SU1128279A1 - Преобразователь перемещени в код - Google Patents

Abstract

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий расположенные на одной оптической оси блок осветителей, растр и линейку фотоприемников, выход которой соединен с первым входом первого усилител , генератор опроса, счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель ,, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробировани , выход которого подключен к первому входу счетчика точного отсчета, второй вход первого, усилител  соединен с шиной опорнЬго напр жени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены генератор высокой частоты, второй счетчик, генератор линейно нарастающего напр жени , первый и второй делители частоты , триггер, второй элемент И, светофильтр , расположенный на одной оптической оси между блоком освещени  и растром, вь1ход генератора высокой частоты соединён с вторым входом первого элемента И и с входом второго счетчика, управл ющий выход которого подключен к входу генератора опроса, первый, второй и третий выходы опроса которого соединены с одноименными входами линейки фотоприемников, а управл ющий выход подключен к первым входам первого и.второго делителей частоты, триггера, к вторым входам счетчика точного отсчета и первого счетчика, первый выход опроса генератора опроса подключен к третьему входу перв.ого элемента И, к второму g входу первого делител  частоты, к входу генератора линейно нарастакщего напр жени  и к первому входу управлени  блока стробировани , второй вход управлени  которого соединен с второго делител  частоты, а информационные входы - с одноименными выходами второго счетчика, выход первого делител  частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход кЬторого соединен с вторым входом триггера, выход которого подключен к первому входу второго мента ri, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с вторым входом второго делител  частоты, первый вход второго усилител  соединен с выходом генератора линейно нарастающего напр жени , а второй вход подключен к выходу линейки фотоприемников, выход первого усилител  соединен с первым входом счетчика грубого отсчета, второй вход которого подключен к третьему выходу опроса генератора опроса

Description

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано дл  цифрового измерени  линейных перемещений.

Известен преобразователь перемеще- 5 ии  в код, содержащий оптически соединенные блок освещени , растры с реперными штрихами, фотоприемники, блок управлени , блок внутришаговой интерпол ции , выходы блока управлени  со- О единены с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к одному фотоприемнику lj .

Недостатком этого преобразовател   вл етс  низка  точность измерени . 15 котора  вызвана наличием оптических помех от реперных штрихов и малым количеством реальных информационных сигналов. Дестабилизирующие факторы (вибрации, деформации и т.д.) приво- 20 д т к смещению или к размыканию изображени  растров и реперных штрихов , что также снижает точность преобразовател .

Известен преобразователь перемеще-25 ни  в код, состо щий из системы формировани  интерференционных или муаровых полос, оптически св занной с линейкой фотоприемников, котора  соединена с генератором опроса, бло- ЗО ка индикации, соединенного с блоком пространственной селекции фотоприемников , который включает коммутатор, анализирующий узел и сумматор, входы которого подключены к коммутатору, jj а выход - к блоку индикации, выходы анализирзпощего блока св заны с коммутатором , причем выходы генератора опроса соединены с блоком пространственной селекции фотоприемников, 40 опорный выход анализирующего блока св зан с сумматором, выход которого подколочен к анализирующему блоку 21 .

Недостатком данного преобразовате-л   вл етс  невысока  точность изме- 45 рени , котора  ограничиваетс  положением фотоприемников в линейке и уменьшаетс  с увеличением разброса параметров фотоприемников от вли ни  естабилизирующих факторов на конт- . 50 раст изображени  комбинационных полос.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  преобразователь перемещени  в код, содержащий расположенные на одной оптической оси блок осветите- 55 ей, раст и линейку фотоприемников, ыход которой соединен с первым вхоом первого усилител , генератор опроса , счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробировани , выход которого подключен к первому входу счетчика точного отсчета, второй вход первого усилител  соединен с шиной опорного напр жени , а также третий усилитель и переключатель з .

Недостатком известного преобразовател   вл етс  невысока  точность, вызванна  наличием оптических и элекрических помех, ограничени ми на размеры фоточувствительных площадок в линейке фотоприемников и т.д. Освещение измерительного растра излучением в широком спектральном диапазоне силно снижает контраст оптического изображени , что ведет к снижению точности измерений. Размер фоточувствительных площадок, а значит, и макирующих полос растра должен быть больше 4-5 зон Френел , т.е. равным 4-5 л) ЬА , где п - рассто ние от рдстра до светочувствительной поверхности фотоприемников; - длина волны источника освещени . Б противном случае из-за эффекта коллективной дифракции на структуре растра распределение интенсивности света фотоприемников искажаетс , что приводит к оншбкам измерени .

Целью изобретени ,  вл етс  повьшение точности преобразовател  путем уменьшени  вли ни  дестабилизирующих факторов на результат измерени 

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в преобразователь перемещени  в код, содержащий расположение на одной оптической оси блок осветителей , растр и линейку фотоприемников , выход которой соединен с первым входом первого усилител , генератор ,опроса, счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которого

соединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробировани , выход которого подключен к первмоу входу счетчика точного отсчета, второй вход первого усилител  соединен с шиной опорного напр жени , введены генератор высокой частоты, второй счетчик, генератор линейно нарастающего напр жени , первый и второй делители частоты, триггер, второй элемент И, светофильтр , расположенньй на одной оптической оси между блоком освещени  и растром, выход генератора высокой частоты соединен с вторым входом первого элемента И и с входом второго счетчика, управл ющий выход которого подключен к входу генератора оп роса, первый, второй и третий выходы опроса которого соединены с одноимен ными входами линейки фотоприемников, а управл ющий выход подключен к первым входам первого и второго делителей частоты, триггера, к вторым входам счетчика точного отсчета и первого счетчика, первый выход опроса генератора опроса подключен к третьему входу первого элемента И, к второму входу первого делител  частоты , к входу генератора линейно нарастающего напр жени  и к первому входу управлени  блока стробировани  второй вход управлени  которого соединен с выходом второго делител  частоты, а информационные входы с одноименными выходами второго счет чика, выход первого делител  частоты соединен с вторым вхъдом элемента ИЛИ, выход которого .соединен с вторым входом триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого, элемента И, а выход - с вторым входом второго делител  частоты, первый вход второго усилител  соединен с выходом гене ратора линейно нарастающего напр жени , а второй вход подключен к выходу линейки фотоприемников, выход пер вого усилител  соединен с первым вхо дом счетчика грубого .отсчета, второй вход которого подключен к третьему выходу опроса генератора опроса. На чертеже приведена структурна  схема преобразовател  перемещени  в код. ( Устройство содержит блок 1 освети телей, светофильтр 2, растр 3, линей ку 4 фотоприемников, генератор 5 опроса , усилитель 6, счетчик 7 грубого отсчета, усилитель 8, элемент И 9, генератор 10 высокой частоты, счетчи 11, блок 12 стробирова1ни , генератор 13 линейно нарастающего напр жени . счетчик 1А, счетчик 15 точного отсчета , делитель 16 частоты, элемент ИЛИ 17, триггер 18, элемент И 19 и делитель 20 частоты. Блок 1 осветителей чере.з светофильтр 2 и растр 3 оптически соединен с линейкой 4 фотоприемников, входы опроса которой подключены к генератору 5 опроса, входам генератора 13 линейно нарастающего напр жени , счетчика 14, делител  16, элемента И 9, счетчика 7 грубого отсчета и блока 12 стробировани , выход линейки 4 фотоприемников соединен с входами усилителей 6 и 8, выход усилител  6 подключен к входу счетчика 7 грубого отсчета, выход усилител  8 через элемент И 9 соединен с одним из входов элемента И 19, выход счетчика 14 - с первым входом элемента ШШ 17, второй вход которого подкйючен к выходу делител  16 частоты, а выход через триггер 18 - к второму входу элемента И 19, выход которого через делитель 20 частоты соединен с блоком 12 стробировани , генератор 10подключен к входам счетчика 11 и элемента И 9, выход счетчика 11 соединен с входом генератора 5 опроса , а информационные выходы счетчика 11подключены к входам блока 12 стробировани , управл киций выход генератора 5 опроса соединен с входами счетчика 15 точного отсчета, счетчика 14, делителей 16 и 20 частоты и триггег ра 18. В конкретном исполнении блок 1 освещени  представл ет собой лампу накаливани  с нитеобразным телом свечени , расположенным перпендикул рно оптической оси преобразовател  и направлению расположени  фотоприем НИКОВ в линейке.4. Светофильтр 2 плоско-параллельна  пластинка, изготовленна  из материала с избирательным пропусканием света. Растр 3 периодическа  структура, состо ща  из темных и светлых полос, вьтолненных на стекле методами фотолитографии , причем период Т растра равен Т - пР + А, где п - количество периодов Р линейки 4 фотоприемников, укладывающихс  в периоде растра 2j Л - точность преобразовател . В качестве линейки 4 фотоприемников могут быть применены фотоприборы

с зар довой св зью (ПЗС)с периодом Р и количеством элементов 10.

Преобразователь перемещени  в код работает следующим образом.

Сигналом с управл ющего вьпсода генератора 5 опроса устанавливаютс  в исходное состо ние счетчик 15 точного отсчета, делители 16 и 20 частоты , счетчик 1А и триггер 18. При этом счетчик 11, срабатыва  по сигналам генератора 10,- посто нно мен ет свое состо ние, синхронизиру  своими выходными сигналами работу генерато- ра 5 опроса и блока 12 стробировани . Свет с длиной волн заданного диапазо на из блока 1 осветителей проходит через светофильтр 2 и растр 3 на оптический вход линейки 4 фотоприемников . В исходном состо нии темный край растра 3 перекрывает часть линейки 4 фотоприемников. Остальна  часть линейки 4 фотоприемников вместе с растром 3 образуют комбинационные оптические полосы с периодом 1 , .равным

где Т. - период линейки 4 фотоприемников ; Tg - период растра 3.30 Путем определенного подбора коэффициентов делени  делител  16 частоты и счетчика 14 подбираетс  пространственное положение элементов линейки 4 фотоприемников, информационные jj сигналы с которых используютс  дл  получени  точного отсчета. Период расположени  этих элементов совпадает с периодом оптической комбинационной полосы, возникающей при сопр же- 40 НИИ периодических структур линейки 4 фотоприемников и растра 3. Точный и грубый отсчеты выполн ютс  в течение одного цикла опроса линейки 4 фотоприемников при любом положении 45 растра 3, св занного с исследуемым объектом (не показан). Точный отсчет формируетс  так: на входы опроса линейки 4 фотоприемников поступают импульсы с выходов . 50 генератора 5 опроса, причем импульсы поступают на входы генератора 13 линейно нарастан цего напр жени , счетчика 14 и делител  16 частоты, элемента И 9 и блока 12 стробировани , сиг-55 налы с выхода линейки. 4 фотоприемников поступают на входы усилителей 6 и 8 синхронно с по влением импульсов на первом выходе генератора 6 и 8 синхронно с по влением импульсов на первом выходе генератора 5 опроса До момента совпадени  амплитуды инфомационного сигнала с выходным апр жением генератора 13 линейно нарастающего напр жени  импульсы гейератора 10 через элемент И. 9 проход т на вход элемента И 19. Делитель 16 частоты, счетчик 14, элемент ШШ 17 и триггер 18 открывают элемент И 19 только при поступлении сигналов с выбранной части линейки 4 фотоприемников (т.е. той части, котора  задаёт период и начало отсчета комбинационной полосы Делитель 20 частоты принимает выходные сигналы элемента И 19, производит их деление и при про влении заданного числа импульсов (число устанавливаетс  при настройке) закрьшает блок 12 стробировани , который до этого момента пропускает импульсы на вход счетчика 15 точного отсчета. Счетчик 11 осуществл ет синхрониз.ацию работы блока 12 стробировани , т.е. открывает его на врем  опроса, выбранного дл  точного отсчета з частка линейки 4 фотоприемников. Таким образом, изменение соотношени  фаз периодической структуры из выбранных элементов линейки 4 фотоприемников и вновь образованной комбинационной оптической полосы, заданной положением растра 3, приводит к изменению длительности сигнала на выходе делител  20 частоты по отношению к длительности счета, соответствзтощего нулевому сдвигу фаз.

Грубый отсчет осуществл етс  следующим образом.

Первые элементы линейки 4 фотопри емников используютс  дл  точного отсчета и часть из них всегда освещена, поэтому в начале цикла опроса с выхода усилител  6 периодически поступают импульсы, которые поддерживают счетчик 7 грубого отсчета в нулевом состо нии. Когда с выхода линейки 4 фотоприемников поступает темновой сигнал (элементы закрыты темным краем растра 3), усилитель 6 не срабатывает и импульс с выхода генератора 5 опроса переводит счетчик 7 грубого отсчета в следующее состо ние. Вконце цикла опроса линейки 4 фотоприемников счетчик 7 грубого отсчета хранит число затемненных элементов (т.е. о редел ет показание грубого отсчета ).

Повышение точности предлагаемого преобразовател  по сравнению с известньм осуществл етс  за счет подсчета высокочастотных тактовых импульсов во временные интервалы, пропорциональные амплитуде информационных сигналов линейки фотоприемников. Любое смещение растра ведет к изменению распределени  света на выбранном участке линейки фотоприемников, еледовательно , к изменению амтитетуды сргналов элементов линейки фотоприемников . Последнее ведет к изменению временных интервалов счета высоко-частотных сигналов и к изменению длительности выходного сигнала делител  частоты по сравнению с исходной.

Использование линейки-фотоприемников фото-ПЗС с периодом 15 мкм позвол ет повысить точность грубого отсчета. Использование светофильтра позвол ет получить высокий контраст оптического изображени , так как не внос т вклад, другие спектральные составл ющие , что также ведет к повышению точности измерений, В преобразователе изменение рассто ни  между растром и линейкой фотоприемников (что реально возможно на практике) практически не вли ет на работоспособность, так как выбором амплитуды и уровн  сигналов линейно нарастающего напр жени  можно перекрыть диапазон модул  ции сигналов линейки фотоприемников .

Claims (1)

1. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В КОД, содержащий расположенные на одной оптической оси блок осветителей, растр й линейку фотоприемников, выход которой соединен с первым входом пер- . вого усилителя, генератор опроса, счетчик грубого отсчета, первый счетчик, первый вход которого соединен с первым выходом опроса генератора опроса, а выход соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй усилитель,, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, блок стробирования, выход которого подключен к первому входу счетчика точного отсчета, второй вход первого, усилителя соединен с шиной опорнЬго напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены генератор высокой частоты, второй счетчик, * генератор линейно нарастающего напряжения, первый и второй делители частоты, триггер, второй элемент И, светофильтр, расположенный на одной оптической оси между блоком освещения и растром, выход генератора высокой частоты соединён с вторым входом первого элемента И и с входам второго счетчика, управляющий выход которого подключен к входу генератора опроса, первый, второй и третий выходы опроса которого соединены с одноименными входами линейки фотоприемников, а управляющий выход подключен к первым входам первого и.второго делителей частоты, триггера, к вторым входам счетчика точного отсчета и первого счетчика, первый выход опроса генератора опроса подключен к третьему входу первого элемента И, к второму входу первого делителя частоты, к входу генератора линейно нарастающего напряжения и к первому входу управления блока стробирования, второй вход управления которого соединен с выводом второго делителя частоты, а информационные входы - с одноименными выходами второго счетчика, выход первого делителя частоты соединен с вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом триггера, выход которого подключен к первому входу второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход - с вторым входом второго делителя частоты, первый вход второго усилителя соединен с выходом генератора линейно нарастающего напряжения, а второй вход подключен к выходу линейки фотопрйемников, выход первого усилителя соединен с первым входом счетчика грубого отсчетавторой вход которого подключен к третьему выходу опроса генератора опроса»