SU1455390A1 - Displacement digitizer - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управлени  станками в системах управлени  оптическими и радиотелескопами. Цель изобретени  пойьшение точности преобразовател . Дл  этого в преобразователь перемещени  в код, содержащий два источника излучени , индикаторный и измерительные диски, два основных и два дополнительных фотоприемника, блок фор- мировани  выходного , первый коммутатор, аналого-цифровой преобразователь , цифроаналоговый преобразователь , введены четыре усилител , два дифференциальных усилител , компаратор , два коммутатора. Изобретение позвол ет увеличить точность преобразовател  за счет того, что немодулированные сигналы с выходов усилителей подаютс  на входы компаратора и первого коммутатора. Управление коммутатором производитс  таким образом, что на вход опорного сигнала аналого- цифрового преобразовател  (АЦП) всегда поступает большое по величине напр жение . Код с выхода АЦП поступает на входы цифроаналогового преобразовател  (ЦАП), на аналоговый вход которого через второй коммутатор поступает больший по амплитуде сигнал, который через третий коммутатор поступает на вход блока формировани  выходного кода, на второй вход которого через второй и третий коммутаторы поступает меньший по амплитуде сигнал. 1 ил. (Л Сл СП оа CDThe invention relates to automation and computing and can be used in software systems for controlling machine tools in optical and radio telescope control systems. The purpose of the invention is the accuracy of the converter. To do this, a two-source radiation source, indicator and measuring disks, two main and two additional photodetectors, an output shaping unit, a first switch, an analog-to-digital converter, a digital-to-analog converter, four amplifiers, two differential amplifiers, comparator, two switches. The invention makes it possible to increase the accuracy of the converter due to the fact that the unmodulated signals from the outputs of the amplifiers are fed to the inputs of the comparator and the first switch. The switch is controlled in such a way that the input signal of the analog-to-digital converter (ADC) always receives a large voltage. The code from the ADC output is fed to the inputs of a digital-to-analog converter (DAC), to the analog input of which through the second switch receives a larger amplitude signal, which through the third switch goes to the input of the output code generation unit, to the second input of which through the second and third switches comes smaller amplitude signal. 1 il. (L SL SP OA CD

Description

1one

Изобретение относитс  к автомати- ке и вычислительной технике и может быть использовано в системах программного управлени  станками, в системах управлени  оптическими и ра- 5 диотелескопами. Целью изобретени   вл етс  повы- :шение точности преобразовател .The invention relates to automation and computing technology and can be used in software systems for controlling machine tools, in optical and radio telescope control systems. The aim of the invention is to improve the accuracy of the converter.

На чертеже приведен функциональна  О схема преобразовател .Преобразователь перемещени  в код содержит измерительный и индикаторный диски 1, 2, источники 3, 4 излучени , основные фотоприемники 5, 6, дополнительные фотоприемники 7, 8, усилители 9-12, дифференциальные усилители 13, 14, компаратор 15, коммутаторы 16-18, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 19, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 20 и блок 21 формировани  выходного кода.The drawing shows a functional converter circuit. The displacement transducer to the code contains measuring and indicator disks 1, 2, sources 3, 4 radiation, main photodetectors 5, 6, additional photoreceivers 7, 8, amplifiers 9-12, differential amplifiers 13, 14, comparator 15, switches 16-18, analog-to-digital converter (A / D converter) 19, digital-to-analog converter (D / A converter) 20, and an output code generation unit 21.

Измерительный диск 1 преобразовател  содержит дополнительную дорожку в виде прозрачного кольца и основную 11змерительную дорожку (на чертеже не показаны), котора  может быть выполнена как растровой, так и функциональной , функци  пропускани  которой измен етс  по гармоническому или линейному законам за один оборот вала преобразовател .The measuring disk 1 of the converter contains an additional track in the form of a transparent ring and the main measuring track (not shown) that can be performed both raster and functional, the transmission function of which varies harmonically or linearly during one revolution of the converter shaft.

В предлагаемом преобразователе в качестве основной дорожки используетс  функциональна  дорожка.In the proposed converter, a functional track is used as the main track.

Отметим, что пары фотоприемников 5, 7 и 6, 8 выполнены на одном кристалле (т.е.  вл ютс  двухплощадочными ) .. Основным достоинством таких фотоприемников  вл етс  малый уход разброса чувствительностей между пло щадками от дестабилизирующих факторов . Отметим также, что пары фотоприемников 5, 7 и 6 и 8 сдвинуты друг относительно друга на /2.Note that the pairs of photodetectors 5, 7, and 6, 8 are made on the same crystal (i.e., are two-site). The main advantage of such photodetectors is the small deviation of the sensitivity spread between the areas from destabilizing factors. Note also that the pairs of photodetectors 5, 7 and 6, and 8 are shifted relative to each other by / 2.

Преобразователь работает следующим образом.The Converter operates as follows.

При перемещении .измерительного диска 1 относительно индикаторного диска 2 излучени  источников 3, 4, модулированные сопр жением основной измерительной дорожки и щелей инди- каторного диска 2, попадают на основные фотопр емники 5, 6, на выходах которых генерируютс  гармонические сигналы. Эти сигналы поступают на входы усилителей 9, 12, на выходах которых формируютс  сигналыWhen the measuring disk 1 is moved relative to the indicator disk 2, the radiation of sources 3, 4 modulated by the coupling of the main measuring track and the slits of the indicator disk 2 fall on the main photocouplers 5, 6, at the outputs of which harmonic signals are generated. These signals are fed to the inputs of amplifiers 9, 12, the outputs of which form signals

и, and,

иand

0101

Ui где иUi where and

иand

oioi

-f- u,sine-, + Uh,/,cose ;-f- u, sine-, + Uh, /, cose;

O1O1

и иand and

OJOj

иand

mimi

- посто нные составл ющие сигналов; и и - амплитуды сигналов; 0 - угол поворота вала- constant signal components; and and - amplitudes of signals; 0 - shaft rotation angle

преобразовател .converter

В св зи с тем что дополнительные фотоприемники 7, 8 размещены напротив прозрачного участка дополнительной кольцевой дорожки, на их выходах будут генерироватьс  посто нные нап- Р  жёни , зави-с щие от интенсивностей излучателей 3, 4 и чувствительностей фотоприемников 7, 8. Юстировку преобразовател  производ т таким образом , чтобы напр жени  на выходах усилителей 10 и 11, были бы равны посто нным составл ющим сигналов UDue to the fact that the additional photodetectors 7, 8 are placed opposite the transparent section of the additional annular track, constant voltages will be generated at their outputs depending on the intensities of the emitters 3, 4 and the sensitivity of the photodetectors 7, 8. Adjustment of the transducer produced in such a way that the voltage at the outputs of the amplifiers 10 and 11 would be equal to the constant component of the signals U

Uo,)Uo,)

И U l соответственно (т.е. UAnd U l respectively (i.e. U

0101

иand

Это можно производить регулированием как крутизны характеристик фотоприемников 7, 8, так и коэффициентов усилени  усилителей 10, 11.This can be done by adjusting both the steepness of the characteristics of the photodetectors 7, 8 and the gains of the amplifiers 10, 11.

Гармонические и посто нные сигналы с выходов усилителей 9-12 поступают на соответствующие входы дифференциальных усилителей 13, 14, на выходах которых формируютс  симметричные относительно нул  сигналыгHarmonic and permanent signals from the outputs of amplifiers 9-12 are fed to the corresponding inputs of differential amplifiers 13, 14, the outputs of which form symmetrical relatively zero signals

UjUj

U4U4

U,sin0  U, sin0

о about

5five

00

5five

00

Одновременно посто нные напр жени  и 01 и и 02 с выходов усилителей 10, 11 поступают на входы компаратора 15, выход которого соединен с управл ющими входами коммутаторов 16, 17 и 18.At the same time, the constant voltages and 01 and 02 from the outputs of the amplifiers 10, 11 are fed to the inputs of the comparator 15, the output of which is connected to the control inputs of the switches 16, 17 and 18.

Допустим, что при нормальных услови х эксплуатации преобразовател  амплитуды и,тц и U сигналов равны . Следовательно, равны и посто ные- ные напр жени  UQ, и U на входах компаратора 15. Поэтому на его выходе с равной веро тностью формируетс  код О или 1, поступающий на управл ющие входы коммутаторов 16, 17, 18. Отметим, что наличие гистерезиса у компаратора 15 исключает возможность генерации сигналов на его выходе при равенстве входных сигналов . Допустим, что на выходе ком- пардтора 15 формируетс  код О. При этом через KOMi jyTaTop 16 на опорный вход А1Щ 19 поступает напр жение Uoi , а на измерительный вход - напр жение и с выходов усилителей 10, 11 со- ответственрю. На выходе АЦП 19 формируетс  код, равныйAssume that under normal conditions of operation of the transducer amplitude and, the TC and U signals are equal. Consequently, both the constant voltages UQ and U are equal at the inputs of the comparator 15. Therefore, at its output, an O or 1 code is formed with equal probability. It enters the control inputs of the commutators 16, 17, 18. Note that the presence of hysteresis the comparator 15 eliminates the possibility of generating signals at its output with equal input signals. Assume that the O code is generated at the output of the commander 15. In this case, the voltage input Uoi is fed through the KOMi jyTaTop 16 to the reference input A1SC 19, and the voltage from the outputs of the amplifiers 10, 11 is connected to the measuring input. At the output of the ADC 19, a code is generated equal to

N иN and

N,N,

0101

где Nwhere n

максMax

- макимальное число, равное 1111. ... 1. Так как U Uo2 , то N ,о(ис N,,. Сигнал Urn,sin в с выхода усилител  13 через коммутатор 17 поступает на аналоговый вход перемножающего ЦАП 20, на цифровые входы которого поступает код с выхода МЩ 19. Величина выход- ного напр жени  ЦАП 20 определ етс  его коэффициентом передачи. При максимальном значении кода ЦАП 20 его выходное напр жение равно:is the maximum number equal to 1111. ... 1. Since U Uo2, then N, o (is N ,,. The signal Urn, sin in from the output of amplifier 13 through switch 17 is fed to the analog input of multiplying DAC 20, to digital inputs which code comes from the output of the MS, 19. The magnitude of the output voltage of the DAC 20. is determined by its transfer coefficient.At the maximum value of the DAC code 20, its output voltage is equal to:

иand

цлпchain block

- (1 - 2 п) Ug у ,- (1 - 2 p) Ug y,

где п -. число разр дов.where n -. number of bits

В св зи с тем что величина /2 очень мала (так; дл  10-разр дного ЦАП 20 составл ет меньше 0,001%), то ею можно пренебречь иSince the value of / 2 is very small (so; for a 10-bit DAC, 20 is less than 0.001%), it can be ignored and

иand

МпMp

UBX miSine. UBX miSine.

Таким образом, равные по амплитуде сигналы поступают на блок 21 форThus, signals of equal amplitude arrive at block 21

мировани  вькодного кода, представл ющий собой широко известный преобразователь синусо-косинусных сигналов и код.world wide code code, which is a widely known sine-cosine signal converter and code.

Отметим, что в случае формировани  на выходе компаратора 15 кода 1 коммутаци  коммутаторами 16-18 произвелась бы таким образом, что на опорный вход АЦП 19 поступило напр жение o Lt на аналоговый вход I ЦАП 20 - Uni- .cose. При этом на выходах блока 21 формировани  выходного кода присутствуют сигналы, ные сигналам при значении кода .на выходе компаратора 15.Note that if a code 1 was formed at the output of the comparator 15, the switches 16-18 would be switched so that the reference input of the ADC 19 received a voltage of o Lt on the analog input I of the DAC 20 - Uni- .cose. In this case, the outputs of the output code generation unit 21 contain signals that are given to the signals when the code value is at the output of the comparator 15.

Предположим, что от вли ни  деста билизирующих факторов сигналы на выходах усилителей 9., 10 уменьшились в К раз. Тогда на входы компаратора 15 поступ т напр жени , равные Uoi/KSuppose that from the influence of destabilizing factors, the signals at the outputs of amplifiers 9., 10 have decreased by a factor of K. Then, the inputs of the comparator 15 receive a voltage equal to Uoi / K

аналогич 0analog 0

и Up4, и на выходе компаратора 15 сформируетс  код 1, поступающий ,на управл ющие входы коммутаторов 16-18. При этом на вход опорного напр жени  через коммутатор 16 поступит напр жение , а на измери- тельньш вход - U,/К. Аналогичным образом на аналоговый вход ЦАП 20 через коммутатор 17 поступит сигнал и cos0 с выхода усилител  14, а на вход коммутатора 18 - сигнал U,/Ksin6.and Up4, and at the output of the comparator 15, a code 1 is generated, arriving at the control inputs of the switches 16-18. In this case, the input voltage through the switch 16 will receive a voltage, and the measured input - U, / K. Similarly, the analog input of the DAC 20 through the switch 17 will receive the signal and cos0 from the output of the amplifier 14, and the input of the switch 18 will receive the signal U, / Ksin6.

Коммутаци  коммутаторами 16-18 производитс  таким образом, что на опорный вход АЦП 19 и аналоговый вхо ЦАП 20 поступают большие по величине напр жени , т.е. U и и цСозб.Switches 16-18 are switched in such a way that large voltage sources, i.e., are received at the reference input of the ADC 19 and the analog input of the DAC 20. U and and Sozb.

Тогда код на вокоде АЦП 19 будетThen the code on the ADC 19 code will be

N -- N X V лАОкс N - N X V LAOX

ЧТО соответственно приведен к уменьшению в К раз коэффициента передачи .ЦАП 20. Поэтому напр жение на вы-THAT, respectively, is reduced to a factor of K in the transmission coefficient .CAT 20. Therefore, the voltage is at

455390455390

ходе его будет Uduring his will u

иand

1515

20 члп Kcose Такик образом, уменьшение ампли- g туды синусоидального сигнала в К раз приведет к аналогичному уменьшению амплитуды косинусоидального сигнала на выходе ЦАП 20. Равные по амплитуде синусоидальный и косинусоидаль- 10 ный сигналы через коммутатор 18 поступают на входы блока 21.Thus, a decrease in the amplitude of the sine-wave signal by a factor of K will result in a similar decrease in the amplitude of the cosine signal at the output of the DAC 20. Equal amplitude sine and cosine signals go through the switch 18 to the inputs of unit 21.

Коммутаци  коммутатором 18 производитс  так, что на первом входе блока 21 вбегда присутствует сину- соидальный сигнал, а на втором входе - кссинусоидальньй.Switching by switch 18 is carried out in such a way that a sinusoidal signal is always present at the first input of block 21, and a xinusoidal signal is present at the second input.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula 0 0 о about 5five 5five 00 5five п P Преобразователь перемещени  в код, содержащий два источника излучени , каждый из которых через основную и дополнительную дорожки индикаторного и измерительного дисков оптически соединен с соответствующие ми основными и дополнительным фотоприемниками , блок формировани  выходного кода, первый коммутатор, аналого.-цифровой преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовател , в него введены два дифференциальных усилител , компаратор и два коммутатора, выходы основных; фото- приемников соединены с первыми входами соответственно первого и второ- го дифференциальных усилителей, выходы дополнительных фотоприемников соединены с вторьми входами соответственно первого и второго дифференциальных усилителей, с первым и вторым входами компаратора и с первым и вторым информационными входами первого коммутатора, выходы которого соединены с входами аналого-цифрового преобразовател , выходы которого соединены с цифровыми входами циф- роаналогового преобразовател , выход которого соединен с первым информационным входом второго коммутатора , выходы дифференциальных усилителей соединены с информационньми g входами третьего коммутатора, первый выход которого соединен с входом опорного сигнала цифроаналогового преобразовател , а второй выход - с вторым информационным входом второго A displacement transducer into a code containing two radiation sources, each of which through the main and additional tracks of the indicator and measuring disks are optically connected to the respective main and additional photoreceivers, the output code generation unit, the first switch, the analog-to-digital converter, the digital-to-analog converter, which differs by the fact that, in order to increase the accuracy of the converter, two differential amplifiers, a comparator and two switches, the main outputs were introduced into it; photo receivers are connected to the first inputs of the first and second differential amplifiers, respectively; the outputs of the additional photoreceivers are connected to the second inputs of the first and second differential amplifiers, respectively, to the first and second inputs of the comparator, and to the first and second information inputs of the first switch, the outputs of which are connected to the analog-to-digital converter inputs, the outputs of which are connected to the digital inputs of the digital-analog converter, the output of which is connected to the first information the output of the second switch, the outputs of the differential amplifiers are connected to the information g inputs of the third switch, the first output of which is connected to the input of the reference signal of the digital-to-analog converter, and the second output to the second information input of the second 714553908714553908 |коммутатора, выходы которого соеди- соединен с управл ющими входами пер- |нены с входами блока формировани  вого, второго и третьего коммутато- ыходного кода выход компаратора ров.| switch, the outputs of which are connected to the control inputs are shifted to the inputs of the forming unit, the second and the third switching output code of the comparator.