Устройство для считывания информации

ЕЛЬСТВУ Х АВТОРСКОМ У 45изики СО АН СССРЭ.К. Скворцов 722,1972.ство СССР11/06, 198 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ(57) Изобретение относится к области автоматики, в частности к устройствам для считывания информации.Цель изобретения - повышение точности устройства. Поставленная цель достигается путем удаления точечныхизлучателей съемника координат какот руки оператора, так и от поверхности объекта,.что исключает влияние отраженных сигналов на результат измерения координат. 1 з.п,ф-лыу 5 илеИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для считывания и ввода в ЭВМ информации, например для считывания координат точек внутри полостей и углублений сложных пространственных объектов, в частности, в стоматологии при морфометрии лица и органов полости рта.Цель, изобретения состоит в повышении точности устройства.На фиг, 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- конструктивное выполнение блока управления; на фиг. 3 - конструктивное. выполнение интегратора; на фиг. 4 - конструктивное выполнение демодулятора; на фиг, 5 - конструктивное выполнение съемника координат.Устройство включает съемник координат. с визиром 2, точечные приемники 3 ультразвуковых колебаний, усилители-формирователи 4, демодуляторы 5 частотно-модулированных сигналов, блок 6 управления, коммутаторы 7, интегратор 8, первый усилитель 9 мощности, формирователь 10 суммарной и разностной импульсных последовательностей, элемент И 11, генератор 12 импульсов и второй усилитель 13 мощности.Блок 6 управления (Фиг. 2) содержит последовательно подключенные к входной шине делитель 14 частоты на два, сумматор 15 по модулю два и двоичный счетчик-делитель 16, к промежуточному выходу которого через вентиль 17 присоединен второй вход сумматора 15. Второй вход вентиля 17 подключен к выходу триггера 18, тактовый вход и вход установки нуля которого соединены с промежуточными выходами счетчика-делителя 16, к другим промежуточным выходам которого подключен триггер 19 и формирователь 20 пакетов импульсов. Два выхода формирователя 20 присоединены к входам вентилей 21, 23 и 22, 24 соответственно. Вторые входы вентилей 21 и 22 подключены к выходу 25-1 счетчика-делителя 16, а вторые входы вентилей 23 и 24 - к выходу счетчика- делителя 16, инверсному по отношению к выходу 25-1. Выход 26 делителя 14 подключен к демодуляторам 5 (фиг. 1), Выход 27 сумматора 15, выходы 28 и 29 счетчика-делителя 16 подключены50 к Формирователю 10 (фиг. 1) . Выход30 триггера 19, выходы 25-1 - 25-4и 31 счетчика"делителя 16 присоединены к интегратору 8 (Фиг. 1). Квыходам 32 и 33 вентилей 21 и 22 подключены первый усилитель 9 мощности(фиг. 1), а к выходам 34 и 35 вентилей 23 и 24 - второй усилитель 13мощности. Интегратор 8 устройства содержитвосемь одинаковых подсхем, одна изкоторых показана на Фиг. 3. Подсхемавключает последовательно соединенныеэлемент 2 И-ИЛИ-НЕ 36, делитель 37частоты, триггер 38, подключенный кделителю 37 тактовым входом, элемент2 И-ИЛИ-НЕ 39 и делитель 40 частоты.Выход делителя 37 через триггер 41,сумматор 42 по модулю два и триггер43 подключен к входу установки нуля триггера 38. Второй вход сумматора 42 соединен с первым входом элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 36, первым и третьим входами подключенного через триггер 44 с входом 45 к одному выходу соответствующего демодулятора 5 (фиг, 1), Вход 46 (второй) элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 39 подключен к выходу элементу И 11 (Фиг. 1), третий вход элемента 2 ИИЛИ-НЕ 39 - к выходу элемента 2 ИИЛИ-НЕ 36, а четвертый вход - к инверсному выходу триггера 43. Вход47 (второй) элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 36соединен с выходом Формирователя 10для суммарной последовательности импульсов, а вход 48 (четвертый) - свыходом формирователя 10 для разностной последовательности импульсов(фиг. 1). Тактовые входы 25-1 (25-3),25-2 (25-4) и 30 триггеров 44, 43 и41 и вход 31 установки нуля триггера43 подключены к выходам блока управления. При этом для четырех подсхеминтегратора использован выход 25-1 45 (25-2), а для других четырех - выход25-3 (25-4), Выходы делителя 40 являются выходами интеграторов 8.Демодулятор 5 устройства (фиг. 4)содержит последовательно соединенные 50 счетчик-делитель 49, триггер 50,подключенный к счетчику-делителю 49тактовым входом, и счетчик-делитель51, присоединенный к триггеру 50входом установки начального значения. Счетчик-делитель 52 подключенк выходу счетчика 49, триггер 53присоединен к выходу счетчика-делителя 52, триггер 54 подключен такто 1275492вым входом к выходу счетчика-делителя 51, Счетные входы 26 счетчиков- делителей 49 и 51 объединены и подключены к соответствующему выходу блока 6 (фиг2). Входы 55 служат . 3 для установки начального состояния счетчика-делителя 51. Вход 56 установки нуля триггеров 50 и 54 подключен через коммутатор 7 ( фиг, 1) к выходам 57 переполнения делителей 40 соответствующей пары подсхем интегратора (фиг. 3), одна иэ которых имеет вход 25-1, а другая - вход 25-3, соединенные с блоком 6, Тактовый вход триггера 53 и вход установ ки нуля счетчика-делителя 51 соединены с выходом триггера 54, тактовый вход которого подключен к выходу счетчика-делителя 51.20Вход 58 установки нуля счетчика 49 соединен с выходом усилителя-формирователя 4 (фиг. 1)Вход установки нуля счетчика-делителя 52 соеди 2 нен с инверсным выходом триггера 50. Выход 45 триггера 53 является выходом демодулятора, подключенным к входу соответствующей подсхемы интегратора 8 (фиг, 1)Съемник 1 координат (фиг. 5) со- б держит два элемента-трубки 59 и 60, фиксированные относительнодруг друга на одной прямой (оси) с помощью держателя 61. Центр-указатель 62 крепится на конце трубки 59. Проти воположный конец трубки имеет волновод 63, открытый на торце трубки, Внутри волновода находится электро- акустический преобразователь 64.Аналогичную конструкцию с волноводом 40 65 и электроакустическим преобразователем 66 имеет трубка 60, Злектроакустические преобразователи 64 и 66 соединены с соответствующими усилителями 9 и 13 мощности кабелями 67.45 Ось центра-указателя 62 совпадает с осями волноводов, а острие центра- указателя 62 находится на расстоянии Й-Ь от открытого торца трубки 59 и на расстоянии 2 6-Ь от открытого Ы торца трубки 60, где В=О,46; й - диаметр волновода на конце трубки;Ь - расстояние центра излучения от торца волновода.Устройство работает следующим об разом (фиг. 1).При включении питания запускается генератор 12, стабилизированный по частоте. Сигнал генератора 12 через элемент И 11 поступает на блок,6 управления и тем самьи определяет частоты всех опорных, тактовых и управляющих сигналов в устройстве.В блоке управления (фиг. 2) частота входного сигнала (меандра) делится на два с помощью делителя 14,с выхода которого сигнал через сумма.тор 15 поступает на вход счетчикаделителя 16. На фиг. 2 указаны коэффициенты деления частоты делителями14 и 16 на их выходах. Другие элементы блока управления предназначены для модулирования (манипулирования)частоты, причем в этой операцииучаствует и счетчик-делитель 16. ;игнал от последнего, поступающий на вентиль 17, при разрешающем сигналена втором входе этого вентиля, суммируется по модулю два на сумматоре15 с сигналом, частота котороговчетверо выше. Суммарный (по частоте) сигнал является входным длясчетчика-делителя 16. Разрешающийсигнал для операции суммирования поступает на вентиль 17 с триггера18 один раз за половину цикла работыустройства.С помощью формирователя 20 производится формирование пакетов импуль. сов таким образом, что пакет начинается заданным числом импульсов одной частоты, затем идут импульсы с другой частотой, а в остальное время цикла сигналы на выходе формирователя отсутствуют, Излучение сигналов в виде таких пакетов позволяет обеспечить высокую точность устройства, так как при этом практически исключается влияние отраженных сигналов (частотная манипуляция производится в начале пакета).Сигналы на двух выходах формирователя сдвинуты на половину периода соответствующей частоты и предназначены для запуска двух переключающих схем в каждом усилителе 9 и 13 мощности (фиг, 1). Запуск одного из двух усилителей мощности осущестф. вляется через вентили 21 и 22,подключенные первыми входами к соответствующим выходам формирователя 20 и вторыми входами - к выходу 25-1 счетчика-делителя 16. Запуск второго усилителя мощности производится через вентили 23 и 24 аналогичным1275 Сигналы с выходов 25-1, 25-2, 25-4, 30 и 31 используются для управления интегратором 8 (фиг. 1), Назначение интегратора - получение параллельных кодов расстояний от излучателей до приемников. Интегратор вместе с коммутаторами 7, демо. дуляторами 5, усилителями-формирователями 4 и приемниками 3 образуют восемь независимых цифровых следящих систем, в каждой из которых коды расстояний вычисляются путем двойного интегрирования по времени сигналов "+1" или "-1" на выходе соответствующего демодулятора.Главной особенностью интегратора является то, что скорость и расстояние в нем представлены унитарными (единичными) кодами или, что то же, задержками сигналов по времени, т,е. производится двойное интегрирование временных интервалов. Ско 40 45 50 55 5образом, причем от счетчика-делителя 16 поступает сигнал, инверсный по отношению к сигналу с выхода 25-1.Сигналы на выходах 27-29 блока управления обеспечивают работу фор 5 мирователя 10 (фиг. 1). На выходах последнего имеются суммарная последовательность, включающая последовательность импульсов с частотой 2750 кГц плюс один дополнительный 1 О импульс на цикл работы устройства, так как суммарная частота равна 2750+0,172 кГц, и разностная последовательность, включающая последовательность импульсов с частотой 5 2750 кГц минус один импульс за цикл, т.е, разностная частота равна 2750- 0,172 кГц. Формирование сигналов первой частоты производится путем суммирования по модулю два импуль сов, получаемых дифференцированием по Фронтам и срезам сигнала с выхода 28, с последовательностью импульсов, получаемой дифференцированием по фронтам и срезам сигнала с выхода 25 29 блока управления, а получение сиг налов второй частоты производится путем запрещения одного импульса в течение цикла в последовательности импульсов при использовании тех же исходных сигналов.Сигнал с выхода 27 используется в качестве тактирующего для триггеров в Формирователе 10 (для исключения временной задержки сигнала с выхода 29). 492врость представлена задержкой на выходе делителя 37 (фиг, 3). относительно сигнала, поступающего из блока управления на вход 25-4. Для получения задержки сигнала на выходе делителя 37 на его счетный вход от элемента 2 И-ИЛИ-НЕ 36 поступают в соответствии с сигналом демодулятора, управляющим этим элементом через вход 45 и триггер 44, суммарная (на вход 47) или разностная (на вход 48) импульсные последовательности.Расстояние представлено задержкой сигнала на выходе делителя 40, Триггеры 38 и 43 и элемент 2 И-ИЛИ-НЕ 39 обеспечивают передачу один раз за цикл задержки сигнала (т.е. скорости, с делителя 37 в делитель 40. Причем эта передача может быть лишь при разрешающем сигнале "1" на входе триггера 43. Если разрещающего сигнала нет в определенном цикле, то триггеры 43 и 38 остаются в нулевых состояниях, и на вход делителя 40 поступает та же суммарная или разностная последовательность импульсов, что и на вход делителя 37. Это происходит тогда, когда знаки ускорения и скорости различны (случай перерегулирования; например, скорость положительна, а ускорение отрицательно). Если бы разрешающий сигнал на интегрирование был всегда, т.е. система была линейной, то в ней, как в системе второго порядка (имеются два последовательно соединенных интегратора), возникли бы колебания, которые снижают точность за счет значительного по времени переходного процесса, Триггер 41, один раз эа цикл запоминающий знак скорости при действии сигнала на выход 30, и сумматор 42 по модулю два, на котором происходит сравнение знака скорости-сигнала с выхода триггера 41 и знака ускорения-сигнала от демодулятора на входе 45, позволяют полностью избавиться от колебаний в системе и тем самым повысить быстродействие и. точность. При разрешающем сигнале, равном 1, на входе триггера 43 сигнал от блока управления на входе 31 позволяет сигналу от блока управления на входе 25-4 установить триггер 43 в состояние единицы. Тем самым с этого момента запрещается передача на1275492 7вход делителя 40 суммарной или разностной импульсной последовательности и разрешается переключение триггера 38 в состояние единицы сигналом с выхода делителя 37. Получаемый5 таким образом сигнал на выходе триггера 38 разрешает прохождение на вход делителя 40 последовательности импульсов с удвоенной частотой, поступающей с выхода элемента И 11 1 О (фиг. 1) на вход 46 интегратора. Очевидно, что если интервал, соответствующий длительности подачи импульсов с удвоенной частотой, равен в точности половИне длительности 15 импульса разрешающего сигнала, то не происходит изменение в задержке сигнала на выходе делителя 40 в данном цикле, Этот случай соответствует нулевой скорости. Если скорость боль О ше нуля (расстояние увеличивается), то интервал счета импульсов с удвоенной частотой должен быть меньшеполовины длительности разрешающего импульса, так как сигнал на выходе 25 делителя 40 должен получить в данном цикле дополнительную задержку, равную задержке сигнала скорости на выходе делителя 37. В случае отрицательной скорости результат проти- ЗО воположный: задержка сигнала на выходе делителя 40 уменьшается (уменьшается расстояние при движении излучателя к приемнику) . Построение интегратора с исполь 35 зованием делителей частоты позволяет получить в делителе 40 параллельный код величины расстояния за счет блокирования сигнала генератора 12 с помощью элемента И 11 входным сигналом. Параллельный код можно без дополнительных преобразований вводить в ЭВМ. Именно такую блокировку генератора.12 блок сопряжения с,ЭВМ45 (не показан) выполняет по сигналу блока 6 управления. Тем самым обеспечивается не только считывание параллельного кода с делителя 40, но и дополнительное повышение точности50 устройства за счет того, что период излучения пакетов импульсов оказывается случайной величиной, а это уменьшает влияние на точность устройства отраженных сигналов (посколь 55 ку алгоритм работы интегратора цифровое слежение устойчив по отношению к единичным случайным помехам). 8Импульсы переполнения делителя 40 с выхода 57 используются для управления демодулятором (фиг. 4).Поскольку один демодулятор, обрабатывающий последовательно сигналы от двух излучателей, подключен к двум подсхемам интегратора (фиг. 3), выходы от интегратора к каждому из четырех демодуляторов последовательно присоединяются с помощью соответствующих четырех коммутаторов 7, каждый из которых имеет два входа, При этом сигналы с двух выходов 57 двух подсхем интегратора последовательно поступают на вход 56 и уста- . навливают нули триггеров 50 и 54 демодулятора. Выход триггера 53 демодулятора соединен параллельно с входами 45 тех же двух подсхем интегратора. В данном случае не требуется распределитель импульсов на два канала, так как тактовые входы триггеров 44 двух подсхем интегратора подключены к различным выходам 25-1 и 25-3 блока управления. На выход 26 счетчика-делителя 49 от блока 6 управления поступает сигнал с заданной частотой в виде непрерывной последовательности счетных импульсов, а на вход 58 - сигнал с выхода усилителя-формирователя 4. Этим сигналом счетчик-делитель 49 устанавливается в нуль. Частота импульсов на выходе счетчика равна частоте сигнала на входе 58. Назначение этого счетчика - устранение дребезга по фронтам и срезам входного сигнала. Принцип действия демодулятора сводится к тому, что по сигналу на его входе 56 начинается анализ входного сигнала. При этом после установки нуля триггера 50 первый же фронт импульса на выходе счетчика-делителя 49 переключает триггер 50 в состояние единицы. Этот момент является началом сравнения двух временных интервалов: интервала, определяемого,сигналом уровня нуля на выходе счетчика-делителя 52, включающего целое число периодов входного сигнала, а измерительного интервала, формируемого счетчиком-делителем 51 (расчетная длительность второго интервала обеспечивается установкой необходимого начального состояния счетчика- делителя 51 путем подключения входов 55 к шинам "0", "1"), Фронт сигнала1275492 с выхода счетчика-делителя 5 пере- . в ключает триггер 54 в состояние еди- в ницы и тем самым фиксирует на триг- а гере 53 выходной сигнал счетчика- с делителя 52. 5 гРабота визира с двумя излучателя- т ми основывается на том, что можно с получить практически точечный источ- у ник излучения, используя цилиндри- т ческий волновод. В узкой трубе - 10 в волноводе 63 (65) возбуждаются гар- о монические колебания с помощью элек с троакустического преобразователя с 64 (66), находящегося на одном кон- с це волновода. Колебания распростра п няются вдоль оси волновода, и вто- с рой, открытый, конец волновода излу- х чает сигнал. При этом центр излуче- . р ния находится вне волновода на не- н котором расстоянии от его торца. Та- Ю у кое расположение центра излучения п позволяет получить источник излучения практически со сферической ди- д аграммой направленности, что необхо" р димо в предлагаемом устройстве. 25 д 1 О Формула изобретения 1, Устройство для считывания информации, содержащее элемент И, один вход которого является входом устройства, а выход соединен с входом блока управления, выходы которого подключены к первому усилителю мощности, к интегратору, выход которого является выходом устройства, и к од- ним входам демодуляторов, другие ходы которь 1 х соединены с соответстующими усилителями-формирователями,выходы подключены к интегратору,ъемник координат, один вход котороо подключен к выходу первого усилиеля мощности, а выход акустически вязан с входами точечных приемников льтразвуковых колебаний, выходы коорых подключены к входам соответстующих усилителеи-формирователей,т л и ч а ю щ е е с я тем, что, целью повыщения точности устройтва, оно содержит формирователь уммарной и раэностной импульсных оследовательностей, вход которого оединен с блоком управления, а вы од подключен к одному входу интег атора, другой вход которого соеди ен с выходом элемента И, второй силитель мощности, вход которого одключен к выходу блока управления, а выход соединен с другим вхоом съемника координат, коммутатоы, входы которых подключены к выхоам интегратора и блока управления,а выходы соединены с входами соответствующих демодуляторов, и генератор импульсовподключенный к другому входу элемента И.30 2. Устройство по и, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что съемниккоординат выполнен в виде двух фиксированных один относительно другоговолноводов с точечными источниками 35ультразвуковых колебаний, расположенных на одной прямой с визиром.-35, Рау аказ 6564/43 671 ВНИИПИ Государс комитета ССС по делам изо и открытий 113035, Москва Ж шская наб., д