RU2616867C1 - Digital displacement transducer - Google Patents

Digital displacement transducer Download PDF

Info

Publication number
RU2616867C1
RU2616867C1 RU2016108529A RU2016108529A RU2616867C1 RU 2616867 C1 RU2616867 C1 RU 2616867C1 RU 2016108529 A RU2016108529 A RU 2016108529A RU 2016108529 A RU2016108529 A RU 2016108529A RU 2616867 C1 RU2616867 C1 RU 2616867C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
amplifier
comparators
normalizing
input
output
Prior art date
Application number
RU2016108529A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Гречишников
Ольга Викторовна Теряева
Алексей Дмитриевич Бутько
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ)
Priority to RU2016108529A priority Critical patent/RU2616867C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2616867C1 publication Critical patent/RU2616867C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/14—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit
    • H03M1/143—Conversion in steps with each step involving the same or a different conversion means and delivering more than one bit in pattern-reading type converters, e.g. having both absolute and incremental tracks on one disc or strip
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/245—Constructional details of parts relevant to the encoding mechanism, e.g. pattern carriers, pattern sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/22—Analogue/digital converters pattern-reading type
    • H03M1/24—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip
    • H03M1/26—Analogue/digital converters pattern-reading type using relatively movable reader and disc or strip with weighted coding, i.e. the weight given to a digit depends on the position of the digit within the block or code word, e.g. there is a given radix and the weights are powers of this radix

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: device includes photodetectors, normalizing amplifiers, comparators, decoders, an analog switch, an amplifier, an analog-to-digital converter (ADC), a microcontroller, a code path.
EFFECT: reduction of errors by increasing the linearity of the generated signals, increasing their amplitude and signal-to-noise ratio.
3 dwg,1 tbl

Description

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов.The invention relates to automation and computer engineering and can be used in a system for monitoring energy-saturated objects.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь перемещения в код [Гречишников В.М., Конюхов Н.Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещения со встроенными волоконно-оптическими линиями связи. М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с. (стр. 140-141)], содержащий группу фотоприемников, группу нормирующих усилителей, группу компараторов, группу элементов И, аналоговый коммутатор, элемент И, элемент НЕ.The closest in technical essence to the invention is a displacement to code converter [Grechishnikov V.M., Konyukhov N.E. Optoelectronic digital displacement sensors with integrated fiber optic communication lines. M .: Energoatomizdat, 1992.160 s. (p. 140-141)], containing a group of photodetectors, a group of normalizing amplifiers, a group of comparators, a group of AND elements, an analog switch, an AND element, an NOT element.

Недостатком данного устройства является высокая погрешность устройства за счет существенной нелинейности формируемых сигналов, вызванной влиянием дифракции и инструментальной погрешности.The disadvantage of this device is the high error of the device due to the significant non-linearity of the generated signals caused by the influence of diffraction and instrumental error.

В изобретении решается задача уменьшения погрешности устройства за счет повышения линейности формируемых сигналов, увеличения их амплитуды и соотношения сигнал/шум.The invention solves the problem of reducing the error of the device by increasing the linearity of the generated signals, increasing their amplitude and signal to noise ratio.

Данная задача решается за счет того, что в известном преобразователе перемещения в код, содержащем группу из трех фотоприемников, группу из трех нормирующих усилителей, группу компараторов, аналоговый коммутатор, причем выход соответствующего фотоприемника соединен последовательно с входом соответствующего нормирующего усилителя, согластно изобретению в группе компараторов введено дополнительно три компаратора, причем общее число компараторов равно шести, причем выходы нормирующих усилителей соединены попарно с входами соответствующих компараторов, введен дешифратор, усилитель, АЦП, микроконтроллер, причем выходы компараторов соединены с входами дешифратора, выход дешифратора соединен с управляющим входом аналогового коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами нормирующих усилителей, причем первый и четвертый информационные входы аналогового коммутатора соединены с выходом первого нормирующего усилителя, второй и пятый - с входом второго нормирующего усилителя, третий и шестой - с входом третьего нормирующего усилителя, выход аналогового коммутатора соединен с информационным входом усилителя, на управляющий вход которого поступает опорное напряжение - Um, равное

Figure 00000001
амплитуды сигнала (см. фиг. 3а), выход усилителя соединен с входом АЦП, входящего в состав микроконтроллера, выход дешифратора также соединен с входом микроконтроллера.This problem is solved due to the fact that in the known displacement transducer into a code containing a group of three photodetectors, a group of three normalizing amplifiers, a group of comparators, an analog switch, the output of the corresponding photodetector is connected in series with the input of the corresponding normalizing amplifier, according to the invention in the group of comparators three additional comparators were introduced, and the total number of comparators is six, and the outputs of the normalizing amplifiers are connected in pairs with the inputs of comparators, a decoder, amplifier, ADC, microcontroller is introduced, the comparator outputs connected to the decoder inputs, the decoder output connected to the control input of the analog switch, the information inputs of which are connected to the outputs of the normalizing amplifiers, the first and fourth information inputs of the analog switch connected to the output of the first of the normalizing amplifier, the second and fifth - with the input of the second normalizing amplifier, the third and sixth - with the input of the third normalizing amplifier, the analog output the switch is connected to the information input of the amplifier, the control input of which receives the reference voltage - U m equal
Figure 00000001
signal amplitude (see Fig. 3a), the output of the amplifier is connected to the input of the ADC, which is part of the microcontroller, the output of the decoder is also connected to the input of the microcontroller.

На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователя перемещения в код; на фиг. 2 представлено взаимное расположение кодовой дорожки и фотоприемников; на фиг. 3 изображены диаграммы, иллюстрирующие работу преобразователя перемещения в код.In FIG. 1 shows a functional diagram of a motion to code converter; in FIG. 2 shows the relative positioning of the code track and the photodetectors; in FIG. 3 is a diagram illustrating the operation of the displacement to code converter.

В состав преобразователя перемещения в код входит группа из трех фотоприемников, формирующих трехфазную систему сигналов, группа из трех нормирующих усилителей, группа из шести компараторов, дешифратор, аналоговый коммутатор, усилитель, АЦП, микроконтроллер. Причем выходы соответствующих фотоприемников 1-3 соединены последовательно с входом соответствующих нормирующих усилителей 4-6. Выходы нормирующих усилителей 4-6 соединены попарно с соответствующими входами компараторов 7-12, причем выходы нормирующих усилителей 4, 5 соединены с соответствующими входами компараторов 7, 8; выходы нормирующих усилителей 5 и 6 соединены с соответствующими входами компараторов 9, 10; выходы нормирующих усилителей 4 и 6 соединены с соответствующими входами компараторов 11, 12. Выходы компараторов 7-12 соединены с входами дешифратора 13. Выход дешифратора 13 соединен с управляющим входом аналогового коммутатора 14, шесть информационных входов которого соединены с выходами нормирующих усилителей 4-6, причем первый и третий информационные входы соединены с выходами нормирующего усилителя 4, второй и четвертый - с выходами нормирующего усилителя 5, третий и пятый - с выходами нормирующего усилителя 6. Выход аналогового коммутатора соединен с информационным входом усилителя 15, на управляющий вход которого поступает напряжение -Um. Выход усилителя соединен с входом АЦП 16, входящего в состав микроконтроллера 17. Выход дешифратора 13 также соединен с входом микроконтроллера 17.The composition of the displacement transducer in the code includes a group of three photodetectors forming a three-phase signal system, a group of three normalizing amplifiers, a group of six comparators, a decoder, an analog switch, an amplifier, an ADC, and a microcontroller. Moreover, the outputs of the respective photodetectors 1-3 are connected in series with the input of the corresponding normalizing amplifiers 4-6. The outputs of the normalizing amplifiers 4-6 are connected in pairs with the corresponding inputs of the comparators 7-12, and the outputs of the normalizing amplifiers 4, 5 are connected with the corresponding inputs of the comparators 7, 8; the outputs of the normalizing amplifiers 5 and 6 are connected to the corresponding inputs of the comparators 9, 10; the outputs of the normalizing amplifiers 4 and 6 are connected to the corresponding inputs of the comparators 11, 12. The outputs of the comparators 7-12 are connected to the inputs of the decoder 13. The output of the decoder 13 is connected to the control input of the analog switch 14, six information inputs of which are connected to the outputs of the normalizing amplifiers 4-6, moreover, the first and third information inputs are connected to the outputs of the normalizing amplifier 4, the second and fourth - with the outputs of the normalizing amplifier 5, the third and fifth - with the outputs of the normalizing amplifier 6. The output of the analog switch connected to the information input of the amplifier 15, the control input of which receives the voltage -U m. The output of the amplifier is connected to the input of the ADC 16, which is part of the microcontroller 17. The output of the decoder 13 is also connected to the input of the microcontroller 17.

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

При движении кодовой дорожки 18 влево из положения, показанного на фиг. 2, на входы фотоприемников 1-3 поступают сигналы, сдвинутые в пространственной фазе на 120°. Далее, после преобразования в нормирующих усилителях 4-6, сигналы u1…u3 (см. фиг. 3, диаграмма а) попарно подаются на входы шести компараторов 7-12, где происходит их взаимное сравнение. Выходные сигналы, логические компараторы U1…U6, представляют собой единичный позиционный код (ЕПК) (см. фиг. 3, диаграммы б-ж), представляющий собой совокупность n-1 нуля и одной единицы, вес которой определяется ее позицией в записи кодовой комбинации. ЕПК поступает на входы дешифратора 13, где преобразуются в трехразрядный двоичный код {аi}k номера участка суммарного сигнала к (k=1…6) (см. фиг. 3, диаграммы з-к). Трехразрядный двоичный код определяет значение десятичного кода Nk номера участка суммарного сигналаWhen the code track 18 moves to the left from the position shown in FIG. 2, the inputs of photodetectors 1-3 receive signals shifted in the spatial phase by 120 °. Further, after conversion in normalizing amplifiers 4-6, the signals u 1 ... u 3 (see Fig. 3, diagram a) are applied in pairs to the inputs of six comparators 7-12, where they are compared. The output signals, logical comparators U 1 ... U 6 , are a unit position code (YPC) (see Fig. 3, diagrams b-g), which is a combination of n-1 zero and one unit, the weight of which is determined by its position in the record combination code. The EPC enters the inputs of the decoder 13, where it is converted into a three-bit binary code {a i } k, the numbers of the section of the total signal k (k = 1 ... 6) (see Fig. 3, diagrams c-k). The three-digit binary code determines the value of the decimal code N k the number of the plot of the total signal

Figure 00000002
Figure 00000002

и управляет работой аналогового коммутатора 14 в соответствие с таблицей 1.and controls the operation of the analog switch 14 in accordance with table 1.

Figure 00000003
Figure 00000003

Аналоговый коммутатор 14 выделяет из выходных сигналов нормирующих усилителей 4-6 внутренние, наиболее линейные, участки, совокупность которых представляет собой вспомогательный сигналThe analog switch 14 selects from the output signals of the normalizing amplifiers 4-6 internal, most linear sections, the combination of which is an auxiliary signal

Figure 00000004
Figure 00000004

поскольку на каждом участке только один из сигналов U1…U6 принимает значение единицы, то суммарный сигнал UΣ на каждом из участков будет определяться возрастающим или убывающим значением одного из сигналов u1(x), u2(x), u3(x), изменяющихся в диапазоне T/6.since in each section only one of the signals U 1 ... U 6 takes a value of one, the total signal U Σ in each of the sections will be determined by the increasing or decreasing value of one of the signals u 1 (x), u 2 (x), u 3 ( x) varying in the T / 6 range.

С помощью усилителя 15 вспомогательный сигнал смещается относительно оси абсцисс на величину -Um (см. фиг. 3, диаграмма л)Using the amplifier 15, the auxiliary signal is shifted relative to the abscissa axis by a value of -U m (see Fig. 3, diagram l)

Figure 00000005
Figure 00000005

и затем поступает на вход АЦП 16, входящего в состав микроконтроллера 17, где происходит формирование выходного сигнала в соответствии с нижеследующей формулой (см. фиг. 3, диаграмма м):and then it goes to the input of the ADC 16, which is part of the microcontroller 17, where the output signal is formed in accordance with the following formula (see Fig. 3, diagram m):

Figure 00000006
Figure 00000006

где N1…N6- код номера участка суммарного сигнала, Nm - код

Figure 00000001
амплитуды суммарного сигнала, Nu1(x)…Nu3(x) - текущий код напряжения на соответствующем участке преобразования. Как видно из фиг. 3 (диаграмма м), в результате выполнения вышеописанного математического алгоритма удалось в два раза увеличить амплитуду результирующего сигнала по сравнению с исходными сигналами u1(x), u2(x), u3(x) (см. фиг. 3 а), и, следовательно, отношение сигнал/шум, а также повысить линейность результирующего сигнала за счет использования наиболее линейных участков исходной трехфазной системы аналоговых сигналов.where N 1 ... N 6 - code number of the plot of the total signal, N m - code
Figure 00000001
the amplitudes of the total signal, Nu 1 (x) ... N u3 (x) is the current voltage code in the corresponding conversion section. As can be seen from FIG. 3 (diagram m), as a result of the above mathematical algorithm, it was possible to double the amplitude of the resulting signal in comparison with the original signals u 1 (x), u 2 (x), u 3 (x) (see Fig. 3 a) , and, therefore, the signal-to-noise ratio, and also increase the linearity of the resulting signal by using the most linear sections of the original three-phase system of analog signals.

Claims (1)

Преобразователь перемещения в код, содержащий группу из трех фотоприемников, группу из трех нормирующих усилителей, группу компараторов, аналоговый коммутатор, причем выход соответствующего фотоприемника соединен последовательно с входом соответствующего нормирующего усилителя, отличающийся тем, что в группе компараторов введено дополнительно три компаратора, причем общее число компараторов равно шести, причем выходы нормирующих усилителей соединены попарно с входами соответствующих компараторов, введен дешифратор, усилитель, АЦП, микроконтроллер, причем выходы компараторов соединены с входами дешифратора, выход дешифратора соединен с управляющим входом аналогового коммутатора, информационные входы которого соединены с выходами нормирующих усилителей, причем первый и четвертый информационные входы аналогового коммутатора соединены с выходом первого нормирующего усилителя, второй и пятый - с входом второго нормирующего усилителя, третий и шестой - с входом третьего нормирующего усилителя, выход аналогового коммутатора соединен с информационным входом усилителя, на управляющий вход которого поступает напряжение - Um, равное
Figure 00000007
амплитуды сигнала, выход усилителя соединен с входом АЦП, входящего в состав микроконтроллера, выход дешифратора также соединен с входом микроконтроллера.A displacement converter into a code containing a group of three photodetectors, a group of three normalizing amplifiers, a group of comparators, an analog switch, the output of the corresponding photodetector being connected in series with the input of the corresponding normalizing amplifier, characterized in that three additional comparators are introduced into the group of comparators, and the total number there are six comparators, and the outputs of the normalizing amplifiers are connected in pairs with the inputs of the corresponding comparators, a decoder, amplifier, ADC are introduced , a microcontroller, wherein the outputs of the comparators are connected to the inputs of the decoder, the output of the decoder is connected to the control input of the analog switch, the information inputs of which are connected to the outputs of the normalizing amplifiers, the first and fourth information inputs of the analog switch connected to the output of the first normalizing amplifier, the second and fifth to the input the second normalizing amplifier, the third and sixth - with the input of the third normalizing amplifier, the output of the analog switch is connected to the information input of the amplifier spruce, to the control input of which voltage is supplied - U m equal to
Figure 00000007
signal amplitude, the output of the amplifier is connected to the input of the ADC, which is part of the microcontroller, the output of the decoder is also connected to the input of the microcontroller.
RU2016108529A 2016-03-09 2016-03-09 Digital displacement transducer RU2616867C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016108529A RU2616867C1 (en) 2016-03-09 2016-03-09 Digital displacement transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016108529A RU2616867C1 (en) 2016-03-09 2016-03-09 Digital displacement transducer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2616867C1 true RU2616867C1 (en) 2017-04-18

Family

ID=58642719

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016108529A RU2616867C1 (en) 2016-03-09 2016-03-09 Digital displacement transducer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2616867C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57169611A (en) * 1981-04-13 1982-10-19 Tokyo Optical Co Ltd Measuring device for angular displacement
US4529964A (en) * 1978-12-19 1985-07-16 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Encoder for length or angle measuring device with high accuracy
SU1363462A1 (en) * 1986-01-13 1987-12-30 Предприятие П/Я В-2942 Displacement-to-code converter
SU1455390A1 (en) * 1987-04-08 1989-01-30 Институт радиофизики и электроники АН АрмССР Displacement digitizer
US20050199790A1 (en) * 2004-03-09 2005-09-15 Hong-Cheng Sheu Rotary optical encoder
RU2550553C1 (en) * 2014-05-27 2015-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Angle-code converter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4529964A (en) * 1978-12-19 1985-07-16 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Encoder for length or angle measuring device with high accuracy
JPS57169611A (en) * 1981-04-13 1982-10-19 Tokyo Optical Co Ltd Measuring device for angular displacement
SU1363462A1 (en) * 1986-01-13 1987-12-30 Предприятие П/Я В-2942 Displacement-to-code converter
SU1455390A1 (en) * 1987-04-08 1989-01-30 Институт радиофизики и электроники АН АрмССР Displacement digitizer
US20050199790A1 (en) * 2004-03-09 2005-09-15 Hong-Cheng Sheu Rotary optical encoder
RU2550553C1 (en) * 2014-05-27 2015-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева" (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) Angle-code converter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7893860B2 (en) Successive approximation register analog-digital converter and method of driving the same
US9939496B2 (en) Sensor system with a full bridge configuration of four resistive sensing elements
WO2009134734A3 (en) Successive approximation register analog to digital converter with improved immunity to time varying noise
KR20010030096A (en) Interpolation methods and circuits
US10608655B1 (en) Inter-stage gain calibration in double conversion analog-to-digital converter
CN104604139A (en) Methods and apparatus for calibrating stages in pipeline analog-to-digital converters
US10484003B2 (en) A/D converter
EP2403144A1 (en) Digital background calibration system and method for successive approximation (SAR) analogue to digital converter
US8018370B2 (en) Time-multiplexed residue amplifier
CN110661528B (en) Analog-to-digital converter, analog-to-digital conversion method and displacement detection device
RU2616867C1 (en) Digital displacement transducer
CN112104370B (en) High-precision analog-to-digital converter conversion speed improving circuit
US10707889B1 (en) Interleaving method for analog to digital converters
JP7344000B2 (en) Analog-digital converter, analog-digital conversion method and displacement detection device
CN107786206B (en) Pipeline SAR-ADC system
ITMI20131273A1 (en) METHOD AND DEVICE TO GENERATE A DIGITAL SIGNAL OF RELEVANT OUTPUT TO AN ANALOGUE ENTRY SIGNAL
US7705757B2 (en) Gain matching method and system for single bit gain ranging analog-to-digital converter
US6798370B1 (en) Parallel A/D converter
EP3457573B1 (en) Analog-to-digital converter with noise elimination
CN114793118A (en) Digital-to-analog converter linearization in sigma-delta analog-to-digital converters
SU1228280A1 (en) Analog-to-digital converter
CN207410329U (en) Pipeline SAR-ADC device
CN207504850U (en) Oversampling type Pipeline SAR-ADC device
RU2696557C1 (en) Analogue-to-digital conversion method and device for its implementation
RU2804602C1 (en) Optical code converter

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180310