Устройство для считывания графической информации

(71) Институт теки АН Белорусск, 1980. ОСУДАРСТЭЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ) содержащеепланшет с системами взаимно ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушками съемникакоординат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый изкоторых состоит из последовательносоединенных сумматора) полосовогофильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит время-импульсный преобразователь, первый и второй счетчики и элементы И,выходы которых подключены к счетнымвходам вторых счетчиков, а входы -к выходам время-импульсных преобразователей, первых и вторых счетчикови к выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналоврассогласования фаз, две индуктивноемкостные линии задержки, соединенные с соответствующей системой токопроводящих шин и с входами блокауправления, выходы которого подклюЧены соответственно к катушкам съемника координат, входам время-импульсных преобразователей и установочнымвходам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюупрощения устройства, оно содержитчетыре фильтра нижних частот, выполненные, например, в виде трансформаторов, первичные обмотки которых соединены с соответствующими индуктивно-емкостными линиями задержки, авторичные обмотки попарно подключены к входам сумматоров блоков формирования сигналов рассогласования фаз.1096669 1Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и ввода информации в ЭВИ.Известно устройство для считыва ния графической информации, содержащее планшет с системами ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушкой съемника координат, блоки Формирования сигналов 1 О рассогласования Фаэ, каждый из кото-. рых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора; блоки формирования кодов координат, каждый 15 из которых содержит первый и второй счетчики, одни из входов первых счет- чиков подключены к выходам соответствующих амплитудных дискриминаторов, входы сумматора соединены с сис темами ортогональных токопроводящих шин, съемник координат, подключенный к блоку управления, управляющие выходы которого соединены с соответствующими входами первого и второго 25 счетчиков блоков формирования кодов координат11,Недостатком устройства является то, что считывание координат осуществляется однозначно лишь в пределах ЗО одного периода опорной частоты, отрыв.съемника координат от поверхности планшета и перенесение его в другую точку приводит к потере абсолютного значения координат, т.е, к ошиб-ке измерения, равной целому числу периодов измерительной частоты. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушками45 съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит из последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый из которых содержит время-импульсный преобразователь, первый и второй счетчики и элементы И, выходы которых подклю 55 чены к счетным входам вторых счетчиков, а входы к выходам время-импульсных преобразователей, первых и вторых счетчиков и к выходам амплитудных преобразователей блоков формирования сигналов рассогласования фаз, две индуктивно-емкостные линии задержки, соединенные с соответствующей системой токопроводящих шин и со входами блока управления, выходы которого подключены соответственно к катушкам съемника координат, входам время-импульсных преобразователей и установочным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат 1.2 2.Недостатком известного устройства является сложность, обусловленная необходимостью изготовления в планшете по каждой координате двух систем токопроводящих шин.Целью изобретения является упрощение устройства.Укаэанная цель достигается тем, что устройство для считывания графической информации, содержащее планшет с системами взаимно ортогональных токопроводящих шин, индуктивно связанных с катушками съемника координат, блоки формирования сигналов рассогласования фаз, каждый из которых состоит иэ последовательно соединенных сумматора, полосового фильтра и амплитудного дискриминатора, блоки формирования кодов координат, каждый иэ которых содержит время-импульсный преобразователь, первый и второй счетчики и элементы И, выходы которых подключены к счетным входам вторых счетчиков, а входы к выходам время-импульсных преобразователей первых и вторых счетчиков и к выходам амплитудных дискриминаторов блоков формирования сигналов рассогласования Фаз, две индуктивно-емкостные.линии задержки, соединенные с соответствующей системой токопроводящих шин и со входами блока управления, выходы которого подключены соответственно к катушкам съемника координат, входам время- импульсных преобразователей и установочным входам вторых счетчиков блоков формирования кодов координат, содержит четыре фильтра нижних частот, выполненные, например, в виде трансформаторов, первичные обмотки которых соединены с соответствующими индуктивно-емкостными линиями задержки, а вторичные обмотки попарно подключены к входам сумматоров блоков формирования сигналов рассогласования Фаз.На фиг, 1 показана функциональнаясхема предлагаемого устройства;на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу; на фиг, 3 - диаграммы, поясняющие процедуру формирования сигнала рассогласования.В состав устройства (фиг. 1) входят планшет 1, с системами 2-3 взаимно ортогональных прямолинейныхизолированных друг от друга токолроводящих шин, две лары 4 и 5 трансформаторов низкочастотных фильтров,съемник 6 координат с катушками 7и 8 индуктивности, установленнымисоосно и индуктивно связанными сшинами планшета, первый 9 и второй10 блоки формирования сигналов рассогласования (сдвига фаз), каждыйиз которых содержит последовательносоединенные сумматор 11, лолосовойФильтр 12 и амплитудный дискриминатор 13, первый 14 и второй 15 блокиформирования кодов координат, включающие в себя первый счетчик 16 дляопределения сдвига Фаз между опорнымсигналом и сигналом рассогласования(счетчик точного отсчета), второйсчетчик 17 числа периодов для определения номера рамки, в которой расположен центр съемника координат(счетчик грубого отсчета), время-импульсный преобразователь 18 на основе последовательно соединенных триггера 19 и элемента И 20, элементы ИИ 21 для коррекции кодов координатсчетчика грубого отсчета, блок 22управления, содержащий генератор 23счетньм импульсов, делитель 24 частоты, усилители 25-28 и элемент 29задержки,На планшете 1 пунктиром ограничена рабочая зона 30 поля считывания, в которой проводники двух групп шин уложены в виде координатной сетки. Каждая из систем шин 2 и 3 состоит из синусной и косинусной обмоток (рамок), уложенных в плоскости планшета со сдвигом на четверть полного периода рамки. Эти шины индуктивно связаны с катушкой 7 и образуют с ней фазовращатель. Выходы шин соединены с соответствующими парами 4 и 5 трансформаторов, подключенных к суммирующим и дифференцирующим входам сумматора 11 первого 9 и второго 10 блоков формирования сигналов сдвига фаэ. Катушка 7 съемника координат через усилитель 27 со единена с выходом делителя 24 частотывход которого соединен с выходом генератора 23, а разрядные выходы - свходами счетчиков 16. Системы шин2 и 3 индуктивно связаны с катушкой8 съемника координат и совместно сцепочками 31 и 32 индуктивностейи группами 33 и 34 емкостей, подключенных к шинам 2 и 3, образуют первую и вторую электрические цепи сраспределенными параметрами (индуктивно-емкостные линии задержки), квходам и выходам которых подключенырезисторы 35 с номиналом, соответствующим их волновому сопротивлению,Первая и вторая индуктивно-емкостныелинии задержки своими выходами соеди 10 15 Первый из этих сигналов подвергается в сумматоре 11 дифференцированию, а затем суммируется с сигналомПри этом на выходе сумматора 11 формируется сигнал рассогласования фаз также синусоидальной формы,С выхода сумматора сигнал проходит через полосовой фильтр 12 на вход амплитудного дискриминатора 13, который в моменты перехода суммарного сигнала через ноль формирует сигнал рассогласования (сдвига фаз), по 50 55 иены через усилители 25 и 26 с входами время-импульсных преобраэова 20телей 18, а катушка 8 съемника координат через элемент задержки 29и усилитель 28 подключена к выходуделителя 24 частоты,25Устройство работает следующим об-,разом.В момент включения устройства генератор 23 начинает вырабатывать импульсы, следующие через равные интервалы времени, соответствующие величине дискретности представления измеряемых координат; При поступленииуказанных импульсов на вход делителя24 частоты, последний вырабатываетпериодический сигнал, который с помощью усилителя 28, имеющего полосо-.вой Фильтр, преобразуется в синусоидальный сигнал электрического тока,который, протекая в катушке 7 съемника координат, возбуждает в зоне40 пространства с центром в точке считывания переменное электромагнитноеполе, изменяющееся во времени по синусоидальному закону. Это поле наводит в проводниках синусньм и коси 45 нусных обмоток сигналы вэаимоиндукциии 1 низкой частоты.ступающий на счетчик 16 и на входыэлемента И 21. Этот сигнал осуществляет перезапись числа, соответствующего сдвигу фазы сигнала рассогласо- .вания относительно опорного из делителя 24 частоты в счетчик 16. В результате в счетчике 16 с высокойточностью фиксируется число, соответствующее этому фазовому сдвигу.Обновление кода в счетчике 16 происходит с частотой ю синусоидальногосигнала (частота порядка 10 кГц),Система грубого отсчета, образованная элементами 2,3,8,21,24-26и 29 в устройстве работает следующимобразом,По фронту импульса 0 с выходаделителя 24 частоты триггер 19 исчетчики 17 каналов 14, 15 устанавливаются в исходное состояние. Импульс 04, задержанный элементом 29на время г в момент времениустанавливает триггеры 19 в единйчноесостояние и через усилитель 28 короткими импульсом (порядка 0,1 мкс) возбуждает катушку 8 индуктивности, которая наводит в системах 2 и 3 шинЭДС взаимоиндукции. Ток, наводимый вшинах в области съемника кординат,приводит к возникновению электромагнитной волны, которая распространяется от центра съемника координат внаправлении координатных осей в обестороны.,Как только электромагнитнаяволна достигает конца первой или 35второй электрической цепи с распределенными параметрами, триггер 19 сигналом У (У ) с выхода соответствующе 5го усилителя (25 .или 26) возвращается в исходиое состояние и в счетчике 17 фиксируется код Рх(Р) (фиг.2),пропорциональной абсолютной координате. Исключение влияния абсолютнойсистемы отсчета на точное измерениесдвига фаз счетчиками 16 в устройстве достигнуто за счет использованиятрансформаторов 4 и 5, играющих рольфильтра нижних частот и узкополосныхфильтров 12, настроенных на частотум опорного сигнала. 50 Однакб на этом не заканчивается формирование координат в блоках 14 и 15 устройства. Записанные в счетчиках 16 и 17 коды далее подвергают ся сравнительному анализу. Это необходимо для того, чтобы с учетом точного положения съемника в пределах одной из рамок, исправить код грубого отсчета.Как известно преобразование временного интервала в код происходит с неопределенностью, максимальная ве-, личина которой равна + д г, гдедг - период следования счетных импульсов.На фиг, 3 зона неопределенности заштрихована. Приведенные диаграммы напряжений У, ц, У,д, Б различных частот описывают рамки одним, двумятремя и четырьмя импульсами соответственно. Как видно из диаграмм, с увеличением частоты счетных импульсов зона неопределенности сужается, однако не исчезает. Но это не значит, что для устранения грубого отсчета необходимо и далее увеличивать частоту счетных импульсов.В силу неопределенности времени появления переднего фронта каждого четвертого импульса номер рамки в измерительном цикле может записаться в счетчиках 17 с погрешностью в одну единицу счета или в одну четвертую часть периода укладки шин в группах 2 и 3.Исключение этой погрешности достигается следующим образом.Пусть минимальная единица грубого отсчета, выраженная в единицах периода укладки рамок, т.е. в единицах фазового рассогласования в основной измерительной системе, равнаЬ где в - число дискретов, на которое квантуется размер рамки. Это означает, что в результате время-импульсного преобразования времени пробега электромагнитной волной измеряемого расстояния номер рамки записан в счетчик 17 с неопределенностью 6 в . Тогда, если измеренная величина равнаФ 1(ЬФ или , где К = 1,1 нельзя однозначно указать, в какой из рамок находится центр съемника координат. Чтобы исключить эту неоднозначность сравниваются величина сигнала У рассогласования фаз с кодом счетчика 17 грубого отсчета. Если величина, измеренная счетчиком 17, равна -ЙЮвеличина г значительная (больше в ), то номер рамки принимается равяным К, если 9 меньше - , то номер г ф ДХрамки принимают равным К - 1; когда же измеренная счетчиком 17 величина равна ЙЗ- , тогда, если УХ меньЛше - , то номер рамки принимается равйым К + 1, а еслибольше ях2то номер рамки принимается равным К(фиг, 3). Сопоставительный анализ величины фазового рассогласования и времени задержки измерительного сигнала относительно опорного, записанных в виде кодов в счетчиках 16 и 17 .производят элементы И 21, которые На основании анализа этих величин обеспечивают изменение результирующего кода, записанного в счетчике17, на единицу,На этом формирование результирующего кода заканчивается,Использование предлагаемого устройства снижает себестоимость единицы выпускаемой продукции на257, поскольку упрощается технологияизготовления и конструкция планшета,стоимость которого составляет около507 стоимости устройства в целом.(38 Тираж 699 НИИПИ Государственнпо деламизобрете 13035, Иосква, Жтета ССС Заказ 3828 Вг о коми ийио Раушс крытии ф де ал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,