Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код повышенной точности
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий нитевидный источник света, отражатель, вал вращения,, полый барабан, диафрагму, фотоприемник с дискретными фоточувствительными дорожками считывания, двухфазный генератор сигналов несущей частоты, два делителя напряжения , дифференциальный усилитель и преобразователь кодов, введены фазорасщепитель опорного сигнала, два дифференциальных усилителя, четыре делителя напряжений, а на фотоприемнике выполнены четыре пары дополнительных дорожек. Такое выполнение фотоприемникз, а также введение фазорасщепителя опорного сигнала позволило получить три однотипных фазомодулированных сигнала, одновременная обработка которых дала значительное повышение точности по сравнению с вариантом обработки одного из них. 2 ил. (Л С
СОК)3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)ю Н 03 М 1/22, 1/24
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ::
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4832352/24 (22) 31.05.90 (46) 23.08.93. Бюл. № 31 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) А.В.Косинский, А.Е.Попов, А.А.Холомонов, В.Б.Богданович, А.Л.Поламарчук и Ю.В.Ушенин (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 864320, кл, Н 03 M 1/22, 1980.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1661997, кл, Н 03 M 1/24, 1989. (54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В КОД ПОВЫLU E HH0 A ТОЧНОСТИ (5?) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении. Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности преобразователя, ПоставленИзобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в приборостроении, машиностроении, АСУТП и др.
Целью изобретения является повышение точности и разрешающей способности преобразователя, На фиг..1 показана конструкция предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 — схема электрических соединений.
Предлагаемый преобразователь содержит нитевидный источник излучения 1, испускающий световой поток, который, проходя через щель 5 полого барабана 4, отражается от отражателя 2, положение которого зависит от угла поворота кодируемо!
Ж, 1835603 А1 ная цель достигается тем, что в фотоэлектрический преобразователь перемещений в код, содержащий нитевидный источник света, отражатель, вал вращения, полый барабан, диафрагму, фотоприемник с дискретными фоточувствительными дорожками считывания, двухфазный генератор сигналов несущей частоты, два делителя напряжения, дифференциальный усилитель и преобразователь кодов. введены фаэорасщепитель опорного сигнала, два дифференциальных усилителя, четыре делителя напряжений, а на фотоприемнике выполнены четыре пары дополнительных дорожек.
Такое выполнение фотоприемника, а также введение фазорасщепителя опорного сигнала позволило получить три однотипных фазомодулированных сигнала, одновременная обработка которых дала значительное повышение точности по сравнению с вариантом обработки одного из них. 2 ил, го вала 3 (фиг, 1), попадает на дискретные фоточувствительные дорожки 7, 23, 24, 25, 26, 27, 28. 29, 30, 31, 32, 33 и 34. включенные в качестве плечей мостовых схем 10 — 15, причем одни диагонали мостов 10, 12 и 14 запитываются напряжением U 1835603 11, на вход 17 — со схем 12 и 13, на вход 18— со схем 14 и 15, Выходы дифференциальных усилителей 16 — 18 в свою очередь подключены к первому, третьему и пятому входам многовходового формирователя кодов 19, к второму входу которого подключен второй выход генератора несущей частоты (блок 3, фиг, 2), а на четвертый и шестой входы — соответственно с первого и второго выходов фазорасщепителя опорного сигнала (блок 9, фиг. 2), вход которого подключен к второму выходу генератора несущей частоты (блок 8, фиг, 2). Как уже отмечалось, кодовый фотоприемник снабжен дополнительными дорожками 23 — 34, предназначенными для фазовой интерполяции младшего Разряда считывания и расположенными таким образом, что дорожка 23 уложена с частотой, вдвое превышающей частоту укладки дорожки 7 младшего разряда считывания, дорожки 24, 26, 28, 30„32 и 34 укладываются противофазно 23, 25, 27, 29, 31 и 33-ей, соответственно дорожки 25, 29 и 33 наносятся со сдвигом на величину в 1/4 периода относительно дорожек 23, 27 и 31. Дорожки 27 и 31, как показано на фиг. 2, сдвинуты относительно дорожки 23 на 2 Фт величины у1 =- и y2 = 3 3 Световой поток от нитевидного источника света 1 проходит через щель 5 полого барабана модулятора 4 и, отразившись от зеркала 2, попадает на фотоприемник 6 в виде радиального светового штриха так. что перекрываются все дискретные фоточувствительные дорожки в том числе 23 — 34 таким образом, что при выбранных параметрах преобразователя сопротивления между точками а1 и bl, bi и ei, di и ei, е1 и fl меняются по законам: 2Л ВЦ= ОЦ+В +фп (P — yj i— 1) pt 2л Rzj=Rmj-Rmzjsin — — (p - )) — 1), pr 2л R3j=R03j+Rm3jcos — (p — д — l) pr 2л R4j=Rp4j Кп 41со$ (p ) j — 1), pr (2) (3) (4) ГДЕ Rmjj, Ro1i — СООтВЕтСтВЕННО аМПЛИтУДЫ переменных и величины постоянных составляющих сопротивлений Р ;, 1=1,2,3,4. Сопротивления Rij. i=1, 2, 3, 4 и сопротивления R5i, Rej, R7l, Rei, )=1, 2, 3, образу.ющие шесть делителей напряжения, включены соответственно в шесть мостовых схем 10 — 15, соответствующие диагонали которых запитываются, как показано на фиг. 2, напряжениями 01sin ok t, 02со$ ы t, снимаемыми с выхода двухфазного генератора не сущей частоты (блок 8, фиг. 2) так. что напряжения между точками Ь,, gi u bj. hi, )=-1, 2, 3 равны 1)1 6! 51 2) (+R2j)(R5j+Rej) 10 (5) R3j R7j Rei 4! Uet„I=U I U„l=U2- + R(R— (6) Сигналы на выходах дифференциальных усилителей (блоки 16 — 18. фиг. 2) будут определяться выражениями UDYj=Ubj+Uej Ugi Ubj= Ubjgj+ U ojybj, (7) где 0ь), Uoj Ujjj, Ubj — напряжения между точками Ь1, ei, gj, hi соответственно и точкой нулевого потенциала О, j=1, 2, 3, 25 А при выполнении условий: Roll=-Ro, l=1, 2. 3, 4; j=1, 2, 3: Rmij=Rm, 1=1, 2, 3, 4; j=1. 2, 3; R5j=Rej=R7j=Rej=R, j-1, 2, 3; U1--02=U (8) (9) (10) (11) 30 где j=1, 2, 3; <р — угловая мера фоточувствительной ячейки младшего разряда считывания, Таким образом, на выходе дифференциальных усилителей образуются сигналы постоянной амплитуды с величинами фаз. прямо пропорциональными измеряемому перемещению р и различающиеся между 2л собой на — . Косинусоидальные напряжения (12) подаются на первый, третий и пятый входы многовходового формирователя кодов 19, на второй четвертый и шестой входы которого подается система опорных сигналов 02соз а) t -сигнал, снимаемый с второго выхода двухфазного генератора несущей час2л тоты; 0рсоз(гл t + — ) — сигнал, снимаемый 3 с первого выхода фазорасщепителя опорно4л ro сигнала 9: 02cos(ii> t - - ) сигнал, сни3 напряжение на выходе ДУ; может быть выражено как Rm UD Yj=U 2 — cos ((1) t— 2Ro 35 (12) 1835 i 10 50 маемый с второго выхода фэзорэсщепителя опорного сигнала 9. Формирователь кода 19 выделяет разности фаз между сигналами U0Y1 и UgcoS И t, UDY> и U2COs(C0 1 + — ), 2 7г 4л VDY3 и VQcos(в t + — ) и складывает их, 3 представляя итоговый результат в виде цифрового кода разрядности и>. Таким образом, величина, представляемая в виде кодового эквивалента, пропорциональна. Из (13) видно, что с выхода формирователя кода 19 снимаются кодовые сигналы, соответствующие угловому перемещению р, лежащему в пределах единицы младшего разряда кодового фотоприемника. Кроме того, на формирователь кода заводятся сигналы с фоточувствительных дорожек считывания, что позволяет выполнить соответствующее согласование кодовых эквивалентов углового перемещения, полученных в результате считывания и фазовой интерполяции. Одновременная обработка трех однотипных фазомодулированных сигналов (12) несет значительное повышение точности преобразования по сравнению с вариантом обработки лишь одного из них (как в прототипе). Формула изобретения Фотоэлектрический преобразователь перемещений в код повышенной точности, содержащий нитевидный источник света, отражатель, вал вращения, полый барабан, диафрагму, фотоприемник с дискретными фоточувствительными дорожками считывания и двумя парами дополнительных фоточувствительных дорожек, размеры активных и пассивных участков которых в направлении перемещения равные половине активного участка дорожки младшего разряда считывания, границы активных участков первой пары дополнительных фоточувствительных дорожек совпадают с границами активных участков дорожки младшего разряда считывания, а границы активных участков второй пары дополнительных фоточувствительных дорожек смещены относительно границ активных участков первой пары дополнительных фоточувствительных дорожек на четверть активного участка дорожки младшего разряда считывания. активные участки дорожек в первой и второй парах дополнительных фоточувствительных дорожек расположены с взаимным сдвигом на половину их периода, двухфазный генератор сигналов несущей частоты, первый выход которого соединен с первыми входами первой пары дополнительных фоточувствительных дорожек и первого делителя напряжения, второй выход двухфазного генератора сигналов несущей частоты соединен с первыми входами второй пары дополнительных фоточувствительных дорожек и второго делителя напряжения, вторые выходы первой и второй пар дополнительных фоточувствительных дорожек соединены соответстве но с первым и вторым входами первого дифференциального усилителя, третьи выходы первой и второй пар дополнительных фоточувствительных дорожек соединены с вторыми входами соответственно первого и второго делителей напряжения, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам первого дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым входом преобразователя кодов, второй вход которого подключен к второму выходу двухфазного генератора сигналов несущей частоты. rpynna выходов основных дорожек считывания подключена к группе кодовых входов преобразователя кодов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности преобразователя, в него введены фаэорасщепитель опорного сигнала, второй и третий дифференциальные усилители, с третьего по шестой делители напряжения, а на фотоприемнике выполнены четыре пары дополнительных дорожек, размеры активных и пассивных участков которых в направлении перемещения равны половине активного участка дорожки младшего разряда считывания, со сдвигом на треть размера активного участка которых расположены границы соответствующих активных участков первой пары дополнительных дорожек. а границы активн ix участков второй пары дополнительных дорожек смещены относительно одноименных участков первой пары дополнительных дорожек на половину углового размера активного участка, границы активных участков третьей пары дополнительных дорожек расположены относительно одноименных границ второй пары со сдвигом на треть углового размера активного участка младшего разряда считывания, а границы активных участков четвертой пары дополнительных дорожек смещены относительно одноименных участков третьей пары дополнительных дорожек на половину углового размера активного участка, внутри каждой пары дорожки размещены со сдвигом нэ размер активного 3835603 участка, первый выход двухфазного генератора сигналов несущей частоты соединен с первыми выводами первой и третьей пар дополнительных дорожек и с первыми входами третьего и пятого делителей напряжения, второй выход двухфазного генератора сигналов несущей частоты соединен с первыми выводами второй и четвертой пар дополнительных дорожек, с первыми входами четвертого и шестого делителей напряжения и входом фазорасщепителя опорного сигнала, первый и второй выходы которого подключены к третьему и четвертому входам преобразователя кода соответственно, вторые выходы первой и второй пар дополнительных дорожек соединены соответственно с первым и вторым входами второго дифференциального усилителя, выход которого подключен к пятому входу преобразователя кода, третьи выводы первой и второй пар дополнительных дорожек соединены соответственно с вторыми входами третьего и четвертого делителей напряжения, выхо5 ды которых соединены с третьим и четвертым входами второго дифференциального усилителя соответственно, вторые выходы третьей и четвертой пар дополнительных дорожек соединены соответственно с пер10 вым и вторым входами третьего дифференциального усилителя, выход которого подключен к шестому входу преобразователя кода, третьи выводы третьей и четвертой пар дополнительных дорожек соединены соЯ ответственно с вторыми входами пятого и шестого делителей напряжения, выходы которых подключены соответственно к третьему и четвертому входам третьего дифференциального усилителя, 1835603 Составитель А. Попов Техред M,Mîðãåíòàë Корректор M. Андрушенко Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 Заказ 2985 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
