SU1269260A1 - Способ преобразовани перемещени в код и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области автоматики и вычислительной техники и предназначено дл  преобразовани  линейных или угловых перемещений в цифровой код. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани . Дл  этого в известном способе, основанном на формировании оптического излучени , модулировании оптического излучени  двум  участками дорожки кодового лимба , суммировании модулированных оптических сигналов, преобразовании их в электрические синусоидальные сигналы, сдвинутых по фазе на 90 + + Щ, где ucf - ошибка сдвига фазы, . и амплитуда которых пропорциональна перемещению кодового лимба, формировании кода точного и грубого отсчетов, сравнивают фазы электрических синусоидальных сигналов и при отличии их от 90 на utp формируют сигнал X, пропорциональный 4tp , формируют два корректирующих сигнала умножением каждого электрического синусоидального сигнала на 1/ /(Х-0,5т), где га - максимальна  величина сигнала X, суммируют ампЛитуды электрических синусоидальных сигналов с амплитудой соответствующих корректирующих сигналов. Одновременно в устройство, содержащее излучатель,лимб, оптическую систему из объективов, диафрагму, фотоприемники , два сумматора, два пороговых элемента, блок измерени  числа периодов в преобразователь амплитудно-модулированных сигналов в код, введены фазовый компаратор и два блока умножени . При вращении (или перемещении) лимба на выходах фотоприемников формируютс  сигналы, / амплитуда которых определ етс  видом растра от сопр жени  двух участков кодовой дорожки лимба. Блоком измерени  числа периодов и преобразователем амплитудно-модулированных сигналов в код эти сигналы преобразу- ютс  в цифровой код грубого и точного отсчетов. Дл  компенсации погрешности с пороговых элементов сигналы поступают На входы фазового компаратора . Временной интервал между сигналами заполн етс  импульсами в счетчике, причем импульсы формируютс  в канале точного отсчета. В блоках умножени  эти сигналы перемножаютс  с соответствующими сигналамисвыхода пороговых элементов. Полученньй корректирующий сигнал подаетс  на вторые входы сумматоров, где они компенсируют погрешность, вызванную несовершенством кодовой дорожки лимба . 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение (упюс.итс  к автоматике и нычислительной технике и предназначено дл  преобразовани  линейных И.ПИ угловых положений объектов в цифровой код. Цел.ью изобретени   вл етс  повышение точности способа и устройства На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства дл  преобразовани  перемещени  в код; на фиг. 2 - принцип образовани  муаровой картины и ее обработки; на. фиг.З блок-схема блока измерени  числа периодов . Устройство содержит излучатель Ij лимб 25 преломл ющее зеркало 3, оптическую систему 4 из объективов 5, преломл ющее зеркало 6, диафрагму 7, фотоприемники 8, сумматоры 9 и 10, пороговые элементы 11 и 12, фазовый компаратор 13, счетчик 14, блоки 15 и 16 умножени , блок 17 из числа периодов, преобразователь 18 амплитудно-модулированных сигналов в код. Лимб 2 имеет дорожку 19, а блок 17 измерени  числа пе риодов содержит нуль-органы 20 и 21, инвертор 22, одновибраторы. 23 и 24, элементы И-НЕ 25-27, триггер 28 счетчик 29 Способ преобразовани  угла поворота вала в код заключаетс  в следу ющем , Оптическа  система 4, состо ща  из объективов 5 и зеркал 3 и 6, проектирует изображение участка кодовой дорожки лимба 2, расположенно го над излучателем 1 на диаметрально противоположном участке той же дорожки, вблизи которого расположен диафрагма 7. Диафрагма 7 представл  ет из себ  два окна определенных размеров, вырезающих два участка му аровой картины. Муаротва  картина со даетс  за счет того, что коэфсЬициент увеличени  проекционной системы выбираетс  несколько больше I„ Принцип обработки муаровой карти ны дорожки 19 показан на фиг, 2, гд 30 и 31 - отверсти  диафрагмы 7, за которыми размещены фотоприемники 8, 32 - распределение интенсивности св та в плоскости диафрагмы 7, 33 участок щтриховой дорожки лимба 2, 34 - изображение противоположного участка лимба 2. 0 Период Z муаровой картин 1 в плоскости диафрагмы 7 определ етс  из соотнощени  ( )i - |-- , () где п - число штрихов (номинального размера без увеличени ) в периоде; i - коэффициент увеличени  проекционной системы. Дл  фазовой обработки муаровой картины и получени  сигналов, пропорциональных sincp и costp, размеры отверстий 30 и 31 диафрагмы 7 и рассто ние L между ними должны вы- биратьс  определенным образом. Распределение интенсивности света в муаровой картине имеет вид треугольной пилы и при разложении в р д Фурье она содержит только нечетные пространственные гармоники, причем амплитуда К-й гармоники затухает пропорционально 1/К . Если ширина отверсти  30 или 31 диафрагмы 7 выбираетс  равной (где TO - номинал1 ный линейный размер периода муара), то амплитуда 3-й пространственной гармоники на фотоприемнике 8 обращаетс  в нуль, так как она усредн етс  точно на периоде; амплитуды 5-й и более высоких гармоник при этом не превышают ,01 от амплитуды 1-й гармоники. При перемещении лимба 2 сдвигаетс  вс  муарова  картина, причем сдвигу лимба 2 на толщину одного штриха кодовой дорожки соответствует сдвиг муаровой картины точно на период, и эта закономерность не зависит от увеличени  i и от длины периода Т муара (в см). Таким обра-; зом, цена одного периода муара, выраженна  через угол поворота лим-. ба 2, есть величина посто нна , определ ема  только числом штрихов на дорожке лимба 2. Поэтому в грубом отсчете угла С| , получаемом счетом числа периодов муара, ошибок от изменени  периода Т или увеличени  i не возникает. В то же врем  фазова  обработка муаровой картины внутри периода, необходима  дл  точного отсчета угла ср , при изменении периода Т (или увеличени  i) дает ошибки, так как эта обработка производитс  при фиксированном рассто нии L между отверсти ми 30 и 3 диафрагмы 7. Причины по влени  этой ошибки видны из фиг. 2. Если период Т равен точно номинальному значению Т (увеличение i равно номинальному значению ij,), то с фотоприемников 8 снимаютс  сигналы ср и if , сдвиг фаз между которыми равен точно 90 (или ), т.е. эти сигналы в соответствии с фиг. 2 пропорционал ны u UoSincf, u -UoCOSc/, (2) где UQ - амплитуда переменной составл ющей в интенсивности света. С помощью сигналов U и U можно точно вычислить фазовый сдвиг ц муаровой картины. Методы определени  Cf по сигналам U и U могут быть различны - то вычислени  по формуле q arcsin и /и (ср - гссоз U /U ) до пр мого преобразовани  сигналов и и и в величину угла. Фазовый сдвиг между сигналами и и и равен и его отличие от номинального значени  составит ДС1 |Т( 1 -1).. (4) Учитыва  зависимость периода Т от увеличени  i(Т --- ), нетрудно оп ределить, что при i 1 величина может измен тьс  весьма существенн даже при незначительном изменении увеличени  i. Дл  исключени  ошибок в способе и устройстве использован метод фазовой обработки муаровой картины, который позвол ет с помощью измер  емых сигналов и и и образовать в личину, пропорциональную перемещению лимба и инвариантную к увеличе нию проекционной системы и соответ ственно к длине периода Т. Принцип получени  этой величины Основан на том, что при изменен увеличени  системы 4 не измен етс положение элемента изображени , ра положенного на оптической оси сист мы 4. 04 При перемещении лимба 2 на угол ( муарова  картина сдвигаетс . При этом поворота ( лимба 2 точно соответствует величина S , вьфаженна  в дол х периода Т, т.е. в угловой мере. Этот факт следует из того , что при Cf 0 , а при сдвиге кодовых дорожек на один период положение сдвинетс  тоже на период,неэависимо от длины периода Т. Пренебрега  посто нной составл ющей , котора  может быть учтена один раз, выражение дл  величины угла S , в точности пропорционального углу поворота лимба, имеет вид с;+ 1дс|) , где йСр отклонение фазового сдвига между сигналами от номиналь ного значени  90 или 270 . Устройство,реализующее способ работает следующим образом. Выходные сигналы с фотоприемни- ков 8, которые выполнены в виде двух площадок, чувствительных к свету и наход щихс  против отверстий 30 и 3 диафрагмы 7, поступают на сумматоры 9 и 10, а затем на пороговые элементы 11 и 12. После преобразовани  они поступают на блоки 17 и 18. Выходные сигналы последних (грубый отсчет) и (точный отсчет) содержат полную информацию об измер емом угле и используютс  дл  выработки кода, пропорционального углу ср . Однако сигналы фотоприемников 8 содержат фазовую погрешность йСР . Дл  компенсации этой погрешности используютс  фазовый компаратор 13, счетчик 14, блоки 15 и 16, Компенсаци  фазовой погрешности состоит в том, что в каждом периоде выходного сигнала определ етс  знак этой погрешности, и в этом же периоде уменьшаетс  на один дискрет ее величина,. Знак фазовой погрешности дер определ етсА фазс1вым компаратором 13, выходной сигнал которого ( 1 1; , еь|у OjuCf O. Это может быть достигнуто, например , путем сравнени  по времени передних фронтов выходных сигналов двух компараторов напр жени , один из которых сравнивает синусный и косинусный сигналы, а второй - синусный сигнал с посто нным уровнем, и последующей логической обработкой результатов этого сравнени . Выходной сигнал с компаратора 13 поступает на информационный вход счетчика 14. Тактовый вход последнего сое динен с выходом блока 17, соответствующих числу периодов муаровой картины. Этим достигаетс  обновлени информации на выходе счетчика 14 по еле каждого периода муаровой картины . Блок 17 измерени  числа периодов преобразует входные сигналы следующим образом , С выходов нуль-органов 20 и 21 сигналы, нормированные по амплитуде поступают на входы элементов 2.2-26. Одновибраторы 23 и 24 вырабатывают импульсы, открывающие на короткое врем  элементы И-НЕ 25 и 26, При со падении пол рности сигнала с выхода нуль-органа 21 (или 22) с сигналом одновибратора 23 (или 24) элемент И НЕ 25 (или 26) открываетс . Через элемент И-НЕ 27 импульс поступает на счетный вход счетчика 29, который его просчитывает и формирует код перемещени  лимба 2. Триггер 28 управл ет работой счетчика 29. В случае по влени  на его выходе сигнала логической 1 счетчик-29 работает в режиме сложени , логического О в режиме вычитани , Блоки 15 и 16 производ т умножение выходного кода счетчика 14 на синусный и косинусный сигналы. Выходные сигналы блоков 15 и 16 могут быть записаны в следующем виде Х-0,5т ,, Х-0,5т вы, . U,,,,cosq .- -

где X - текущий код счетчика 14;

m - полна  емкость счетчика 14. Если выходной код счетчика 4 равен половине его полной емкости (,5т)., то выходные сигналы блоков 15 и 16 равны нулю и в сумматорах 9 и 10 компенсирующие сигналы отсутствуют. Допустим, что при этом фазова  погрешность входных сигналов равна +дср. Така  ситуаци  может возникнуть , например, после включени  питани  и принудительной начальной установки счетчика 14..Ввиду того, что пороговые элементы 11 и 12 фазу сигналов не мен ют, между сигналами sincp и cosq) фазова  погрешность такобретени 

Формула

1. Способ преобразовани  перемещени  в код, основанный на формировании оптического излучени , одновременном модулировании оптического излучени  первым и вторым участками дорожки кодового лимба со штрихами, суммировании модулированных оптических сигналов, преобразовании суммарного оптического сигнала в два электрических синусоидаль- ных сигнала, сдвинутых по фазе на 90 -t-ucp, где Дер - ошибка сдвига фазы , и амплитуда которых пропорциоже будет равна +ЛЦ). Тогда выходной сигнал фазового компаратора 13 в первом периоде будет равен е щнице и счетчик 14 с приходом .тактового импульса увеличит выходной код на один дискрет. Выходные сигналы блоков 15 и 16 при этом будут равны: что приведет к уменьшению фазового сдвига выходных сигналов на 1 дискрет . В следующих периодах сигнала фазовый сдвиг будет уменьшатьс  таким же образом до тех пор, пока его величина не станет меньше 90 , т.е. . При этом выходной сигнал фазового компаратора 13 в течение следующего периода будет равен нулю, и счетчик 14 уменьшит выходной код на единицу младшего разр да, что приведет к увеличению фазового сдвига на один дискрет. Таким, образом, установитс  состо ние динамического равновеси , когда величина фазового сдвига будет поддерживатьс  равной 90 с ошибкой в 1 дискрет. Так как выходные сигналы блоков 15 и 16 равны между собой по величине, то и изменени  фазовых погрешностей дл  синусной и косинусной составл ющих будут одина.ковы и равны Поэтому в соответствии с выражением (5) вычисл ема  величина фазового сдвига муаровой картины cp.ro становитс  независимой от увеличени  проекционной системы и всегда равна (с точностью до единицы младшего разр да) углу поворота лимба 2. нальна переметению кодового лимба со штрихами, формировании кода точ ного отсчета, пропорционального пе ремещению кодового лимба со штриха ми в пределах двух соседних штрихов , амплитудном квантовании двух электрических синусоидальных сигна лов, формировании кода грубого отсчета , подсчете числа переходов че рез нулевое значение двух электри ческих синусоидальных сигналов, отличающийс  тем, что с целью повышени  точности преобра зовани , в нем фазы двух электриче ких синусоидальных сигналов сравнивают и при отличии фаз от 90 на uq формируют сигнал X рассогласовани , пропорциональный uq , формируют два корректирующих сигнала умножением амплитуды каждого из двух электрических синусоидальных Х-0,5т сигналов на где то - максимальна  величина сигнала X рассогласовани , суммируют амплитуды двух электрических синусоидальных сигналов с амплитудами соответствующих корректирующих сигналов. 2. Устройство дл  преобразовани  перемещени  в код, содержащее излучатель, оптически соединенный через первый участок кодовой дорож ки лимба, первое преломл ющее зеркало , оптическую систему, второе преломл ющее зеркало, второй участок кодовой дорожки лимба и диафрагму с фотоприемниками, два сумматора , два пороговых элемента, преобразователь амплитудно-модулированных сигналов в код, блок изме рени  числа периодов, о т л и ч а 608 ю щ е е с   тем, что, с целью повышени  точности устройства, в него введены фазовый компаратор,счетчик, два блока умножени , фотоприемники разнесены между собой вдоль кодовой дорожки на рассто ние ,75T, где TO - номинальный линейный размер периода муара растрового сопр жени  первого и второго участков кодовой дорожки лимба, выходы фотоприемников соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых соединены с входами соответствующих пороговых элементов, выход первого порогового элемента соединен с первыми входами фазового, компаратора, первого блока умножени , преобразовател  амплитудно-модулированных сигналов в код и блока измерени  числа периодов, выход второго порогового элемента соединен с вторыми входами блока измерени  числа периодов, преобразовател  амплитудНо-мрдулированных сигналов в код, фазового компаратора и с первым входом второго блока умножени , выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход фазового компаратора соединен с информационным входом счетчика, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножени , выход первого блока умножени  соединен с вторым входом второго сумматора , выходы преобразовател  амплитудно-модулированных сигналов в код и блока измерени  числа периодов  вл ютс  выходами точного и грубого отсчетов устройства, выход блока измерени  числа периодов соединен с тактовым входом счетчика.

3fpnaflo

Put. f

pja ra;pji V/J мигцк щщ

a ка Ki ttsT иЯ да IИ т ga far

Claims (3)

1. Формула изобретения

   Если выходной код счетчика 14 45 равен половине его полной емкости (Х=0,5ш), то выходные сигналы блоков 15 и 16 равны нулю и в сумматорах 9 и 10 компенсирующие сигналы отсутствуют. Допустим, что при этом фазовая погрешность входных сигналов равна + дц>. Такая ситуация может возникнуть, например', после включения питания и принудительной начальной установки счетчика 14..Ввиду того, что пороговые элементы 11 и 12 фазу сигналов не меняют, между сигналами sinq> и cosep фазовая погрешность так1. Способ преобразования перемещения в код, основанный на формировании оптического излучения, одновременном модулировании оптического излучения первым и вторым участками дорожки кодового лимба со штрихами, суммировании модулированных оптических сигналов, преобразовании суммарного оптического сигнала в два электрических синусоидальных сигнала, сдвинутых по фазе на 90 +дср, где Дер - ошибка сдвига фазы, и амплитуда которых пропорцио7 нальна перемещению кодового лимба со штрихами, формировании кода точного отсчета, пропорционального перемещению кодового лимба со штрихами в пределах двух соседних штрихов, амплитудном квантовании двух электрических синусоидальных сигналов, формировании кода грубого отсчета, подсчете числа переходов через нулевое значение двух электрических синусоидальных сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в нем фазы двух электрических синусоидальных сигналов сравнивают и при отличии фаз от 90° на йц» формируют сигнал X рассогласования, пропорциональный , фор.мируют два корректирующих сигнала умножением амплитуды каждого из двух электрических синусоидальных

   Х-0.5ш сигналов на ----¹— , где m - макш .

   симальная величина сигнала X рассогласования, суммируют амплитуды двух электрических синусоидальных сигналов с амплитудами соответствующих корректирующих сигналов.
2. 2. Устройство для преобразования перемещения в код, содержащее излучатель, оптически соединенный через первый участок кодовой дорожки лимба, первое преломляющее зеркало, оптическую систему, второе преломляющее зеркало, второй участок кодовой дорожки лимба и диафрагму с фотоприемниками, два сумматора, два пороговых элемента, преобразователь амплитудно-модулированных сигналов в код, блок измерения числа периодов, отлича ющееся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены фазовый компаратор,счетчик, дна блока умножения, фотоприемники разнесены между собой вдоль кодовой дорожки на расстояние L=0,75T_o, где Т_о - номинальный линейный размер периода муара растрового сопряжения первого и второго участков кодовой дорожки лимба, выходы фотоприемников соединены с первыми входами соответствующих сумматоров, выходы которых соединены с входами соответствующих пороговых элементов, выход первого порогового элемента соединен с первыми входами фазового, компаратора, первого блока умножения, преобразователя амплитудно-модулированных сигналов в код и блока измерения( числа периодов, выход второго порогового элемента соединен с вторыми входами блока измерения числа периодов, преобразователя амплитудНо-модулированных сигналов в код, фазового компаратора и с первым входом второго блока умножения, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, выход фазового компаратора соединен с информационным входом счетчика, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход первого блока умножения соединен с вторым входом второго сумматора, выходы преобразователя амплитудно-модулированных сигналов в код и блока измерения числа периодов являются выходами точного и грубого отсчетов устройства, выход блока измерения числа периодов соединен с тактовым входом счетчика.
3. 4 Оптическая система

   Макало

   Зеркало

   1Я Дорожка г

   блок умножения

   ФазоЯнй император fJpeoffpaioeameHt амплнтуРно^jluappatMQ t Фотоприемники на тор

   Ситчик блок умножения

   Сумматор измерения числа периодов нобулиробанных стналоб б κοΰ

   ПороиЯый элемент

   Фия.1

   ΨΨ