RU2029429C1

RU2029429C1 - Displacement-to-code converter

Info

Publication number: RU2029429C1
Authority: RU
Inventors: В.М. Гречишников; В.А. Зеленский
Original assignee: Самарский государственный аэрокосмический университет им.акад.С.П.Королева
Priority date: 1991-04-23
Filing date: 1991-04-23
Publication date: 1995-02-20

Abstract

FIELD: remote-control and monitoring systems. SUBSTANCE: converter has shaft 1, code disk 2, slit diaphragm 3, bunched light conductor 4, emitter 5, photodetector 6, amplifier 7, comparator 8, reference-voltage source 9, clock generator 10, delay circuit 11, AND gates 12,13, integrators 14,15, one-shot multivibrators 16,17, OR-extended AND gates 18,19, reversing counter 20. EFFECT: simplified design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе дистанционного управления и контроля. The invention relates to automation and computer engineering and can be used in a remote control and monitoring system.

Известен преобразователь перемещения в код, содержащий светодиодный излучатель, оптически связанный с оптико-волоконным коллектором, выходные волоконно-оптические жгуты которого через считывающие окна лимбов оптически соединены с входными волоконно-оптическими жгутами приемного коллектора, выход которого оптически соединен с фотодиодом [1]. A known converter for moving into a code comprising an LED emitter optically coupled to an optical fiber collector, the output fiber optic bundles of which are connected optically to the input fiber optic bundles of the receiving collector through the reading windows of the limbs, the output of which is optically connected to the photodiode [1].

Недостатком данного преобразователя является невысокая помехозащищенность, так как излучатель и фотодиод находятся в корпусе преобразователя и могут быть подвергнуты воздействию внешних эксплуатационных факторов. The disadvantage of this converter is its low noise immunity, since the emitter and photodiode are located in the converter housing and can be subjected to external operating factors.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь перемещения в код, содержащий осветитель, фотоприемники каналов прямого и реверсивного отсчетов, оптически связанные через кодовый диск и щелевую диафрагму с передающими и приемными светодиодами, объединенными в жгут с V-ответвлениями на концах. Дорожка кодового диска выполнена равномерной растровой с шагом а_о, а отверстия щелевой диафрагмы сдвинуты относительно друг друга по нониусной шкале на 1/8 шага этой шкалы. Выходы фотоприемников последовательно соединены с усилителями, пороговыми устройствами, одновибраторами и первыми входами логических элементов И с расширением по ИЛИ. Выходы пороговых устройств соединены также с вторыми входами логических элементов И с расширением по ИЛИ в противоположных каналах, выходы которых соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика [2].The closest in technical essence to the invention is a displacement to code converter containing a illuminator, photodetectors of forward and reverse samples, optically coupled through a code disk and a slit diaphragm with transmitting and receiving LEDs combined into a bundle with V-branches at the ends. The track of the code disk is made uniform raster with a step a _about , and the holes of the slit diaphragm are shifted relative to each other on the vernier scale by 1/8 of the step of this scale. The outputs of the photodetectors are connected in series with amplifiers, threshold devices, single vibrators, and the first inputs of AND gate with OR expansion. The outputs of the threshold devices are also connected to the second inputs of AND gates with OR expansion in opposite channels, the outputs of which are connected respectively to the inputs of addition and subtraction of the reverse counter [2].

Недостатком такого преобразователя является сложность конструкции, связанная с использованием относительно большого количества волоконных световодов. The disadvantage of this converter is the design complexity associated with the use of a relatively large number of optical fibers.

В изобретении решается задача упрощения преобразователя. Это достигается тем, что в преобразователь перемещения в код, содержащий вал, жестко связанный с кодовым диском, на котором расположена равномерная растровая дорожка с шагом а_о, неподвижно установленную против кодового диска щелевую диафрагму, излучатель, жгут из осветительных и приемных световодов с V-ответвлениями на обоих концах, причем первая ветвь V-ответвленная первого конца жгута образована осветительными световодами, ее торец обращен к выходу излучателя, вторая ветвь V-ответвления первого конца жгута образована приемными световодами, и ее торец обращен к входу фотоприемника, торцы ветвей V-ответвления второго конца жгута обращены к щелевой диафрагме, выход фотоприемника соединен с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом компаратора, опорный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, первый и второй одновибраторы, выходы которых подключены к первым входам первого и второго элементов И с расширением по ИЛИ, выходы которых подключены к входам соответственно сложения и вычитания реверсивного счетчика, введены генератор тактовых импульсов, два элемента И, элемент задержки и два интегратора, при этом равномерная растровая дорожка кодового диска выполнена отражающей, отверстия щелевой диафрагмы сдвинуты между собой на величину a_o(K± 1/4), где К - целое число, а световоды выполнены одномодовыми и многомодовыми различной длины, первая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована одномодовыми световодами меньшей длины, и ее торец размещен против первого отверстия щелевой диафрагмы, вторая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована многомодовыми световодами большей длины, и торец ее размещен против второго отверстия щелевой диафрагмы, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами излучателя и элемента задержки и с первым входом первого элемента И, выход элемента задержки соединен с первым входом второго элемента И, выход компаратора соединен с вторыми входами первого и второго элементов И, выходы которых через одноименные интеграторы подключены к входам первого и второго одновибраторов и к вторым входам соответственно второго и первого элементов И с расширением по ИЛИ.The invention solves the problem of simplifying the Converter. This is achieved by the fact that in the displacement transducer into a code containing a shaft rigidly connected to the code disk, on which there is a uniform raster track with a step a _о , a slit diaphragm fixedly installed against the code disk, an emitter, a bundle from lighting and receiving optical fibers with V- branches at both ends, the first branch of the V-branch of the first end of the bundle formed by the light guides, its end face facing the output of the emitter, the second branch of the V-branch of the first end of the bundle formed by the receiving lights odes, and its end faces the input of the photodetector, the ends of the branches of the V-branch of the second end of the bundle face the slit diaphragm, the output of the photodetector is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the information input of the comparator, the reference input of which is connected to the output of the reference voltage source, the first and the second one-shots, the outputs of which are connected to the first inputs of the first and second AND elements with OR expansion, the outputs of which are connected to the inputs of addition and subtraction of the reversible counter, respectively, the general a torus of clock pulses, two I elements, a delay element and two integrators, while the uniform raster track of the code disk is made reflective, the holes of the slit diaphragm are shifted between each other by the value a _o (K ± 1/4), where K is an integer and the optical fibers made of single-mode and multimode of various lengths, the first branch of the V-branch of the second end of the bundle is formed by single-mode fibers of shorter length, and its end is placed against the first hole of the slit diaphragm, the second branch of the V-branch of the second end of the bundle is formed of multimode longer fibers, and its end is placed against the second hole of the slit diaphragm, the output of the clock generator is connected to the inputs of the emitter and the delay element and to the first input of the first element And, the output of the delay element is connected to the first input of the second element And, the output of the comparator is connected to the second the inputs of the first and second elements And, the outputs of which through the same integrators are connected to the inputs of the first and second single vibrators and to the second inputs of the second and first elements of And respectively OR.

На чертеже показана функциональная схема преобразователя. The drawing shows a functional diagram of the Converter.

В преобразователь входят вал 1, кодовый диск 2, щелевая диафрагма 3, жгут 4 из осветительных и приемных световодов, излучатель 5, фотоприемник 6, усилитель 7, компаратор 8, источник 9 опорного напряжения, генератор 10 тактовых импульсов, элемент 11 задержки, первый и второй элемент И 12 и 13, интеграторы 14, 15, одновибраторы 16, 17, элементы И 18, 19 с расширением по ИЛИ и реверсивный счетчик 20. The converter includes a shaft 1, a code disk 2, a slit diaphragm 3, a bundle 4 of lighting and receiving optical fibers, an emitter 5, a photodetector 6, an amplifier 7, a comparator 8, a reference voltage source 9, a clock pulse generator 10, a delay element 11, the first and the second element And 12 and 13, integrators 14, 15, single vibrators 16, 17, elements And 18, 19 with the extension of OR and a reversible counter 20.

Вал 1 жестко связан с кодовым диском 2, на котором размещена равномерная отражающая растровая дорожка с шагом а_о. Отверстия щелевой диафрагмы 3 сдвинуты между собой на величину а_о (К± 1/4), где К - целое число. Жгут 4 выполнен из одномодовых и многомодовых световодов различной длины. Первая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована одномодовыми световодами меньшей длины, и ее торец размещен против первого отверстия щелевой диафрагмы. Вторая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована многомодовыми световодами большей длины, и ее торец размещен против второго отверстия щелевой диафрагмы. Выход излучателя 5 через жгут 4, щелевую диафрагму 3 и кодовый диск 2 оптически связан с входом фотоприемника 6, выход которого через усилитель 7 подключен к информационному входу компаратора 8. С опорным входом компаратора соединен выход источника 9 опорного напряжения. Выход генератора 10 тактовых импульсов соединен с входами излучателя 5 и элемента 11 задержки и с первым входом первого элемента И 12. Выход элемента 11 задержки соединен с первым входом второго элемента И 13, а выход компаратора 8 - с вторыми входами первого и второго элемента И 12 и 13, выходы которых последовательно через одноименные интеграторы 14, 15, одновибраторы 16, 17 подключены к первым входам элементов И 18, 19 с расширением по ИЛИ. Выходы интеграторов 14, 15 подключены к вторым входам первого и второго элементов И с расширением по ИЛИ, выходы которых подключены к входам сложения и вычитания реверсивного счетчика 20.The shaft 1 is rigidly connected to the code disk 2, which is placed is recognized raster track increments and _on. The holes of the slit diaphragm 3 are shifted between each other by the value a _о (К ± 1/4), where K is an integer. The tow 4 is made of single-mode and multimode optical fibers of various lengths. The first branch of the V-branch of the second end of the bundle is formed by single-mode optical fibers of shorter length, and its end is placed against the first hole of the slit diaphragm. The second branch of the V-branch of the second end of the bundle is formed by multimode optical fibers of greater length, and its end is placed against the second hole of the slit diaphragm. The output of the emitter 5 through the bundle 4, the slotted aperture 3 and the code disk 2 is optically connected to the input of the photodetector 6, the output of which through the amplifier 7 is connected to the information input of the comparator 8. The output of the reference voltage source 9 is connected to the reference input of the comparator. The output of the clock generator 10 is connected to the inputs of the emitter 5 and the delay element 11 and to the first input of the first element And 12. The output of the delay element 11 is connected to the first input of the second element And 13, and the output of the comparator 8 is connected to the second inputs of the first and second element And 12 and 13, the outputs of which are sequentially through integrators of the same name 14, 15, single vibrators 16, 17 are connected to the first inputs of the elements AND 18, 19 with OR expansion. The outputs of the integrators 14, 15 are connected to the second inputs of the first and second AND elements with OR expansion, the outputs of which are connected to the addition and subtraction inputs of the reversible counter 20.

Преобразователь перемещения в код работает следующим образом. The move to code converter works as follows.

Генератор 10 тактовых импульсов синхронизирует работу преобразователя. Он вырабатывает последовательность коротких прямоугольных импульсов с одинаковым уровнем и скважностью, большей двух. Излучатель 5 преобразует эту последовательность в импульсы оптического излучения с теми же временными параметрами. A clock generator 10 synchronizes the operation of the converter. It generates a sequence of short rectangular pulses with the same level and duty cycle greater than two. The emitter 5 converts this sequence into pulses of optical radiation with the same time parameters.

Излучение попадает в первую ветвь V-ответвления первого конца жгута 4 и по одномодовому и многомодовому световодам подводится к разным отверстиям щелевой диафрагмы 3. Отразившись от дорожки кодового диска 2, жестко связанного с валом 1, импульсы через первую и вторую ветви V-ответвления второго конца жгута 4, образованные соответственно одномодовыми и многомодовыми световодами, через вторую ветвь V-ответвления первого конца жгута 4 попадают на вход фотоприемника 6. The radiation enters the first branch of the V-branch of the first end of the bundle 4 and is fed to different holes of the slit diaphragm 3 through the single-mode and multimode optical fibers. Reflecting from the track of the code disk 2, rigidly connected to the shaft 1, pulses through the first and second branches of the V-branch of the second end the bundle 4, formed respectively by single-mode and multimode fibers, through the second branch of the V-branch of the first end of the bundle 4 get to the input of the photodetector 6.

Вследствие большего модового состава и большей длины световодов, связывающих излучатель 5, второе отверстие щелевой диафрагмы 3 и фотоприемник 6, импульсы, проходящие через второе отверстие щелевой диафрагмы оказываются задержанными относительно импульсов, проходящих через первое отверстие щелевой диафрагмы. Это позволяет различить сигналы, отраженные от разных отверстий щелевой диафрагмы, и определить направление углового перемещения вала 1. Величина углового перемещения вала определяется по амплитуде отраженных импульсов, которая зависит от площади отражающих элементов дорожки, перекрываемых отверстиями щелевой диафрагмы 3. Due to the larger mode composition and the longer length of the optical fibers connecting the emitter 5, the second hole of the slit diaphragm 3, and the photodetector 6, the pulses passing through the second hole of the slit diaphragm are delayed relative to the pulses passing through the first hole of the slit diaphragm. This allows you to distinguish between signals reflected from different holes of the slit diaphragm and determine the direction of the angular displacement of the shaft 1. The magnitude of the angular displacement of the shaft is determined by the amplitude of the reflected pulses, which depends on the area of the reflective elements of the track overlapped by the holes of the slit diaphragm 3.

Обработка промодулированных по длительности и амплитуде оптических импульсов происходит следующим образом. Фотоприемник 6 преобразует оптические импульсные сигналы в электрические, которые усиливаются в усилителе 7. В компараторе 8 происходит сравнение амплитуды сигнала на информационном входе с пороговым уровнем на опорном входе, задаваемом источником 9 опорного напряжения. В случае превышения амплитудой импульсов величины порогового напряжения они проходят на выход компаратора 8 и поступают на вторые входы первого и второго элементов И 12 и 13. Там они стробираются сигналом генератора 10 тактовых импульсов, причем во втором элементе И 13 с задержкой, величина которой определяется элементом 11 и подбирается равной задержке оптического импульса в многомодовых световодах жгута 4. В результате на выходе первого элемента И 12 формируются только импульсы, соответствующие сигналу с первого отверстия щелевой диафрагмы 3, а на выходе второго элемента И 13 - только импульсы, соответствующие сигналу с второго отверстия щелевой диафрагмы 3. Processing modulated by the duration and amplitude of the optical pulses is as follows. The photodetector 6 converts the optical pulsed signals into electrical ones, which are amplified in the amplifier 7. In the comparator 8, the signal amplitude at the information input is compared with a threshold level at the reference input specified by the reference voltage source 9. If the amplitude of the pulses exceeds the threshold voltage, they pass to the output of the comparator 8 and go to the second inputs of the first and second elements And 12 and 13. There they are gated by the signal of the generator 10 clock pulses, and in the second element And 13 with a delay, the value of which is determined by the element 11 and is selected equal to the delay of the optical pulse in multimode optical fibers of the bundle 4. As a result, only pulses corresponding to the signal from the first hole of the slotted diaphragm are formed at the output of the first element And 12 3, and at the output of the second element And 13 - only pulses corresponding to the signal from the second hole of the slit diaphragm 3.

При перемещении вала 1 и жестко связанного с ним кодового диска 2 амплитуда импульсов на выходе усилителя 7 меняется от нуля до максимального значения. На выходе элементов И 12, 13 формируются последовательности коротких импульсов. На выходе интеграторов 14, 15 формируются сигналы прямоугольной формы, соответствующие огибающим этих импульсных последовательностей. Между собой сигналы с выходов интеграторов 14, 15 отличаются по пространственной фазе на величину а_о(К ± 1/4). По переднему фронту сигналов с выходов интеграторов 14, 15 одновибраторы 16, 17 вырабатывают короткие импульсы.When moving the shaft 1 and the hard-coded code disk 2, the amplitude of the pulses at the output of the amplifier 7 changes from zero to the maximum value. At the output of the elements And 12, 13 are formed a sequence of short pulses. At the output of the integrators 14, 15, rectangular signals are generated corresponding to the envelopes of these pulse sequences. Between themselves, the signals from the outputs of the integrators 14, 15 differ in the spatial phase by the value a _о (К ± 1/4). On the leading edge of the signals from the outputs of the integrators 14, 15, the single vibrators 16, 17 generate short pulses.

Пусть сигнал с интегратора 14 опережает сигнал с интегратора 15. Тогда сигнал с интегратора 14 разрешает прохождение импульса с выхода одновибратора 16 через элемент И 18 с расширением по ИЛИ на вход сложения реверсивного счетчика 20. Происходит возрастание кода, формирующегося на выходе реверсивного счетчика. Let the signal from the integrator 14 be ahead of the signal from the integrator 15. Then the signal from the integrator 14 allows the pulse to pass from the output of the single-shot 16 through the AND 18 element with OR expansion to the addition input of the reversible counter 20. An increase in the code generated at the output of the reversible counter occurs.

При смене направления углового перемещения вала 1 сигнал с интегратора 15 опережает сигнал с интегратора 14. Тогда сигнал с интегратора 15 разрешает прохождение импульса с выхода одновибратора 17 через элемент И 19 с расширением по ИЛИ на вход вычитания реверсивного счетчика 20. Происходит уменьшение кода, формирующегося на выходе реверсивного счетчика. When changing the direction of the angular displacement of the shaft 1, the signal from the integrator 15 is ahead of the signal from the integrator 14. Then the signal from the integrator 15 allows the pulse to pass from the output of the single-vibrator 17 through the And 19 element with OR expansion to the subtraction input of the reversible counter 20. The code that forms on Reverse counter output.

Claims

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий вал, жестко связанный с кодовым диском, на котором расположена равномерная растровая дорожка с шагом a_о, неподвижно установленную напротив кодового диска щелевую диафрагму, излучатель, жгут из осветительных и приемных световодов с V-ответвлениями на обоих концах, первая ветвь V-ответвления первого конца жгута образована осветительными световодами, ее торец обращен к выходу излучателя, вторая ветвь V-ответвления первого конца жгута образована приемными световодами и ее торец обращен к входу фотоприемника, торцы ветвей V-ответвления второго конца жгута обращены к щелевой диафрагме, выход фотоприемника соединен с входом усилителя, выход которого соединен с информационным входом компаратора, опорный вход которого подключен к выходу источника опорного напряжения, первый и второй одновибраторы, выходы которых подключены к первым входам первого и второго элементов И с расширением по ИЛИ, выходы которых подключены к входам соответственно сложения и вычитания реверсивного счетчика, отличающийся тем, что в него введены генератор тактовых импульсов, два элемента И, элемент задержки и два интегратора, равномерная растровая дорожка кодового диска выполнена отражающей, отверстия щелевой диафрагмы сдвинуты между собой на величину a_o(K ± 1/4), где K - целое число, а световоды выполнены одно- и многомодовыми различной длины, первая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована одномодовыми световодами меньшей длины и ее торец размещен напротив первого отверстия щелевой диафрагмы, вторая ветвь V-ответвления второго конца жгута образована многомодовыми световодами большей длины и торец ее размещен напротив второго отверстия щелевой диафрагмы, выход генератора тактовых импульсов соединен с входами излучателя и элемента задержки и с первым входом первого элемента И, выход элемента задержки соединен с первым входом второго элемента И, выход компаратора - с вторыми входами первого и второго элементов И, выход которых через одноименные интеграторы подключены к входам первого и второго одновибраторов и вторым входам соответственно второго и первого элементов И с расширением по ИЛИ.TRANSFER OF MOVEMENT TO THE CODE, containing a shaft rigidly connected to the code disk, on which a uniform raster track with a step a _{о is located} , a slit diaphragm fixedly opposite the code disk, an emitter, a bundle of lighting and receiving light guides with V-branches at both ends, the first the branch of the V-branch of the first end of the bundle is formed by lighting fibers, its end face is facing the output of the emitter, the second branch of the V-branch of the first end of the bundle is formed by receiving fibers and its end face is facing the input the receiver, the ends of the branches of the V-branch of the second end of the bundle are facing the slit diaphragm, the output of the photodetector is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the information input of the comparator, the reference input of which is connected to the output of the reference voltage source, the first and second one-shots, the outputs of which are connected to the first the inputs of the first and second elements AND with OR expansion, the outputs of which are connected to the inputs of addition and subtraction of a reversible counter, characterized in that the generator pulse pulses, two AND elements, a delay element and two integrators, a uniform raster track of the code disk is made reflective, the holes of the slit diaphragm are shifted between each other by a _o (K ± 1/4), where K is an integer, and the optical fibers are single and multimode of various lengths, the first branch of the V-branch of the second end of the bundle is formed by single-mode fibers of shorter length and its end is opposite the first hole of the slit diaphragm, the second branch of the V-branch of the second end of the bundle is formed by multimode fibers its length and its end face is located opposite the second hole of the slit diaphragm, the output of the clock pulse generator is connected to the inputs of the emitter and the delay element and to the first input of the first element And, the output of the delay element is connected to the first input of the second element And, the output of the comparator to the second inputs of the first and the second AND elements, the output of which, through integrators of the same name, is connected to the inputs of the first and second single-vibrators and second inputs of the second and first AND elements, respectively, with OR expansion.