Преобразователь перемещения в код

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕаЪ БЛИН 09) 51)4 Н 03 М 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) Авторское свидетельство СССР9 748840, кл, Н 03 К 5/153, 1978.Авторское свидетельство СССР9 1043679, кл. С 06 С 7/26, 1982. 4) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОД(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике. Дляповышения технологичности и точностив преобразователь, содержащий генератор, два элемента задержки, усилитель, первый ключ,аналого-цифровойпреобразователь, первый регистр идатчик перемещения на одном считывающем элементе и модуляторе, введеныдва элемента задержки, второй ключ,два элемента ИЛИ, второй регистр,арифметический блок, второй считывающий элемент. Модулятор выполнен изпрямоугольной пластины шириной, равной половине ширины каждого из считывающих элементов, считывающие элементы выполнены из двух печатных полосковых проводников каждый, расположенных в одной плоскости и содержащих параллельные последовательно соединенные участки. При перемещении модулятора относительно первого считывающего элемента на его выходах формируется сигнал, пропорциональный этому перемещению. Питание обоих считывающих элементов обеспечивается ге" нератором через соответствующие элементы задержки и ключи. Этот сигнал подается в усилитель, собранный по дифференциальной схеме с запоминанием. Выходной сигнал усилителя пропорционален разности напряжений на его информационных входах. Аналого-цифровым преобразователем сигналы с выхо"да усилителя преобразуются в цифровой код, который заносится в первый ре" гистр по команде с соответствующего." элемента задержки. Преобразование по- С, ложения модулятора относительно второго считывающего элемента осуществ- Е ляется аналогично в следующем цикле преобразования. Полученный таким образом сигнал преобразуется в цифровой код и обрабатывается вместе с первым сигналом в арифметическом блоке. На его выходе формируется код, пропорциональный перемещению модулятора относительно считывающих элементов. Этот код регистрируется вторым регистром. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.1 132411Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может бьггь использовано в автоматических манипуляторах, роботах, автоматизированных системах в качестве преобразователя линейных перемещений в код.Целью изобретения является повышение технологичности и точности преобразователя. 10На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; на фиг.2 схема усилителя; на фиг.3 - вальтметрические характеристики считывающих элементов преобразователя, 15Преобразователь содержит датчик 1 перемещения со считывающими элементами 2 и 3 и модулятором 4, генератор 5, элементы 6-9 задержки, ключи 10 и 11, элементы ИЛИ 12 и 13, усили тель 14, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 15, регистры 16 и 17, арифметический блок 18. Усилитель 14 содержит коммутатор 19, конденсаторы 20 и 21, и-р-п-транзисторы 22-27, по левые транзисторы 28 и 29, резисторы 30 и 31. Ключи 1 О и 11 содержат и-ри-транзисторы 32 и 33 и токозадающие элементы 34-37.30 Преобразователь работает следующим образом,Генератор 5 создает периодические импульсные сигналы напряжения прямоугольной формы, служащие для возбуж дения считывающих элементов 2 и 3 и обеспечения функционирования схемы обработки сигналов. Задержанные элементом 6 задержки сигналы открывают транзистор 32, который преобразует 40 импульсы напряжения в импульсы тока возбуждения, амплитуда которого ограничивается токозадающими резисторами 34 и 35. В момент нарастания фронта импульса тока возбуждения напряжение 45 на индуктивностях полосковых проводников при перемещении модулятора 4 относительно считывающего элемента. 2 изменяется по закону501 6.П = 1. 1О Д где 1. - погонная индуктивность полосакавых проводников;551 - длина полоскового проводникас одной стороны от оси симметрии считывающего элемента 2. 1 2Поскольку индуктивности проводников с разных сторон ат оси симметрий считывающего элемента равны и сопротивления токоэадающих резисторов 34 и 35 равны, то и напряжения на индуктивностях полосковых проводников равны, т,е. где 1 - амплитуда тока возбуждениявтранзистора 32;- постоянная времени нарастания фронта импульса тока возбужденияНапряжения на индуктивностях подаются на входы усилителя 14, построенного на дифференциальной схеме.Усилитель (фиг.2) работает следующим образом.В начале такта измерения по приходе импульса напряжения генератора .5 происходит запирание коммутатора 19 и конденсаторы 20 и 21 заряжаются до напряжения +Е. После заряда конденсаторов 20 и 21 и размыкания комму" татара 19 усилитель 14 готов к приему информационных сигналов. Напряжения Б, и 0 считывающего элемента 2 воздействуют на базы дифференциальной пары п-р-и-транзисторов 22 и 23. Во время появления информационных сигналов с выходов ключа 10, которое соответствует фронту импульса на выходе элемента 6 задержки, на управляющий вход усилителя 14 приходит импульс напряжения, который открывает транзистор 26, выполняющий фуйкцию генератора тока, При этом тбк транзистора 26 протекает через транзисторы 22 и 23, распределяясь между ними пропорционально величине информационных напряжений на базах этих транзисторов, и разряжает конденсаторы 20 и 21. Напряжения конденсаторов 20 и 21 воздействуют на затворы палевых транзисторов 28 и 29, включенных по схеме истоковых повторителей и обеспечивающих очень низкий ток разряда конденсаторов 20 и 21 и практически неизменное выходное напряжение е (Б) на выходах усилителя 14 напериод следования импульсов тока возбуждения. Через интервал времени, равный задержке импульса на элементе 7 и определяемый временем цифроаналогового преобразования и занесения в промежуточный регистр тока е,(Б), задержан1324111 50 ный элементом 7 импульс напряжения через элемент ИЛИ 12 поступает на вход усилителя 14 и запирает коммутатор 19, ,в результате чего конденсаторы 20 и 21 снова заряжаются до напряжения +Е. После заряда конденсаторов 20 и 21 усилитель 14 вновь готов к приему сигналов. Напряжения Б, и П считывающего элемента 3 при возбуждении его импульсом тока транзистора 33 от эле мента 8 воздействуют на базы дифференциальной пары транзисторов 24 и 25. При этом импульс напряжения элемента 8 приходит на вход усилителя 14 и открывает транзистор 27, выпол няющий также функцию генератора тока. Ток транзистора 27 протекает через транзисторы 24 и 25, распределяясь между ними пропорционально величине входных напряжений на базах 20 этих транзисторов, и разряжает конденсаторы 20 и 21, Напряжения конденсаторов 20 и 21 воздействуют на затворы полевых транзисторов 28 и 29, и на выходах усилителя 14 появляется уровень напряжения, соответствующий разности напряжений на полосковых проводниках считывающего элемента 3. , Это напряжение сохраняется на выходе усилителя 14 до прихода следующегоЗО импульса генератора 5. Это время определяется временем цифроаналогового преобразования, арифметических вычислений и занесения результата в регистр 17. 35Усилитель 14 собран по схеме выборки и запоминания с включением входных дифференциальных каскадов по схеме ИЛИ с управлением генераторов тока в цепи эмиттеров этих дифференциаль ных каскадов, Результирующий сигнал на выходе усилителя 14 равен разности напряжений на его входах, умноженной на коэффициент усиления К. В момент нарастания фронта импульса возбужце ния результирующий сигнал на выходе усилителя 14 равен нулю, так как Б, 0 е = (О -П)К .О. Вых Поскольку над считывающим элементом 2 расположена проводящая поверхность модулятора 4, то в момент нарастания Фронта импульса тока возбуждения в результате проникновения магнитного поля тока в металл поверхности модулятора 4 в ней возникают вихревые токи, магнитное поле которыхнаправлено встречно магнитному полютока в полосковых проводниках. В результате вычитания полей индуктивность полосковых проводников будетуменьшена. Это уменьшение характеризуется коэффициентом модуляции 6= 1, /1 где 1, - погонная индуктивность полосковых проводников, образующих считывающий элемент 2, при наличии модулятора 4 над считывающимэлементом 2. Модулятор 4 перекрываетсчитывающий элемент 2 на длине Ь,где Ь - ширина модулятора 4, равнаяполовине ширины считывающего элемента 2, которая задается длиной параллельных последовательно соединенныхучастков полосковых проводников. Длина 1 полоскового проводника, образую"щего половину считывающего элемента 2(с одной стороны от его оси симметрии) равна 1 = Ьп, где и - число параллельных участков полоскового проводника. С учетом воздействия моду"лятора 4 индуктивность полосковогопроводника, образующего половинусчитывающего элемента 2 (с одной стороны от его оси симметрии), равна 1. (8)=т, (- + 8)п+ХЬ (- - 8)п Ь Ьо о 2, 1 где Я - величина смещения оси модулятора 4 от оси симметрии считывающего элемента 2.Индуктивность полоскового проводника, образующего вторую половину считывающего элемента 2 (с другой стороны от его оси симметрии), соответственно равна(Б) = 1. (- - Б)п+61. (- + Я)п. Ь Ь о о 2 Напряжения на индуктивностях полосковых проводников, образующих считывающий элемент 2, в момент Фор-, мирования фронта импульса тока возбуждения соответственно равны:- 1.,п 2(1+ 6)- Я(1-6 ГЬ Ть о 2укаэанные напряжения подаются на дифференциальные входы усилителя 14, в котором разность этих напряжений усиливается и преобразуется в пос5тоянное напряжение е(Б) на период следования импульсов тока возбуждения, Такое преобразование достигается запоминанием усиленной разности амплитудных значений входных напряжений усилителя 14 на конденсаторах 20 и 21 Выходное напряжение усилителя 14 равно 13241 е, (Б) (П, -О )К К Ь Б(1- о )и. (1)Ю 1П (Я)- Ь, (1+В) (ь Б)(1 В) п,где Ь - расстояние между осями симметрии считывающих элементов2 и 3,Напряжения Б, и Ц подаются на дифЭто напряжение поступает на вход аналого-циФрового преобразователя 15, где оно по сигналу элементы ИЛИ 13, соответствующему заднему фронту импульса элемента 6, преобразуется в цифровой код, который заносится в регистр 16 по тому же сигналу элемента 6.20После занесения цифрового кода, соответствующего амплитуде сигнала е,(Я), считанного с элемента 2, задержанные элементами 7 и 8 импульсные сигналы открывают транзистор 33, который, так 25 же,как и транзистор 32, преобразует импульсы напряжения в импульсы тока возбуждения считывающего элемента 3. Амплитуда тока возбуждения ограничивается токозадающими резисторами 36 и 37, Считывающий элемент 3 расположен в одной плоскости с элементом 2, их оси симметрии параллельны и расстояние между ними равно. Считывающие элементы 2 и 3 модулируются одним модулятором 4, который смещается в направлении, перпендикулярном осям симметрии элементов 2 и 3. Ось модулятора 4 параллельна осям симметрии считывающих элементов 2 и 3 и расположена между ними. Напряжения на индуктивностях печатных полоскоВых проводников, образующих считывающий элемент 3, в момент нарастания Фронта импульса тока возбуждения 45 транзистора 33 с учетом положения модулятора 4 над считывающими элементами 2 и 3 равны: ференциальные входы усилителя 14. Разность этих напряжений усиливается усилителем 14 и запоминается на конденсаторах 20 и 21, Выходное напряжение усилителя 14, равноеег (Б) - К Ьо(й-Б) (1- 8 )и, (2)поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 15, где оно по сигналу элемента ИЛИ 13, соответствующему заднему Фронту импульса элемен" та 8, преобразуется в цифровой код, который поступает на вход арифметического блока 18.В арифметическом блоке 18 сигнал с выхода регистра 16 умножается на величину д, суммируется с сигналом с выхода АЦП 15, и результат умножения делится на полученную сумму. Таким образом, в арифметическом блоке 18 коды е,(Я) и е,(Б) обрабатываются по ФормулеЬ е,(Я)(3)е,(Я) + е (Я)где Б - смещение оси модулятора 4относительно оси симметриипервого считывающего элемента 2С выхода арифметического блока 18 код значения Б поступает на вход регистра 17, в который он заносится по заднему фронту импульса элемента 9 и хранится до прихода следующего импульса с этого элемента задержки, На этом заканчивается измерение и преобразование в цифровой код положения модулятора 4 относительно неподвижных считывающих элементов 2 и 3.Анализ формулы (3) показывает, что на конечный результат не влияют дестабилизирующие факторы, например изменение высоты модулятора 4 над считывающими элементами 2, 3 и параметров импульсов тока возбуждения 1 и , . При этом в одинаковой пропорции изменяются величины е 1 и ег а конечный результат Я остается без изменений.Для доказательства достоверности определения Б рассмотрим вольтметрические характеристики 38 и 39 считывающих элементов 2 и 3 при смещении модулятора 4 относительно них на участке ь (фиг.3), Согласно выражениям (1) и (2) характеристики е,(Б) и е (Б) линейны.При Я = 0 е,(0) = О,е (0) = - в 1. Ь(1 - Я )пК3 При Я Д е, (д) - 1. д (1- Р ) пкгв 10 ег(Ь) = О. Сумма е + е = - Ь Ь(1- о )пК пос 1 в1 готоянна на интервале от 0 до д .15Иэ геометрии вольтметрических характеристик е, = Г(Я) и е = Г(Я) выводится соотношение Ье,Яе,+е 20 40 Формула изобретения 11. Преобразователь перемещения в код, содержащий генератор, выход которого соединен с входом первого элемента задержки, выход которого сое динен с входом второго элемента задерзки, с входом первого ключа и с первым входом усилителя, датчик перемещения, выполненный на подвижном модуляторе из проводящего, материала и первом считывающем элементе, расположенном под модулятором и соединенном с общей шиной питания, первый выход ключа соединен с первым входом датчика перемещения, выходы усилителя соединены со входами .аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с информациТаким образом, преобразователь обеспечивает высокую точность, не зависящую от дестабилизирующих факто ров (изменение высоты модулятора 4 и параметров импульсов тока возбуждения), Использование считывающих элементов 2 и 3 в виде полосковых проводников, расположенных в одной плоскости с двух сторон от оси симметрии и содержащих несколько параллельных последовательно соединенных участков, перпендикулярных оси симметрии, ведет к улучшению технологич- З ности преобразователя, так как допускает возможность изготовления по технологии одностроеннего печатного монтажа. онными входами первого регистра,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения технологичности иточности преобразователя, в него введены третий и четвертый элементы задержки, второй ключ, два элемента ИЛИ,второй регистр, арифметический блок,второй считывающий элемент, подвижныймЬдулятор датчика перемещения выполнен в виде прямоугольной пластинышириной, равной половине ширины каждого из считывающих элементов, осьподвижного модулятора параллельнаосям симметрии первого и второго считывающих элементов, первый и второйсчитывающие элементы выполнены из двухпечатных полосковых проводников каждый,расположенных в одной плоскости исодержащих Ипараллельных последовательно соединенных участков,перпенди,кулярных оси симметрии, оси симметриипервого и второго считывающих элементоврасположены на расстоянии, равном одной четверти ширины считывающего элемента, выводы полосковых проводниковпервого и второго считывающих элементов являются первым и вторым, третьими четвертым входами датчика перемещения соответственно, второй выход первого ключа соединен с вторым входомдатчика перемещения, первый и второйвыходы второго ключа соединены стретьим и четвертым входами соответственно датчика перемещения, выходвторого элемента задержки соединенс входом третьего элемента задержкии с первым входом первого элементаИЛИ, выход третьего элемента задержкисоединен со входом четвертого элемента задержки, с входом второго ключа,с первым Входом второго элементаИЛИ и с вторым входом усилителя,выход генератора соединен с вторымвходом первого элемента ИЛИ, выходкоторого соединен с третьим входомусилителя, выход первого элемента задержки соединен с первым входом первогорегистра и с вторым входом второгоэлемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя, выход которогосоединен с первым входом арифметического блока и вторым входом первогорегистра, выход которого соединен свторым входом арифметического блока,выход которого соединен с первымвходом второго регистра, выход которого является выходом преобразовате 1324111ля, выход четвертого элемента задержки соединен с третьим входом арифметического блока и вторым входом второго регистра, выходы первого и второго ключей соединены с четвертым,пятым, шестым и седьмым входами усилителя соответственно2, Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что усилитель содержит шесть и-р-и-транзис- Юторов, два полевых транзистора, дварезистора, два конденсатора, коммутатор, первый и второй входы коммутатора, выводы стока первого и второгополевых транзисторов соединены с шиной положительного питания, вход управления коммутатора является третьим входом усилителя, первый выходкоммутатора соединен с коллекторнымвыводом первого п-р-п-транзистора, с 20Ъ.выводом затвора первого полевого транзистора, с первым выводом первого конденсатора и с коллекторным выводом вто-рого п-р-п-транзистора, второй выход коммутатора соединен с коллектор ным выводом третьего и-р-и-транзистора, с первым выводом второго конденсатора, с выводом затвора второгополевого транзистора и с коллекторнымвыводом четвертого п-р-п-транзистора,вторые выводы первого и второго конденсаторов соединены с шиной нулевогопотенциала, базовые выводы первого,второго, третьего и четвертого и-р-птранзисторов являются четвертым, шестым, пятым и седьмым входами усилителя соответственно, змиттерные выводыпервого и третьего, второго и четвертого и-р-п-транзисторов соответственно объединены и соединены с коллекторными выводами пятого и.шестого и-р-итранзисторов соответственно, базовыевыводы которых являются первым и вторым входами усилителя соответственно,змиттерные выводы пятого и шестогои"р-и-транзисторов подключены к шинеотрицательного питания, выводы истоков первого и второго полевых транзисторов через соответствующие резисторы соединены с Шиной нулевого потенциала и являются выходами усилителя.пр-тие, г. УжгОрОд НИИПИ ОИ 9 В ПОЛИ аказ 297 1324111 ираж 90 Проектна ПИСНО