигнала фотоприемника 9младших разрядов и при превышениипреобразуемым сигналом уровня высокого напряжения диодно"резисторногомоста 20 срабатываат компаратор 14,код на выходе старших разрядов уве 64883 0ми ) участками кодовой шкалы 1, т. е. преобразователем заканчивается пре=- образбвание перемещения одного периода кодовой шкалы 1 младшего разряда в двоичный арифметический код.В случае реверса кодовой шкалы 1 при ее движении в направлении, об-. ратном указанному стрелкой на чертеже, срабатывает компаратор 15, так как на его опорный вход подключен 10 низкий уровень диодно-резисторного моста 20. Ири этом выходной код группы старших разрядов становится единичным "111", на вход формирователя 39 кодом управления "11 " с коммутатора 19 подключается линейно нарастающий сигнал фотоприемника 11, ко- торый в данный момент по уровню ниже опорных уровней диодно-резисторного моста 20, поэтому нулевой код "000" группы младших разрядов инвертируется и становится так же, как и код группы старших разрядов, единичным , "111", потому что на управляющий вход элемента ИСКЛЮЧА 1 ПЦЕЕ ИЛИ 46 поступа- д ет уровень логической единицы. Транзистор 60 закрывается, а транзистор 6 открывается, подключая к опорным входам компараторов 13 и 4 низкий уровень диодно-резисторного моста 20, но так как на их первые входы поступают сигналы по уровню ниже нижнего опорного уровня, то на их выходах сохраняются низкие логические уровни. Линейно нарастающий сигнал фотоприемника 11 преобразуется в формирователе 39 в линейно убывающий сигнал кодов группы младших разрядов, который за этот интервал перемещения изменяет свое состояние с "1114" в "000". 11 осле этого из низкого логического уровня в высокий переходит выход компаратора 14, что приводит к уменьшению на единицу выходного кода группы старших разрядов, а на вход формирователя 39 подключается :линейнойнарастающий сигнал фотоприем ника 10, который преобразуется в линейно убывающий сигнал кодов группы младших разрядов.1164883 Составитель Ю.КотТехред М.Кузьма ерни актор И. К оррект а и ак комнт Рауш Ужгород, 4/5 ная,. Про 198/54 Тираж.872 ВНИИПИ Государственног 1130+5; Москва, Жфилиал ППП "Патент", гПо ета СССР ская наб