Счетно-импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный

 

ОПИСАН IE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнз

Соцнапнетнчеекнп

Реепубпни (>l) 612241 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаЯвлено120375 (21) 2115604/18-24 с присоединением заявки,% (23) Приоритет (43) Опубликовано 250678. Бюллетень йе 23 (45) Дата опубликования описания 2505.78 Z (51) М. Кл.

Ст 06 P 5/04

Т ЭЭТДЭРЕТЭЭЭЭМЕ ЭЭИЭТЬТ

Ээеьтэ Меееетрее СВэр ээ дэээа Эеээретэ111

1 етерытэй (%) УДК 681,327 (088.8) (72) вторы

B. П. Бессмельцев, В, Н. Бурнашов и В, В, Воробьев

Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения

AH СССР (7l) Заявитель (54) СЧЕТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

РАЗНОСТИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ КОДОВ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫИ

Изобретение . относится .к цифровой технике и может быть использовано в цифровых приборах с частотными датчиками, например, в двухчастотных лазерных измерителях перемещений (угловых 5 илн линейных) и расстояний, и которых измеряемая величина преобразуется в пропорциональный ей врем нной сдвиг выходных сигналов интерферометра, выражаемый как в целых периодах, так и в 10 доляк периода. Этот сдвиг, отнесенный к величине периода, должен бить умножен на коэффициент пропорциональности, равный, наттример, для двухчастотного лазерного интерферометра, длине вол- IS ны лазера.

Известны устройст. а, выполняющие эту операцию на основе число-импульсных илн цифровых преобразований Я .

Цифровое преобразование позволяет достаточно просто вводить поправки на атмосферные условия, т.е. на измене-ния коэффициента пропорциональности, однако, оно требует большого количества оборудования. Более простыми являются число-импульсные преобразователи, содержащие накапливающий сумматор, на входи которого заведено значеие длины волны лазера, соединенный З0 с реверсивным счетчиком 2). Последний подключен к блоку индикации.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является счетно» импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный, содержащий делители частоты опорного и информационного сигналов, входы которых соединены с первым и вторым входами устройства, а выходы соединены с входами вычитателя частот, блок управления, первый вход которого соединен с выходом делителя опорного сигнала, блок сумматоров, соединенный входами с выходами вычитателя частот, блоха управления и счетчика кор.рекции, элементы И-НЕ, 2 И-ИЛИ и И, генератор импульсов, первый%8-триггер и первый дифференцирующий элемент, причем второй выход вычитателя частот соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу блока управления и через дифференцирующнй элемент— входу 5 первого М& -триггера, вход М которого через элемент И под" ключен к выходу делителя частоты информационного сигнала, первый выход серого йб -триггера подключен

612241 к первому входу элемента 2 И-ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход к входу счетчика коррекции, выход элемента И-НЕ соединен с в=орьм входом элемента Hf,Я

Известные счетно-импульсные преобразователи имеют низкую точность, вызванную тем, что при изменении амплитуды сигналов и при изменении порога срабатывания Формирователей, Формирующих из синусоидальних сигнал импульсные последовательности, меняются показания преобразователя нз-за того, что в них для формирования импульсных сигналов используются лишь положительные переходы синусоиды через нуль.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

Достигается это тем, что в преобра зователь введены три Чб-триггера, два дифференцирующих элемента, элемент, И причем третий вход устройства соединен с входом К второгоЧИ-триггера, вход S которого через второй дифференцирующий элемент соединен с вторым выходом первого R S "триггера, выход второго "й -триггера через третий дифференцирующий элемент соединен c " входами Я третьего и четвертого йбтриггеров, причем вход б последнего соединен с выходом блока управления, выход четвертого @5-триггера соединен с первым входом второго элемента, И, TîðoÀ вход которого соеди-, нен с четвертым входом устройства, выкод второго элемента И соединен с входом б третьего Яб -триггера, выход которого соединен с третьим входом элемента 2 И-NJIH Четвертый вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, второй вход блока управления соединен с вторым выходом делителя частоты опорного сигнала.

На фиг. 1 показана функциональная схема преобразователя; на фиг. 2 ,временные диаграммы, поясняющие работу преобразователя.

Предлагаемый счетно-импульсный преобразователь содержит делитель частоты опорного сигнала 1, соединен ный входом с первым входом устройства, выходом совпадения нулей во всех его разрядах (выходом 0 ) — с первыми входами вычитателя частот 2 и блока управления 3, а выходом совпадения единиц во всех разрядах (выходом 1 ) . — с блоком управления 3. Вторым входом устройства является вход делителя частоты информационного сигнала 4, выход 0, которого сое-. динен с вторым входом вычитателя частот 2 H с первьм входом элемента H 5.

Выход последнего соединен с входом Я

35 -триггера б, а второй вход — с эле ментом И-НЕ 7, первый вход которого соединен с выходом ничитателя частот

2, индуцнрующим совпадение выходных импульсов делителей 1 н 4, а второй с выходом 0 блока управления 3 (импульс на выходе 0 блока управ ления появляется, когда во всех раЭрядах счетчика блока управления 3 и делителя частоты опорного сигнала 1 устанавливается 0 ).

)ð Преобразователь также сбдержит элемент 2 И-ИЛИ 8, ЦЬ -триггер 9, QS -триггер 10, 35 -триггер 11, элемент И 12, генератор импульсов 13, счетчик коррекции 14, блок сумматоров

15, первый, второй и третий дифференцирующие элементы — соответственно

16,17, 18.

Вход 6 триггера 10 подключен к выходу 1 блока управления 3, а выход триггера — к входу элемента И 12, выход которого соединен с входом триггера 11. Выход триггера 11 подключен к второму входу элемента 2И-ИЛИ 8,l третий и четвертый входы которого соединены с первым и вторым выходами генератора тактовых импульсов 13, а выход — с входом счетчика коррекции 14, Выходы счетчика коррекции 14 соединены с Входами блока сумматора 15 к

30 другим входам которого подключены второй выход вычитателя частот 2 и третий выход блока управления 3 ° устрсйство работает следующим об1 а° зом. На первый и второй его входи поступают импульсы, сформированные от

35 передних фронтов, а на четвертый и третий - от задних Фронтов опорных и информационных импульсов, соответственно, которые получаются из .синусоидально1"о сигнала интерферометра с

40 двухчастотиым лазером с помощью безгистерезисних усилителей-ограничителей с двухсторонним ограничением виходных сигналов. Опорная и информационная последовательности с первого и второго входов устройства делятся делителями 1 и 4, соответственно, а затем через вичитатель частот 2 поступают в блок сумматоров 15, где разность поделенных опорных и информационных импульсов умножается на соответствующий коэффициент и суммируется с содержимым счетчиком коррекции 14. Содержимое счетчика 14 представляет собой код полусумм двух длительностей t и

1 Р . пЕрвая — от заднего фронта опорного импульса К -1 до заднего Фронта информационного импульса g ц 1 вторая— от переднего Фронта опорного импульса

Ко до переднего Фронта информационного

60 импульса К ((. Полусумма этих длительностей равна временному сдвигу между серединами поделенных по частоте опорного и информационного импульсов плюс половина входного опорного периода (ошибка в полпериода будет система65 тической и для ее исключения в первый сумматор можно занести код этой ошибкЫ

612241 с противоположным знаком) . Формирование длительностей начинается с момента когда в делителе частоты опорного сигнала 1 и счетчике блока управления

3 установятся единицы во всех разрядах,5 в этот момент с выхода 1 блока управления 3 поступает импульс, соответствующий переднему фронту импульса Ко- 1, который устанавливает триггер 10 в единичное состояние. 10

Схема И 12 пропускает на триггер 11, формир ющий длительность t 1, импульс от заднего фронта входного опорного импульса, который ставит триггер 11 в единичное состояние, что дает возможность импульсам с первого выхода генератора 13 пройти через элемент

2 И-ИЛИ 8 на вход счетчика 14. Через один период входного опорного сигнала с выхода 0 блока управления 3 20 поступает импульс от переднего фронта К -го опорного импульса, ставящий триггер 6, который формирует длительность 2 в единичное состояние. Триггер 6 сбрасывается импульсом с выхода делителя частоты информационного сигнала 4. В случае, если этот импульс совпадает с опорным импульсом, ставящим триггер 6 в 1, с выхода блока сумматоров на вход схемы

И-НЕ 7 поступает 1, иа выходе этой схемы появляется 0, запрещающий прохождение импульса с делителя

4 через схему И 5 на сброс триггера

6. Триггер 6 сбрасывается следующим импульсом с выхода делителя 4. Длительность 2 эта длительность получалась и использовалась в прототипе), сформированная триггером 6, заполняется импульсами с второго выхода генератора 13 (эти импульсы от- 40 стоят от импульсов с первого выхода генератора на половину их периода), который через элемент 2И-ИЛИ 8 посту" пает н- вход счетчика 14. Таким образом, счетчик 14 одновременно форми- 45 рует код и 1 + Ф z за счет того, что импульсы, заполняющие f M 2,сдвииуты друг относительно дрязга.

На фиг. 2 отражены два случая с разным. порогом срабатывания усилите- 50 ля-формирователя опорного сигнала при неизменном сдвиге фаз между опорным и информационным сигналами.

Рассмотрим случай равных частот, хотя.,все сказанное справедливо и для случая разных частот. На диаграммах

6 и М изображены синусоидальные опорный и информационный сигналы и соответствующие им импульсные последовательности, сформированные безгистерезисньми усилителями-формир 1ва1елями. На этих диаграммах обозначены Т - период опорного сигналау

Ф вЂ” ""ðåìåííîé сдвиг между максимумами о11орной и информационной синусоиду

11 и t2 — половины длительностей опор: 65 ного и информационного импульсов, соотв етств ен ио Дэ — импульсы, сформированные от передйего фронта ограниченного опорного сигнала, поступающие на первый вход устройствами импульсы, сформированные от переднего фронта ограниченного информационного сигнала, поступающие на второй вход м устройства;Ц иЦв„ - импульсы, сформированные от задних фронтов or3 раниченных информационного и опорного сигналов, поступающих на третий и четвертый входы устройства, соответственно. Если опорный импульс K -1 устанавливает делитель 1 и счетчик блока управления 3 в состояние всех единиц, тогда от заднего фронта этого импульса начнется формирование длительности Ф 1. От переднего фронта следующего опорного импульса Ко начнется формирование длительности 2 которое закончится с приходом чмпульса от переднего фронта информационного импульса К „, -с приходом импульса от заднего фронта 1(ц закончится формирование длительности 11 .

Как видно из временных диаграмм

l е . "1 о- 1+ 2 1 Г 1 - е 2

Полусумма сформированных длительностей равна о

- . +t щ

Й 2

Если к предыдущему моменту формиро ванна.длительностей С и Й2 произошло изменение уровня срабатывания усилителя-формирователя опорного сигнала и полуширина опорного импульса

I стала равной,, то при этом

I I. 1-т.-т, ., „ 2= 1+ - 2. и = -- + б

2 - Я

В случае же измерения временного сдвига только по передним фронтам (как это делается в известныс, ранее yitoмянутых счетно-импульсных преобразователях), получаются разные результаты.

Предлагаемый счетно-импульсный преобраэовательоиспольэован в блоке обработки измерителя перемещений ДИП2 его так же предполагается испольэовать в блоке измерителя дальности, разрабатываемого на основе прибора

ДИП-2. Применение этого преобразователя на порядок повысило точность измерителя ДИП-2 и приблизило ее к разрешающей способности электронного блока прибора, равной 2 нм. Это повышение. точности прибора ДИП-2 особо важно при использовании его для измерений малых деформаций, коэффициен612241 тов линейного расширения, коэффициентов упругости и других физических и механических величин. Совместно с ИЯФ СО AH ГССР проведены работы по при менению измерителя ДИП-2, использующего предлагаемый счетно-импульсный пр обраэователь для компарирования рабочи мер длиной от 1 до 25 м. Установлено, что применение ДИП-2 уменьшает время компарирования более, чем в 5 раз, при этом точность компариронания возрастает приблизительно на порядок.

Кроме того отпадает необходимость в снерке дорогостоящих эталонных мер в специализированных метрологических организациях, так как эталоном служит длина .волны лазера.

Формула изобретения

Счетно-импульсный преобразователь разности последовательных кодов в параллельный, содержащий делители частоты опорного и информационного сигналов, входы которых соединены с первым и вторым входами устройства, а выходы соединены с входами вычитателя частот, блок управления, первый вход которого соединен с выходом дели теля опорного сигнала, блок сумматоров, соединенный входамй с выходами вычитателя частот, блока управления и счетчика коррекции, элементы И-НЕ, 2 И-ИЛИ и И, генератор импульсов, первый RS -триггер и первый дифференцирующий элемент, причем второй выход вычитателя частот соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу бло ка управления и через дифференцирующий элемент — к входу 5 первого346триггера, вход к которого через элемент И подключен к выходу делителя частоты информационного сигнала, пер вый выход первого Яб -триггера под" ключен к первому входу элемента 2 ИИЛИ, второй вход которого подключей к выходу генератора импульсов, а выход — к входу счетчика коррекции, выход элемента И-НЕ соединен с вторым входом элемента И, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены три Цб -триггера, два дифференцирующих элемента, элемент И, причем третий вход устройства соединен с нхо дом Я второго RG -триггера, вход 5 которого через второй дифференцирующий элемент соединен с вторым выхо15 дом первого RS "триггера, выход второго RS -триггера через третий дифференцирующий элемент соединен с входами третьего и четвертого RS— триггеров, причем вход 8 последнего соединен с выходом блока управления, а выход — с первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с четнертым входом устройства, выход второго элемента И соединен с

25 входом 5 - третьего Яб -триггера, выход которого соединен с третьим входом элемента 2 И-ИЛИ, четвертый вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсову второй вход блоиа

30 управления соединен с вторыми выходомделителя частоты опорного сигнала.

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе:

1. Алькаев М. И. и др, Система

35 на основе малой ЭВМ для измерения перемещений с помощью лазерных интерФерометров. Автометрия, 1973, 9 3, с. 52.

2. Патент CIOA, М 3602698, щ кл. 235-92, 1971.

3. Заявка 9 1875347/24, 1974, по которой принято положительное решение.

612241

@юг.Р

Составитель Р. Яворовская

Редактор T. Иванова Техред Н.Бабурка Корректор С.Шекмар

Заказ 3462/43 ТН9 826 Подписное

tlHHHIlH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Уигород, ул. Проектнаи, 4