Преобразователь перемещения в код

.(5) Н 03 М 1/24 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОЧНРЫТИ Н АВТОРСКОМУ СВ(56). 1. Авторское свидетельство СССР У 746658, кл. С 08 С 9/06, 1976.2. Авторское свидетельство СССР. В 966722, кл. С 08 С 9/06, 198 1 (прототип).(54)(5) 1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЦЕНИЯ В КОД, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, установленные на одной оптической оси с последовательно расположенными светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирую- щего диска, четвертой линзой и фотоприемником точного отсчета, дополнительный фо 1 оприемник, установленный ка другой оптической оси последовательно расположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через .одноименный усилитель с первыми входами первого, второго и третьего аналоговых ключей, вторые и третьи входы которых соединены с первыми и вторьыи входами. соответственно чет-. вертого, пятого и шестого аналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходом генератора, выходы первого, второго и третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управляемыеисточники питания с третьими входами четвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединены с входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемников грубого отсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого подключен к входу преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласования. отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение - код, С о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразо-, - вателя,в него введены триггер,интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной регистр, блок .коррекции точ кого отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой ширины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски, а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть пега штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соеди иены с входами форьшрователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, а второй и третий выходы соединены с управляющими входами блока коррекции. точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом1150765 цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым входом преобразователя напряжение-код, выходы которого подключены к входам блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов бло. ка согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а выход является выходом преобразователя.2. Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, а именно к оптико-электронным устройствам для преобразования аналоговых вели- чин в цифровую форму, и предназначе- . 5 но для использования в измерительных системах,Известен преобразователь перемещения в код, содержащнй поСлЕдователь 10 но расположенные источники излучения точного и грубого отсчетов, светомодулятор в виде лимба, установленного на камертоне, кодовый диск с дорожками точного и грубого отсчетов, блок 15 преобразования и выходной блок 13Однако такой преобразователь характеризуется недостаточной точностью, которая определяется ограниченной точностью светомодулятора. 20Наиболее близким к предлагаемому является преобразователь перемещения в код, содержащий источники излучения грубого отсчета, оптически соединенные через последовательно расположенные ще.левую диафрагму, первую линзу, дорожки грубого отсчета кодирую- щего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета, уста новленные на одной .оптической оси с последовательно расположенными светокоррекции точного отсчета содержитпервый и второй регистры, цифровойкомпаратор, преобразователь кода,цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединеныс входами и с первой группой выходовблока, управляющие входы первого ивторого регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра черезпреобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового переключателя, управляющий вход которого соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого подключенык выходам второго регистра, выходыцифрового переключателя подключе -ны к второй группе . выходов блока,модулятором, на котором нанесены про -странственно сдвинутые маски, светоделительным элементом, третьей линзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой сфотоприемником точного отсчета, дополнительный фотопрнемник установленныйна другой оптической оси последователюрасположенных пятой линзы и светоделительного элемента, выход дополнительного фотоприемника соединен через одноименный усилитель с первымивходами. первого, второго и третьегоаналоговых ключей, вторые и третьивходы которых соединены с первыми ивторыми входами соответственно четвертого пятого и шестого аналоговыхключей н выходами кольцевого счетчика, вход которого соединен с выходомгенератора, выходы первого, второгои третьего аналоговых ключей соединены через соответствующие управляемыеисточники питания с третьими входамичетвертого, пятого и шестого аналоговых ключей, выходы которых соединеныс входами источников излучения точного отсчета, выходы фотоприемниковгрубого отсчета соединены с входамипервого усилителя., выход которого.соединен с входом преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласова11507ния отсчетов, выход фотоприемника точного отсчета через второй усилительсоединен с первым входом преобразователя напряжение - код 2 3,Однако известный преобразовательхарактеризуется недостаточной точностью обусловленной уходом параметровэлектронной схемы преобразователя и,в первую очередь, источников излучения, нестабильностью фазы первой 10гармоники сигнала на выходе усилителсй, которая появляется при узкойполосе пропускания усилителя. Расши -рение полосы пропускания усилителяприводит к искажению сигнала ввидуналичия других гармоник сигнала. Целью изобретения является повышение точности преобразователя,Поставленная цель достигается тем,что в преобразователь перемещенияв код., содержащий источники излучения грубого отсчета, оптические соединенные через последовательно расположенные щелевую диафрагму, первуюлинзу, дорожки грубого отсчета кодирующего диска и вторую линзу с фотоприемниками грубого отсчета, три источника излучения точного отсчета,установленные на одной оптическойоси с последовательно расположенными 30светомодулятором, на котором нанесены пространственно сдвинутые маски,светоделительным.элементом, третьейлинзой, дорожкой точного отсчета кодирующего диска и четвертой линзой З 5с фотоприемником точного отсчета,дополнительный Фотоприемник, установленный на другой оптической оси по. следовательно расположенных пятойлинзы и светоделительного элемента, 0выход дополнительного фотоприемникасоединен через одноименный усилительс первыми входами первого, второгон третьего аналоговых ключей, вторыеи третьи входы которых соединены с 45первыми и вторыми входами соответственно четвертого, пятого и шестогоаналоговых ключей и с выходами кольцевого счетчика, вход которого соеди-нен с выходом генератора,. выходы первого, второго и третьего аналоговыхключей. соединены через соответствующие управляемые источники питанияс.третьими входами четвертого, нятоГо и шестого аналоговых ключей, Выходы которых соединены с входами источников излучения точного. отсчета,выходы фотоприемников грубого атсчета соединены с входами первого усилителя, выход которого соединен с входом преобразователя кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока согласования отсчетов, выход Фотоприемника точного отсчета через второй усилитель соединен с первым входом преобразователя напряжение - код, введены триггер, интегрирующий усилитель, цифровой компаратор, выходной регистр, блок коррекции точного отсчета, формирователь управляющих импульсов, а светомодулятор содержит три маски из прозрачных и непрозрачных штрихов одинаковой ширины, штрихи второй маски сдвинуты на половину шага штрихов первой маски, а штрихи третьей маски сдвинуты на четверть шага штрихов первой маски, выходы кольцевого счетчика соединены с входами Формирователя управляющих импульсов, первый выход которого соединен с первым входом триггера, а второй и третий выходы соединены с, управляющими входами блока коррекции точного отсчета, второй вход триггера соединен с выходом цифрового компаратора, входы которого соединены с первой группой выходов блока коррекции точного отсчета, выход триггера соединен через интегрирующий усилитель с вторым Входом преобразователя напряжение - код, выходы которого подключены к группе входов блока коррекции точного отсчета, вторая группа выходов которого соединена с первой группой входов выходного регистра и второй группой входов блока согласования отсчетов, выходы которого подключены к второй группе входов выходного регистра, управляющий вход которого соединен с вторым выходом кольцевого счетчика, а выход является выходом преобразователя.Блок коррекции точного отсчета содержит первый и второй регистры, цифровой компаратор, преобразователь кода, цифровой переключатель, входы первого и второго регистров соединены с входами и с первой группой выходов блока, управляющие входы первого и второго регистров соединены с управляющими входами блока, информационные выходы первого регистра через преобразователь кода соединены с соответствующими входами цифрового пе" реключатели, управляющий вход которо" го соединен. с выходом цифрового ком 1150765паратора, входы которого подключенык выходам второго регистра, выходыцифрового переключателя подключенык второй группе выходов блока.На Фнг. 1 представлена. структурная 5схема греобразователя; на Фиг, 2 -маски светомодулятора, размещенныеотносительно дорожки точного отсчетакодирующего диска; на фиг. 3 - временная диаграмма напряжения на выходеусилителя фотоприемника точного отсчета,Преобразователь содержит источники 1 излучения грубого отсчета, источники 2, 3 и 4 излучения точногоотсчета, светомодулятор 5, светоизоляторы 6, щелевую диафрагму 7, светоделительный элемент 8, линзы 9 и 10,кодирующий диск 11, вал 12, дорожки13 грубого и 14 точного отсчетов,линзы 15 и 16, фотоприемники 17 грубого отсчета, Фотоприемник 18 точного отсчета, усилители 19 и 20, преобразователь 21 кодов, блок 22 согласования отсчетов, выходной регистр23, дополнительный фотоприемник 24,усилитель 25, аналоговые ключи 26,2. и 28, управляемые источники 29,30 и 31 питания, аналоговые ключи32, 33 и 34, генератор 35, кольцевойсчетчик 36, триггер 37, интегрирующий усилитель 38, преобразователь 39напряжение - код, Формирователь 40управляющих импульсов, блок 4 1. кор.рекции точного отсчета, регистры 42 35и 43, цифровой компаратор 44, преобразователь 45(сигналов в дополни -3 тельный) код, цифровой переключатель46 и цифровой компаратор 47.Источникиизлучения оптически40 соединены через линзу 9, дорожки 13 кодирующего диска 11 и линзу 15 с фотоприемниками 17, выходы которых электрически соединены с усилителем 19, источники 2, 3 и 4 излучения4,5 светомодулятором 5 оптически соединены через линзу 10, дорожку 14 кодирующего диска 1 и линзу 16 с фотоприемником 18, выход которого через усилитель 20 электрически соеди. нен с преобразователем 39 напряжение в .код, выход которого соединенс блоком 4 1 коррекции точного отсчета и цифровым компаратором. 47, выход компаратора 47 соединен с входом триггера .37, выход которого через .интегрирующий усилитель 38 соединен с входом преобразователя 39 напряжение - код, источники 2, 3 и 4 излучения через светомодулятор 5, светоделительный элемент 8 соединены с фотоприемником 24, выход которого соединен через усилитель 25 и аналоговые ключи 32, 33 и 34 с входами управляемых источников 29, 30 и 31 питания, соединенных своими выходами через аналоговые ключи 26, 27 и 28 с источниками 2, 3 и 4 излучения точного отсчета соответственно. Входы аналоговых ключей 32 - 34 и 26 - 28 и формирователя 40 управляющих импульсов подключены к выходу кольцевого счетчика 36, вход которого соединен с генератором 35.Кодирующий диск 11 имеет две дорожки 13 грубого отсчета и дорожку 14 точного отсчета. Дорожка 14 точного отсчета выполнена в виде маски с прозрачными и непрозрачными штрихами (фиг, 2), имеющими равные размеры, величины которых в угловой мере равны минимальному углу, через который изменяется значение грубого отсчета, снимаемого с двух дорожек 13.На светомодуляторе 5 нанесены три маски, каждая иэ которых представляет собой штриховой растр сравными прозрачными и непрозрачными штрихами, причем вторая маска сдвинута относительно первой на половину.шага штрихов, а третья - ча четверть шага штрихов. Каски отделены друг от друга светоизоляторами 6 и пропускают световой поток только от своего источника 2, 3 и 4 излучения точного отсчета.Линза 10 формирует иэображение масок на дорожке 14 точного отсчета таким образом, чтобы шаг штрихов масок совпал с шагом штрихов дорожки 14 точного отсчета.Преобразователь работает следующим образом.Генератор 35 вырабатывает импульсы, которые запускают кольцевой счетчик 36. На выходе счетчика 36 вырабатываются импульсы управления, которые открывают аналоговые ключи 26, 27 и 28, подключая управляемые источники 29, 30 и 31 питания к соответствующим источникам излучения 2, 3 и 4 точного отсчета.Световой поток от источников 2, 3 и 4 излучения проходит через соответствующие маски светомодулятора 5 и разделяется светоделительным элементом 8 на два потока, один иэ которых1150765 7предназначен для измерения углового перемещения вала 12 и калибровки преобразователя 39 напряжение - код, другой - для коррекции величины светового потока от каждого источника 2, 5 3 и 4 излучения точного отсчета. Величина светового потока, приходящего на фотоприемник 18 от каждого источника 2, 3 и 4, зависит от взаимного расположения масок и штрихов дорожки 10 14 точного отсчета.Измерение угла преобразователем происходит периодически. Период измерения, состоящий из .четырех тактов, задается кольцевым счетчиком 36 в ви де двоичного кода на управляющие входы аналоговых ключей 32 - 34 и 26 - 28 (в качестве аналоговых ключей могут быть применены, например, четырехканальные мультиплексоры). На вход 20 кольцевого счетчика 36 поступают импульсы с генератора 35.В первый такт периода измерения (фиг. 3)к управляемому источнику 29 питания через. открытый аналоговый 25 ключ 26 подключен источник 2 излучения.точного отсчета, освещающий первую маску. Часть потока от источника 2 излучения через светоделительный элемент 8 поступает на фотоприемникЗО 24, сигнал с которого усиливается усилителем 25 и через открытый аналоговый ключ 32 подается на управляемый источник 29 питания для корректировки светового потока. Основная часть потока с источника 2 излучения З 5 , попадает на дорожку 14 точного.отсчета кодирующего диска 11, на.которой формируется изображение первой маски светомодулятора 5, и далее через линзу 16 - на фотоприемник 18, напря 40 жение с которого через усилитель 20 поступает на преобразователь 39 напряжение - код для измерения. Код, .снимаемый с выхода преобразователя 39 пропорционален попавшему на фото 45 приемник 18 световому потоку, а следовательно,и углу о поворота кодирую- щего диска 11 и поступает в блок 41 коррекции точного отсчета в виде двоичного позиционного кода, где записывается в регистр 42 импульсом с формирователя 40 импульсов.Во второй такт периода измерения источник 3 излучения точного отсчета, освещающий вторую маску, подключается через открытый аналоговый ключ 27 к управляемому источнику 30 питания. В третий такт периода измеренияисточник 4 излучения, освещающийтретью маску, через открытый аналоговый ключ 28 подключен к управляющемуисточнику 31 питания.Корректировка источников 30 и 3 1питания во второй и третий тактыпроисходит аналогично корректировкеисточника 29 питания в первом такте,измерения,Таким образом, световые потокиисточников 2, 3 и 4 излучения точного отсчета поддерживаются равнымидруг другу.В третий такт измерения поток отисточника 4 излучения точного отсчета проходит через третью маску, линзу 10, дорожку 14 точного отсчетакодирующего диска 11, линзу 16 и поступает на фотоприемник 18 точногоотсчета, напряжение с которого, усиленное усилителем 20, фиксируетсяпреобразователем 39 напряжение - код,Число в .виде двоичного позиционногокода поступает в блок 41 коррекцииточного отсчета, где записываетсяв регистр 43 импульсом с формирователя 40 управляющих импульсов.В четвертый такт периода измерения к источникам 29 и 30 питания подключены через открытые аналоговыеключи 26 и 27 источники 2 и 3 излучения точного отсчета. Световой поток от источников 2 и 3 излученияточного отсчета проходит через линзу 1 О, дорожку 14 точного отсчетакодирующего диска 1 и линзу 16 нафотоприемник 18. В этом случае световой поток на выходе фотоприемника 18также не зависит от углового положения К кодирующего .диска 11, напряжение на выходе фотоприемника 18 определяется выражением0:ф КфтО,где фш - световой поток каждого источника (ф = ф = ф = ф)Кф - коэффициент преобразованияфотоприемника 18;Г - функция пропускания светомодулятора 5;8 - угловой размер прозрачногоштриха.Напряжение с фотоприемника 18 точного отсчета через усилитель 20 посту-пает на преобразователь 39 напряжение - код, на выходе которого. формируется код, который сравнивается на. цифровом компараторе 47 с наперед за 9 115076 данным кодом, и результат сравнения записывается в триггер 37 импульсом с формирователя 40 управляющих импульсов. Сигнал с триггера 37 через интегрирующий усилитель 38 воздействуетна коэффициент преобразования преобразователя 39 напряжение - код таким образом, чтобы откорректировать двоичное позиционное число на выходе преобразователя 39 напряжение - код, 1 О . если оно изменилось с предыдущего периода. Коэффициент преобразования преобразователя 39 напряжение - код . после корректировки в четвертом такте измерения остается неизменным до четвертого такта следующего периода, (до следующей корректировки), Такой корректировкой устраняются ошибки, вызванные изменением светового потока Ф от источников 2, 3, 4 излучения 2 О точного отсчета, которое возможно ввиду нестабильности фотоприемника 24, усилителя 25, а также общих нестабильностей в светоотдаче источников 2, 3 и 4 точного отсчета и характеристик управления источников 29, 30 и 31 питания; устраняются также ошибки, вызванные нестабильностью фотоприемника 18 точного отсчета и усилителя 20. При высокой тактовой час- ЗО тате генератора 35 время между корректировками коэффициента преобразования преобразователя 39 напряжение - код (четвертые такты периода измерения) мало и указанные выше ошибки не ска 5 10зываются на точности измерения угла преобразователем.Для устранения влияния на точность преобразования угла поворота вала эксцентриситета вала, боя подшипников и т.п. устанавливаются две (лучше четыре) диаметрально расположенные относительно кодирующего диска Фотоэлектрические отсчетные системы.Информация с дорожек 13 грубого отсчета снимается с. помощью щелевойдиафрагмы 7.С выходов фотоприемников 17 гру - бого отсчета снимается однопеременный код, который через усилитель 19 поступает в преобразователь 21 кодов, где преобразуется в позиционный дво - ичный код. Полученный позиционный двоичный код в блоке 22 согласованияотсчетов корректируется по коду точного отсчета, который поступает из регистра 42 блока 41 коррекции точного отсчета через цифровой переключатель 46 прямым или дополнительнымкодом (в зависимости от сигнала" 1" или ч 0" на выходе цифрового компаратора 44). Код грубого отсчета с блока 22 согласования отсчетов и кодточного отсчета с блока 41 коррекцииточного отсчета поступает в выходнойрегистр 23 как информация об углеповорота.Применение изобретения обеспечивает повышение точностипреобразователя.1150765 Фрау тра спорая маска трет Составитель Ю,Котовеселовская Техред М.Надь Корректор В.Синицкая едакто аказ 2174 сное филиал ППП "Патент, г.ужгород, ул.Проектная,44 Тираж НИИПИ Государственно по делам изобретен 13035, Москва, Ж, 72. По комитета СССР